Impacto en la provisión de servicios ecosistémicos de ecosistemas marinos a causa de la contaminación por micro y macro plásticos. Ecología avanzada Jimenez-Gonzalez Sofia Universidad del Rosario Facultad de Ciencias Naturales y Matemáticas Programa de Biología Bogotá-Colombia RESUMEN La contaminación por plásticos en los océanos es una problemática que ha cobrado importancia en los últimos años. Múltiples soluciones como retirar los desechos de manera sistemática o utilizar implementos biodegradables han sido propuestas. Sin embargo, pocas tratan la causa principal: el incremento deliberado en el consumo por parte del ser humano. Entre las repercusiones más relevantes encontramos la pérdida de la biodiversidad marina, puesto que los individuos terminan ingiriendo estos desechos en forma de macroplásticos o microplásticos. Por lo anterior, la cadena trófica de los ecosistemas marinos se altera desde la cima hasta la base y, asimismo, dicha alteración influye directamente en la provisión de servicios ecosistémicos a largo y mediano plazo. Teniendo en cuenta lo anterior, el objetivo principal de este estudio es determinar el impacto en la provisión de servicios ecosistémicos de los océanos a mediano y largo plazo a causa de la contaminación por micro y macro plásticos. Por lo tanto, se hipotetiza que el incremento en el consumo de plástico por parte de los seres humanos generará mayor cantidad de desechos no degradables en los océanos, causando a largo plazo una disminución en los servicios ecosistémicos de aprovisionamiento, regulación y culturales. Lo anterior, por el efecto directo de los micro y macro plásticos en las cadenas tróficas de los ecosistemas marinos. En base a ello se realizó una revisión detallada de la literatura científica en torno a tres temáticas principales: impacto de los macroplásticos en cetáceos, impacto de los microplásticos en plancton e impacto de la contaminación de desechos plásticos en la provisión de servicios ecosistémicos a mediano y largo plazo. Entre los principales hallazgos se encuentra el incremento en los casos de individuos muertos por ingesta de macroplásticos o atrapados en los mismos, asimismo, lugares con mayores concentraciones de microplásticos poseen menor concentración de plancton y finalmente cualquier amenaza a los ecosistemas marinos representa una alteración en el sistema, como por ejemplo disminución en la abundancia de plancton alimento base para las cadenas troficas marinas como tambien cetaceos cuyo excremento es clave para el desarrollo de estos microorganismos, lo anterior se traduce en una disminución de servicios ecosistemicos de aprovisionamiento, puesto que menor abundancia de plancton representa menor abundancia de peces a largo plaso, de regulación, pues el plancton es uno de los principales productores de oxigeno y sumideros de carbono, y culturales. INTRODUCCIÓN En las últimas décadas el consumo y por lo tanto la producción de plásticos ha incrementado considerablemente. En el año 1950 la producción de plástico alcanzaba 0,5 millones de toneladas, mientras que para el año 2009 era de aproximadamente 260 millones de toneladas (Wabnitz, C., Wallace, J. 2015). Lo anterior, gracias a las características del material pues es económico y permite, entre otros, el almacenamiento, conservación y distribución de diversos alimentos (Wabnitz, C., Wallace, J. 2015). Asimismo, ha contribuido a la mejora de nuestra salud y calidad de vida, pues muchos de los medicamentos, dispositivos médicos y agua potable necesitan de estos empaques para poder ser distribuidos y adquiridos por la población (Wabnitz, C., Wallace, J. 2015). Cabe aclarar que en algunos casos estos mismos empaques liberan ciertos compuestos quimicos posiblemente toxicos que generan un efecto opuesto para la salud. Sin embargo, se podria decir que en general los plasticos han facilitado muchos aspectos de la cotidianidad de las personas, tanto asi que es muy dificil encontrar un producto hoy en dia que no tenga plastico o alguno de sus componentes. Se estima que el 80% de los residuos que se encuentran tanto en ecosistemas terrestres como marinos son plásticos (Wabnitz, C., Wallace, J. 2015). Entre las imágenes más populares de contaminación encontramos