Annual cycle of phytoplankton, protozoa and diatom species from Scotia Bay (South Orkney Islands, Antarctica): Community structure prior to, during and after an anomalously low sea ice year

Trifoglio, Noelia L.; Salinas, Héctor F. Olguín; Franzosi, Claudio Atilio; Alder, V.A.

doi:10.1016/j.pocean.2022.102807

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“…Locally, in the Gerlache Sound, Torres Parra et al ( 2020) suggested that the elevated temperatures observed during 2016-2017 were probably caused by the inflow of warm water from the north, resulting from northeasterly surface winds around the northern Antarctic Peninsula, forced by a negative phase of the Southern Annular Mode (SAM) that came after the 2015 El Niño from October 2016 to March 2017. Several studies have highlighted the effects of this extraordinary El Niño event during 2015 in Antarctica on water temperature, winds, sea ice retreat, among other factors, ultimately affecting phytoplankton (Costa et al, 2021;Meredith et al, 2021;Trifoglio et al, 2022). While the long-term effects of this event are still being understood, this event would likely explain the high temperatures recorded in the study area in our first summer.…”

Section: Discussionmentioning

confidence: 87%

Phytoplankton dynamics in nearshore regions of the western Antarctic Peninsula in relation to a variable frontal zone in the Gerlache Strait

et al. 2023

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The Gerlache Strait is a narrow channel that separates the western coast of the Antarctic Peninsula (WAP) from the Palmer Archipelago. This area is characterized by the presence of interconnected fjords, bays, islands, and channels that serve as a refuge for megafauna during summer. Through the framework of FjordPhyto – a citizen science collaboration with the International Association of Antarctica Tour Operators (IAATO) vessels – we assessed phytoplankton biomass and composition in surface waters of six under-explored nearshore areas connected to the Gerlache Strait (between 64° and 65° S) during three consecutive seasons, from November to March (2016–2019). During the first two seasons, we found significant differences in the phytoplankton community distribution and successional patterns to the north and south of the sampling area; the greatest differences were evidenced mainly in the months of high biomass, December and January. During December, cryptophytes bloomed in the north, while microplanktonic diatoms dominated in the south, and during January, small centric diatoms dominated in the north, while prasinophytes bloomed in the south. This spatial distinction in phytoplankton communities were mainly associated with the occurrence of a surface thermal front in the Gerlache Strait around 64.5° S. The presence of the front separating warm waters to the north and colder waters to the south, during the months of December to February, was confirmed by the analysis of 10 years of remote sensing data. By contrast, during the third season, low biomass prevailed, and no differences in the phytoplankton composition between the north and south areas were observed. The third season was the coldest of the series, with smaller differences in water temperature north and south of the usual front location. This study shows for the first time a complete overview of the phytoplankton composition throughout the entire growth season (November through March) in the nearshore areas of the WAP between 64° and 65° S. The results of this work contribute to the understanding of the phytoplankton community in relation to small scale physical features during the Antarctic austral summer.

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Section: Discussionmentioning

confidence: 87%

Phytoplankton dynamics in nearshore regions of the western Antarctic Peninsula in relation to a variable frontal zone in the Gerlache Strait

et al. 2023

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“…The stability of mesozooplankton communities in the Southern Ocean is related to changes in the phytoplankton structure, in particular, variations in food availability, which may be a major factor responsible for differences in the composition and quantitative distribution of mesozooplankton [17,68,80,81]. Larger-sized phytoplankton organisms (e.g., diatoms) are typically grazed by calanoid copepods and krill [82,83], whereas smaller-sized ones (e.g., flagellates) are grazed by small copepods and pelagic tunicates [84,85].…”

Section: Discussionmentioning

confidence: 99%

Recent Changes in Composition and Distribution Patterns of Summer Mesozooplankton off the Western Antarctic Peninsula

Kasyan

2023

Water

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The Southern Ocean has undergone significant climate-related changes in recent decades. As a result, pelagic communities inhabiting these waters, particularly mesozooplankton, have adapted to new conditions. The present study considers the patterns of horizontal and vertical (up to 1000 m) distribution, the composition, abundance, and biomass of mesozooplankton, and the relationships of these parameters to the extreme environmental conditions off the western Antarctic Peninsula throughout the record-warm austral summer season of 2022. Sampling was conducted using the opening/closing Multinet system (0.25 m2 aperture) equipped with five 150-μm mesh nets and a WP-2 net. The mesozooplankton was represented by the three most abundant groups: eggs and larvae of euphausiids such as Euphausia superba, small copepods such as Oithona similis, and large calanoid copepods such as Calanoides acutus, Calanus propinquus, Metridia gerlachei, and Rhincalanus gigas. The composition and quantitative distribution of the mesozooplankton significantly varied: the copepods were abundant in the west, off the Antarctic Peninsula, while eggs and larvae of euphausiids were abundant in the east, off the South Orkney Islands. Most mesozooplankton occurred in the upper 200 m layer, and each taxon showed characteristic depth preference: small copepods, euphausiids larvae, and cirripeds cypris larvae were abundant in the epipelagic layer, while large calanoid copepods, euphausiids eggs, amphipods, pelagic polychaetes, and ostracods were found mostly in the mesopelagic layer. The composition and quantitative distribution of mesozooplankton had clear relationships with environmental factors, particularly with a combination of variables such as water salinity, temperature, and chlorophyll a concentration.