los restos de macroplásticos - partículas mayores a 2 centímetros de diámetro- Sin embargo, los desechos predominantes en los océanos son los microplásticos -partículas menores a 2 centímetros de diámetro- que son producto de la fragmentación por exposición al sol y movimiento de las olas de los trozos de plástico originales (Cozar, A. et al. 2014). A pesar de ello, son partículas que pueden permanecer en el océano por miles de años hasta que finalmente se desintegran. Entre las consecuencias más importantes de la presencia de estos plásticos, tenemos la afectación directa a la biodiversidad marina por la ingesta de plásticos, pues se han documentado restos de micro y macroplásticos en los estómagos de mamíferos marinos, tortugas y otras especies (Wabnitz, C., Wallace, J. 2015), lo cual genera obstrucción de órganos digestivos, heridas internas y en la mayoría de los casos la muerte (Wabnitz, C., Wallace, J. 2015). Asimismo, entre más pequeños son los restos más amplio es el rango de organismos que pueden ingerirlos, desde fitoplancton hasta peces más pequeños (Cozar, A. et al. 2014). Esto mismo evidencia una afectación no solo en los organismos que se encuentran en la cima de las cadenas tróficas sino también en los organismos más basales encargados de mantener el ciclo de nutrientes en los ecosistemas marinos, de los cuales el ser humano se beneficia directa e indirectamente, puesto que el fitoplancton por medio de procesos fotosintéticos es un sumidero de carbono importante y uno de los principales productores de oxígeno, además de ser alimento importante para otras especies. Por otro lado, mamíferos marinos como los cetáceos, se encargan de mantener la abundancia y supervivencia del fitoplancton, pues su excremento es su principal fuente de alimento por su alto contenido de nitrógeno y fósforo (Ratnarajah, L., Bowie, A., Hodgson-Johnston, I. 2015). Los impactos de la contaminación por plásticos en la provisión de servicios ecosistémicos son una temática de investigación compleja debido a varias razones. En primer lugar, por las características de estos plásticos, pues tienen diferentes tamaños, métodos de fabricación y compuestos de elaboración. Asimismo, al estar en contacto con el agua y el sol alteran sus propiedades y por tanto sus efectos en el sistema donde se encuentren. En segundo lugar, evaluar el efecto en los ecosistemas marinos dependerá de la toxicidad del plástico, puesto que cada empaque se desarrolla por diferentes industrias y países y por ende los químicos de los que están compuestos difieren. En el caso de la afectación de la biodiversidad marina por ingesta puede variar en dependencia de la respuesta fisiológica o metabólica de cada individuo y asimismo del tipo de plástico que haya ingerido. Por último, en todos los océanos encontramos variedad en la concentración de plásticos, cómo por ejemplo las conocidas “islas de plástico”, por lo que como se menciono anteriormente, el impacto en el ecosistema tambien dependera de la concentración del mismo en determinada zona por lo que la medición de las concentraciones de micro y macroplásticos sigue siendo un reto para la ciencia pues actualmente los métodos no son los más exactos y adecuados para determinar la distribución de los mismos en el océano, asi como sus consecuencias en dependencia de todas las variables mencionadas (Beamunt, N, et al. 2019). A pesar de ello, sabemos que servicios ecosistémicos como el suministro de alimento, los sumideros de carbono, los beneficios espirituales e inclusive la producción de oxígeno son proveídos por los ecosistemas marinos, por lo que cualquier alteración no natural a estos sistemas pueden potencialmente afectar la provisión de los mismos (Beamunt, N, et al. 2019). La mayoría de estudios del impacto de este tipo de contaminación en la provisión de servicios se centran en áreas geográficas pequeñas. Sin embargo, al ser un problema a escala global es necesario centrar los esfuerzos científicos a estudios a escala global (Beamunt, N, et al. 2019). OBJETIVO Determinar el impacto en la provisión de servicios ecosistémicos de los océanos a mediano y largo plazo a causa de la contaminación por micro y macro plásticos. HIPÓTESIS El incremento en el consumo de plástico por parte de los seres humanos generará mayor cantidad de desechos no degradables en los océanos, causando a largo plazo una afectación en la provisión de servicios ecosistémicos de aprovisionamiento, regulación y culturales. Lo anterior, por el efecto directo de los micro y macroplásticos en las cadenas tróficas de los ecosistemas marinos, especificamente en los cetaceos – cuyo excremento provee los nutrientes esenciales para el desarrollo de plancton- y el plancton – uno de los principales proveedores de oxigeno, sumideros de carbono y principal fuente de alimentación de otras especies marinas-. METODOLOGÍA Se realizó una revisión detallada de la literatura científica con artículos asociados a tres temáticas principales dando cumplimiento al objetivo principal del estudio. Para ello se utilizó la base de datos de Scopus. 1. Impactos de los desechos plásticos -macroplásticos- en los cetáceos, dada la importancia de los mamíferos marinos en la cadena trófica y por consiguiente en el funcionamiento de los ecosistemas marinos. Las palabras clave utilizadas para esta búsqueda fueron: cetaceans, marine mammals, plastic pollution and macroplastics. · Fossi, M., Baini, M., Panti, C., Baulch, S. (2018). Impacts of Marine Litter on Cetaceans: A Focus on Plastic Pollution. Elsevier. · Fossi, M., Panti, C., Baini, M., Lavers, J. (2018). A Review of Plastic-Associated Pressures: Cetaceans of the Mediterranean Sea and Eastern Australian Shearwaters as Case Studies. Frontiers in marine science. · Lusher, A., Hernandez, G., Berrow, S., Rogan, E., O´Connor I. (2017). Incidence of marine debris in cetaceans stranded and bycaught in Ireland: Recent findings and a review of historical knowledge. Elsevier. 2. Impactos de los desechos plásticos -microplásticos- en productores primarios y organismos basales en las cadenas tróficas como fitoplancton, zooplancton, krill y peces. Las palabras clave utilizadas para esta búsqueda fueron: plankton, fitoplankton, microplastics, food web and plastic pollution. · · · 3. Cole, M., Lindeque, P., Halsband, C., Galloway, T. (2011). Microplastics as contaminants in the marine environment: A review. ElSevier. Lima, A., Barletta, M., Costa, M. (2015). Seasonal distribution and interactions between plankton and microplastics in a tropical estuary. ElSevier. Setälä, O., Fleming, V., Lehtiniemi, M. (2014). Ingestion and transfer of microplastics in the planktonic food web. ElSevier. Islas de plástico actuales y proyección de crecimiento a largo plazo, así como el impacto de las mismas en los servicios ecosistémicos proveídos por los ecosistemas marinos. Las palabras clave utilizadas para esta búsqueda fueron: ecosystem services, impact, plastic pollution, microplastics and macroplastics. · Koelmans, A., Kooi, M., Lavender, K., Sebille, E. (2017). All is not lost: deriving a top-down mass budget of plastic at sea. Environmental Research Letters. · Beamunt, N., Aanesen, M., Austen, M., Börger, T., Clark, J., Cole, M., Hooper, T., Lindeque, P., Pascoe, C., Wyles, K. (2019). Global ecological, social and economic impacts of marine plastic. ElSevier. RESULTADOS Teniendo en cuenta que la contaminación por plásticos es considerada una de las principales amenazas a la biodiversidad marina, se evaluó su efecto en dos miembros claves de las cadenas tróficas de los ecosistemas marinos: cetáceos y plancton. En primer lugar, los cetáceos pueden ser afectados ya sea por la ingesta directa de macroplásticos -por las columnas de agua o por peces contaminados- o externamente al quedarse enredados en redes, lastimarse o quedarse atrapados en empaques u otras presentaciones de plástico. Estudios como el de Fossi, et al 2018, recopilaron información en la literatura científica asociada a cualquier tipo de interacción con plásticos por parte de cetáceos, en este se encontraron más de 500 registros, en donde el número de artículos relacionados a este tema ha aumentado considerablemente desde 1989 (figura 1) (Fossi, M., Baini, M., Panti, C., Baulch, R. 2018), donde durante 1995 y 2015 el número de especies afectadas por la ingesta incrementó en un 159% (Fossi, M., Panti, C., Baini, M., Lavers, J. 2018), lo cual es consistente con el incremento en la producción y