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“…Localmente, en el estrecho de Gerlache, Torres Parra et al (2020) sugirieron que las elevadas temperaturas observadas durante 2016-2017 fueron probablemente causadas por la afluencia de agua cálida del norte, resultante de vientos superficiales del noreste alrededor del norte de la PA, forzados por una fase negativa del Modo Anular del Sur (SAM por sus siglas en inglés) que duró después de El Niño de 2015 desde octubre de 2016 hasta marzo de 2017. Varios estudios han destacado los efectos de este evento extraordinario de El Niño durante 2015 en la Antártida sobre la temperatura del agua, los vientos, el retroceso del hielo marino, entre otros factores, afectando en última instancia al fitoplancton (Meredith et al 2021;Costa et al 2021a;Trifoglio et al 2022). Si bien los efectos a largo plazo de este evento aún se están comprendiendo, este evento probablemente explicaría las altas temperaturas registradas en el área de estudio en nuestro primer verano.…”

Section: Influencia De Las Características Oceanográficas Del Estrech...unclassified

La comunidad fitoplanctónica en zonas costeras previamente inexploradas del oeste de la Península Antártica (63° – 67° S)

Mascioni

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El oeste de la Península Antártica (PA) es una de las regiones más productivas del Océano Austral, siendo las zonas costeras los lugares con mayor acumulación de fitoplancton. Particularmente, la región costera al oeste de la PA entre los 63° y 67° S encierra varios fiordos y bahías con glaciares que descargan directamente en el mar, caletas, pasajes y estrechos entre islas. Los procesos ecológicos y biogeoquímicos de estos ecosistemas costeros están fuertemente influenciados por la formación de hielo marino y la entrada de agua dulce procedente del deshielo de los glaciares y el hielo marino. Recientemente, la PA ha sufrido un rápido calentamiento climático con un aumento de 2°C de la temperatura media anual desde 1950, generando una disminución de la extensión y duración del hielo marino y el retroceso de los glaciares. Las zonas costeras de la PA son un refugio para los mamíferos y aves marinos que llegan principalmente atraídos por su fuente de alimento, el krill antártico. El rol fundamental que cumple el fitoplancton como la base de la cadena trófica y sustento del krill, implica que cambios en su composición pueden tener efecto en cadena en todo el ecosistema. Por ejemplo, el reemplazo en esta comunidad de diatomeas microplanctónicas (>20 μm) por flagelados nanoplanctónicos (2-20 μm) podría significar una pérdida de entre el 40% y el 60% de energía en la red trófica, debido a que el krill se alimenta selectivamente de diatomeas microplanctónicas. Las altas congregaciones de krill en estas zonas costeras sugieren una alta productividad primaria asociada a floraciones de diatomeas microplanctónicas, aunque no existen estudios que lo confirmen. Tampoco estudios que describan la composición fitoplanctónica ni muestreos plurianuales que permitan captar la estacionalidad, sobre todo durante la temporada productiva (primavera-verano). La evaluación de la estructura y dinámica de los ecosistemas en las zonas costeras al oeste de la PA es esencial para dilucidar los patrones existentes de productividad y biodiversidad y comprender la sensibilidad de dichos ecosistemas al cambio climático. En este contexto, el presente trabajo de tesis tiene como objetivo general caracterizar la composición, dinámica espacial y temporal y productividad de la comunidad fitoplanctónica de estas zonas costeras poco exploradas ubicadas en la costa oeste de la PA entre los 63° y 67° S, con el fin de proveer información de base sobre el estado actual que sirva para evaluar los posibles efectos del cambio climático sobre estas comunidades y los ecosistemas asociados. Para tal fin se colectaron muestras de agua para análisis microscópicos provenientes de distintas zonas costeras y en distintas estaciones del año (primavera, verano y otoño) entre los años 2015 y 2019, en el marco de dos proyectos colaborativos internacionales. En este trabajo de tesis se registraron cinco grupos fitoplanctónicos principales (criptofitas, diatomeas, dinoflagelados, pequeños flagelados y prasinofitas), pertenecientes a la fracción nano y microplanctónica. Dentro de estos cinco grupos, las diatomeas fueron el grupo más común y diverso, con 50 géneros y numerosos taxones endémicos. Los organismos nanoplanctónicos (ej. criptofitas, prasinofitas y pequeños dinoflagelados) fueron difícilmente identificados microscópicamente debido a la necesidad de emplear otras técnicas o a que los organismos no coincidían con citas previas para la PA ni para Antártida. Esto sugiere que en aguas Antárticas todavía queda una diversidad inexplorada de organismos fitoplanctónicos. Se analizó la abundancia y biomasa de los componentes del fitoplancton en las distintas estaciones del año en diferentes zonas costeras al oeste de la PA con el fin de comparar y contextualizar los resultados con investigaciones previas llevadas a cabo en otras zonas mejor conocidas de la PA. Los valores más altos de abundancia y biomasa se registraron durante los meses de primavera y verano cuando se registraron varias floraciones (≥1,5 x 106 células L-1 y ≥97,5 μgC L-1), entre ellas la primera floración de dinoflagelados desnudos al oeste de la PA. Se destaca la elevada abundancia de los nanoflagelados en estas aguas y el aporte de biomasa de las diatomeas microplanctónicas. Asimismo, se analizó particularmente el fitoplancton de primavera (2015) y otoño (2016) en un fiordo (bahía Andvord) ubicado en la zona media de la PA, en relación con la productividad primaria y las tasas de crecimiento, medidas con incubaciones de 14C. Se destaca la alta productividad de la bahía en primavera (151,2 ± 62,5 mgC m-3 d-1), particularmente en muestras dominadas por un ensamble de diatomeas microplanctónicas (ej. Odontella weissflogii, Neomoelleria antarctica, Proboscia spp.). El ensamble dominado por criptofitas tuvo una productividad intermedia (63,1 ± 32 mgC m-3 d-1) y la productividad más baja se encontró en un ensamble dominado por pequeños dinoflagelados gymnodinioides (6,9 ± 5,1 mgC m-3 d-1). Los resultados de este análisis apoyan hipótesis previas de que el cambio climático podría afectar los ecosistemas costeros de la PA al favorecer ensambles de fitoplancton menos productivos (criptofitas) sobre ensambles de fitoplancton más productivos (diatomeas). Las estimaciones de productividad, asimilación de carbono y crecimiento del fitoplancton presentadas en esta tesis contribuyen a comprender el ciclo del carbono en estos ecosistemas. Conjuntamente, se analizó el fitoplancton de seis zonas costeras conectadas al estrecho de Gerlache entre los 64° y 65° S durante tres veranos consecutivos (2016-2019) a lo largo de los meses de primavera-verano (de noviembre a marzo). Los patrones sucesionales detectados se ponen en contexto con procesos oceanográficos a pequeña escala, particularmente con la ocurrencia de un frente térmico que se forma en el medio del estrecho de Gerlache (~64,5°S) durante los meses de verano, separando aguas más cálidas al norte y más frías al sur. En los dos primeros veranos se encontraron diferencias significativas en la composición de la comunidad fitoplanctónica y en los patrones sucesionales al norte y al sur del área de muestreo, principalmente en los meses de alta biomasa: diciembre y enero. Durante diciembre, las criptofitas formaron floraciones al norte, mientras que las diatomeas microplanctónicas dominaron al sur, y durante enero, pequeñas diatomeas centrales dominaron al norte, mientras que las prasinofitas formaron floraciones al sur. Esta distinción espacial en las comunidades de fitoplancton se asoció a la presencia del frente térmico en el estrecho de Gerlache, que fue confirmado por el análisis de 10 años de datos de teledetección. Esta tesis representa una línea de base a partir de la cual futuras investigaciones en zonas costeras al oeste de la PA podrán evaluar cambios en la comunidad fitoplanctónica asociados al calentamiento global. La identidad de los organismos nanoplanctónicos formadores de floraciones no pudo ser dilucidada mediante análisis ultraestructurales con microscopía electrónica, por lo cual estudios futuros deberán incluir el establecimiento de cultivos celulares y combinar análisis microscópicos y genéticos a fin de brindar una caracterización más completa de la diversidad fitoplanctónica en estas aguas. Durante el período abarcado en esta tesis no se encontraron floraciones de diatomeas microplanctónicas probablemente debido al retroceso temprano del hielo marino durante los años muestreados. Se considera también la posibilidad de que el krill antártico ejerza una importante presión de pastoreo sobre las diatomeas microplanctónicas en las zonas costeras analizadas, favoreciendo así el predominio de la fracción nanoplanctónica. Sin embargo, se necesitan análisis comparativos complementarios de fitoplancton y zooplancton para probar esta hipótesis, así como el análisis de otros factores ambientales. Estudios a futuro permitirán comprobar el poder predictivo de los patrones sucesionales aquí propuestos y seguir aprendiendo sobre la composición del fitoplancton en estas zonas costeras.

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Annual cycle of phytoplankton, protozoa and diatom species from Scotia Bay (South Orkney Islands, Antarctica): Community structure prior to, during and after an anomalously low sea ice year

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Phytoplankton dynamics in nearshore regions of the western Antarctic Peninsula in relation to a variable frontal zone in the Gerlache Strait

Phytoplankton dynamics in nearshore regions of the western Antarctic Peninsula in relation to a variable frontal zone in the Gerlache Strait

Recent Changes in Composition and Distribution Patterns of Summer Mesozooplankton off the Western Antarctic Peninsula

La comunidad fitoplanctónica en zonas costeras previamente inexploradas del oeste de la Península Antártica (63° – 67° S)

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