consumo de plásticos a nivel global en las últimas décadas (Koelmans, A., Kooi, M., Lavender, K., Sebille, E. 2017). Figura 1. Número de artículos publicados sobre ingesta y enredos por parte de los cetáceos en las últimas décadas (Fossi, M., Baini, M., Panti, C., Baulch, R. 2018). Dichos reportes se han encontrado en 11 de las 14 familias de cetáceos (Fossi, M., Panti, C., Baini, M., Lavers, J. 2018) incluyendo aproximadamente el 60% de todas las especies, lo que permite tener una visión amplia de diferentes métodos de alimentación y como los plásticos terminan entrando a sus organismos (Fossi, M., Baini, M., Panti, C., Baulch, R. 2018). En cuanto a los microplásticos, se han reportado restos de los mismos en los tractos digestivos de al menos 7 especies de odontocetos y en una especie de ballena (Fossi, M., Pantic., Baini, M., Lavers, J. 2018). Mientras que otros estudios como el de Lusher, A et al, 2017, reportaron que de 2.934 cetáceos que han encallado entre 1990 y 2015, el 73,9% tenían microplásticos en sus estómagos. Por otro lado, aunque los casos reportados por enredo son menores a los de ingesta, encontramos que 27 de 86 especies han presentado alguna interacción de este tipo con microplásticos, la mayoría de estos por redes de pesca abandonadas (Fossi, M., Baini, M., Panti, C., Baulch, R. 2018). Por otro lado, en cuanto a el plancton, estudios como el de Cole, M et al 2011 reportan que la mayoría de los desechos plásticos se acumularan en los giros oceánicos de las corrientes marinas, asimismo, los muestreos realizados entre 1986 y 2008 de arrastres de plancton encontraron que el 60% de las muestras poseía partículas de plástico. Adicionalmente, el plancton es mucho más susceptible del consumo de microplásticos ya que confunde con facilidad su alimento con estas partículas debido a su similitud en cuanto a color y forma, por lo que en zonas donde la acumulación de plástico es alta, consecuentemente la abundancia de plancton será baja (Cole, M., Lindeque, P., Halsband, C., Galloway, T. 2011). Debido a la similitud en algunas características del plancton y los microplásticos, ambos comparten la misma distribución y siguen el movimiento principal del agua, en este caso el de las corrientes por lo que la probabilidad de consumo es más alta y por ende la transferencia de microplásticos a lo largo de las cadenas tróficas (Lima, A., Barletta Lima, A., Barletta, M., Costa, M. 2015, M., Costa, M. 2015). Adicionalmente, Setälä, O et al 2014, reportó en un estudio de zooplancton realizado en el Mar Báltico que todos los grupos estudiados ingirieron microplásticos (figura 2). Por otro lado, encontraron que individuos de zooplancton que consumieron microplásticos eran ingeridos por individuos de un nivel trófico más alto, demostrando la transferencia de plásticos de niveles basales a superiores en las cadenas tróficas que posteriormente puede convertirse en un problema de bioacumulación (Setälä, O., Fleming-Lehtinen, V., Lehtiniemi, M. 2014). Figura 2. Proporción de individuos con ingesta de plásticos (Setälä, O., Fleming-Lehtinen, V., Lehtiniemi, M. 2014). Finalmente, estudios como el de Koelmans, A et al 2017 proponen modelos predictivos de emisiones de plástico en el mar para los próximos 60 años. En la figura 3 se observa el modelo de "business as usual" (BAU), donde se asume que se mantienen las mismas tendencias de emisión de plástico desde el año 1950 hasta 2010. Figura 3. Simulación del escenario "business as usual" (BAU) (Koelmans, A., Kooi, M., Lavender, K., Sebille, E. 2017). Por otro lado, para el año 2011 se reportó una reducción entre el 1 y 5% en la provisión de servicios ecosistémicos marinos (Beamunt, N, et al. 2019). Demostrando un impacto medioalto en los mismos, en especial los de aprovisionamiento, pues el plástico puede afectar la productividad de la pesca comercial por ingesta o enredamiento, y culturales, pues las especies carismáticas son las más afectadas por ingesta y enredamiento - (figura 3) (Beamunt, N, et al. 2019). Figura 4. Impactos del plástico marino en los servicios ecosistémicos (Beaumont, N. et al. 2019). DISCUSIÓN Los desechos plásticos pueden afectar a múltiples organismos de los ecosistemas marinos como aves marinas, invertebrados, peces y mamíferos, pues se han documentado más de 250 especies afectadas por ingesta o enredamiento en estos grupos (Lusher, A., Hernandez, G., Berrow, S., Rogan, E.,O´Connor, I. 2017). Entre los más afectados por este tipo de contaminación encontramos a los cetáceos, pues como se observa en la figura 1 el crecimiento en los reportes de individuos con algún tipo de interacción con plásticos es consistente con el incremento a nivel global de consumo de plástico por parte de los humanos en los ultimos años (Koelmans, A., Kooi, M., Lavender, K., Sebille, E. 2017). Sin embargo, teniendo en cuenta la actual distribución de todas las especies de cetáceos en el mundo los registros parecen no ser estadísticamente significativos, lo anterior puede explicarse por la baja tasa de detección, pues se sabe que las ballenas ingresan a zonas productivas solo después de que las actividades de pesca terminan y muchos organismos pudieron haber muerto – ya sea por ingesta o enredamiento- en el océano gracias a un “arte de pesca fantasma”, es decir, residuos de actividades de pesca en determinada zona como grandes redes y por ende sus cadáveres pueden ser consumidos por otros organismos o terminar en los sedimentos marinos sin ningún registro. Por otro lado, otro factor a tener en cuenta es la imposibilidad de hacer mediciones en organismos vivos que contengan macro o microplásticos en sus tractos digestivos, lo que dificulta tener un panorama real del consumo que están teniendo y en qué proporción (Fossi, M., Baini, M., Panti, C., Baulch, R. 2018). Uno de los factores que hace de las ballenas organismos de alta importancia ecológica es la gran concentración de fósforo y nitrógeno en su excremento, el cual es clave para el crecimiento del plancton, por lo que la disminución de la población de ballenas, a causa de contaminación por plásticos, a su vez puede disminuir la cantidad de excremento en los océanos y por ende la abundancia de plancton marino (Ratnarajah, L., Bowie, A., Hodgson-Johnston, I. 2015). Sumado a lo anterior, como se observa en la figura 2, los microplásticos afectan de manera directa al plancton y aunque hacen falta más investigaciones para determinar las consecuencias a una escala global, estudios en áreas geográficas más restringidas como el de Setälä, O et al 2014 dan cuenta de la susceptibilidad de estos organismos a esta clase de contaminantes. Lo anterior no sólo tiene repercusiones en los peces o invertebrados que se alimentan de ellos, sino también en niveles tróficos superiores llegando hasta el ser humano, pues se está presentando un problema de bioacumulación de microplásticos, donde estas partículas se transfieren de eslabon a eslabon interviniendo en últimas a las especies de las cuales el hombre se alimenta y por ende los servicios ecosistémicos de provisión (Setälä, O., Fleming-Lehtinen, V., Lehtiniemi, M. 2014). Asimismo, siendo el fitoplancton uno de los principales productores de oxígeno y sumideros de carbono a nivel global (National Geographic, 2019), se puede suponer que ha medida que aumente la concentración de microplásticos en los océanos, asimismo disminuirá la abundancia de fitoplancton alterando el rol que desempeña en el ecosistema no solo como base nutricional de otras especies si no con sus servicios de regulación oceánicos, sin embargo son necesarios mas estudios para determinar en que proporción se afectara el funcionamiento de los ecosistemas marinos por el daño directo al plancton(Cole, M., Lindeque, P., Halsband, C., Galloway, T. 2011). Asimismo, se puede suponer que las consecuencias en los organismos superiores e inferiores en las cadenas tróficas -ballenas y plancton respectivamente- acrecentaran puesto que las tendencias actuales de consumo de plástico (figura 3), reflejan un aumento en su consumo que no se detiene, pues se espera que en los siguientes 20 años se duplique el consumo actual más que todo por el uso de envases o empaques (Fossi, M., Baini, M., Panti, C., Baulch, R. 2018). Adicionalmente, según el modelo predictivo de Koelmans, A et al 2017 para el año 2090 habrá más concentraciones de microplásticos por lo que la provisión de servicios ecosistémicos podría verse aún más afectada. Teniendo en cuenta lo anterior, se puede decir que un incremento en plásticos se traduce en una disminución en la provisión de servicios ecosistémicos, pues la figura 4 es un claro ejemplo de la afectación en el funcionamiento de los ecosistemas marinos. Donde el principal servicio ecosistémico afectado es el de aprovisionamiento, que como se mencionó anteriormente a causa de la bioacumulación de partículas tóxicas en peces, los cuales son principal fuente de proteína, terminan muriendo -disminuyendo su abundancia y disponibilidad para consumo- o causando problemas de salud a los seres humanos que los consumen -debido a las altas concentraciones de estas partículas tóxicas- (Beamunt, N, et al. 2019). A excepción de algunas bacterias y algas que pueden tener un impacto positivo, esto puede deberse a los efectos colaterales de la presencia de microplástico en algunas zonas dejando hábitats libres de otros organismos o depredadores permitiendo que colonicen nuevas áreas e incrementando su abundancia (Beamunt, N, et al. 2019). Así como los servicios ecosistémicos culturales pues las especies carismáticas tienden a ser de mayor tamaño y por ende estos residuos están entre el rango de tamaño similar al de sus presas, lo que aumenta sus probabilidades de consumirlo y finalmente servicios ecosistémicos de regulación pues el plancton no solo es considerado uno de los pulmones del planeta sino también uno de los principales sumideros de carbono contribuyendo a la mitigación de la problemática actual de cambio climático (Costas, E., Lopez, V. 2011). Este estudio es de alta importancia actualmente dadas las capacidades del océano para brindar servicios ecosistémicos de regulación, provisión y culturales, por lo que sienta un precedente para futuros proyectos que puedan determinar con mayor certeza tanto a largo como mediano plazo en que proporción se verá afectada la provisión de estos servicios por consecuencias tanto directas como indirectas de la contaminación por plásticos, así como un estudio biogeográfico de que zonas a nivel mundial se proyecta que tendrán mayores concentraciones tanto de micro como de macroplásticos lo que permitirá hacer predicciones más certeras de las consecuencias a nivel macro en los ciclos biogeoquímicos de los oceanos y corrientes oceánicas. REFERENCIAS Beamunt, N., Aanesen, M., Austen, M., Börger, T., Clark, J., Cole, M., Hooper, T., Lindeque, P., Pascoe, C., Wyles, K. (2019). Global ecological, social and economic impacts of marine plastic. ElSevier. Cole, M., Lindeque, P., Halsband, C., Galloway, T. (2011). Microplastics as contaminants in the marine environment: A review. ElSevier. Costas, E., Lopez, V. (2011). El papel del fitoplancton en el cambio climático: ¿cuánto depende nuestro destino de unas pequeñas microalgas? Universidad Complutense de Madrid. Cozar, A., Echevarria, F., Gonzalez, I., Irigoien, X., Ubeda, B., Hernandez, S., Palma, A., Navarro, S., Lomas, J., Ruiz, A., Fernandez, M., Duarte, C. (2014). Plastic debris in the open ocean. University of Hawaii. Fossi, M., Baini, M., Panti, C., Baulch, S. (2018). Impacts of Marine Litter on Cetaceans: A Focus on Plastic Pollution. Elsevier. Fossi, M., Panti, C., Baini, M., Lavers, J. (2018). A Review of Plastic-Associated Pressures: Cetaceans of the Mediterranean Sea and Eastern Australian Shearwaters as Case Studies. Frontiers in marine science. Koelmans, A., Kooi, M., Lavender, K., Sebille, E. (2017). All is not lost: deriving a top-down mass budget of plastic at sea. Environmental Research Letters. Lima, A., Barletta, M., Costa, M. (2015). Seasonal distribution and interactions between plankton and microplastics in a tropical estuary. ElSevier. National Geographic. (2019). El verdadero pulmón del planeta está en los océanos. Tomado de: https://www.nationalgeographic.com.es/naturaleza/verdadero-pulmon-planeta-estaoceanos_14776. Ratnarajah, L., Bowie, A., Hodgson-Johnston, I. (2015). Bottoms up: how whale poop helps feed the ocean. Research Gate. Setälä, O., Fleming-Lehtinen, V., Lehtiniemi, M. (2014). Ingestion and Transfer of Microplastics in the Planktonic Food Web. Environmental Pollution, 185, 77-83. Wabnitz, C., Wallace, J. (2015). Editorial: Plastic Pollution: An Ocean Emergency. University of British Columbia.