Spatio-temporal variability in the structure of planktonic communities in eastern boundary upwelling systems (EBUS) : influence of coastal upwelling and of mesoscale activity

Abstract

Esta tesis se enfoca en la caracterización de las comunidades planctónicas microbianas y en el análisis de sus cambios espacio- temporales asociados a la variabilidad oceanográfica en la zona costera y de transición costera de dos EBUSs con distintas dinámicas oceanográficas, el sistema de Cabo Ghir (31°N, EBUS de Canarias) y el sistema de Concepción (36.5°S, EBUS de Humboldt). Se realizaron una serie de muestreos oceanográficos-biológicos in situ para cumplir con los objetivos de la tesis y esta data fue, combinada con data satelital para proporcionar un contexto espacio-temporal mayor al de los muestreos. Se utilizaron técnicas de microscopía tradicional y citometría de flujo para identificación de taxa o grupos funcionales y para las estimaciones de abundancia y biomasa. La similitud espacial y/o temporal en la estructura comunitaria microbiana en cada EBUS y la influencia de factores ambientales sobre la variabilidad en dicha estructura fue evaluada mediante análisis multivariados. En C. Ghir, donde la surgencia costera es permanente, los cambios espacio-temporales en la estructura de comunidades microbianas están relacionados con las variaciones estacionales en la intensidad de la surgencia y con las proporciones de nutrientes. En comparacion una menor concentración de nutrientes en la región de C. Ghir contribuye a la presencia de conjuntos de fotoautótrofos/mixótrofos. En Concepción, donde la surgencia costera es altamente estacional, los cambios estacionales en la intensidad de la surgencia contribuyen a explicar las variaciones en la estructura comunitaria microbiana, mientras que las concentraciones de nutrientes permanecen altas durante el ciclo anual; las diatomeas microplanctónicas dominan el fitoplancton durante periodo de surgencia. Además, en el sistema de Concepción, la actividad de mesoescala, representada por las interacciones frente-remolino, producen un intenso intercambio de especies de diatomeas entre aguas costeras y oceánicas. Los resultados obtenidos en esta tesis reflejan la alta complejidad asociada a la estructura de comunidades microbianas en los EBUSs pero permiten realizar proyecciones sobre los cambios comunitarios bajo un escenario de potencial intensificación de los vientos en algunos de los EBUSs.

Eastern boundary upwelling systems (EBUSs) are distinguished from other systems by the recurrent fertilizing effect of wind-induced upwelling processes, which stimulate a high productivity in coastal areas. Among the main EBUSs in the Atlantic and Pacific Oceans, some of them have been insufficiently researched in terms of the structure and dynamics of pelagic communities, which makes a difficult task to compare between systems or between regions in the same system. This thesis focuses on the characterization of microbial planktonic communities and on the analysis of their spatio-temporal changes associated with oceanographic variability in the coastal and coastal transition zones of two EBUSs with different oceanographic dynamics, the Cape Ghir system (31°N, Canary EBUS) and the Concepción system (36.5°S, Humboldt EBUS). A series of in situ oceanographic-biological samplings were carried out to accomplish the thesis objectives and these data were combined with satellite data to provide a wider spatio-temporal context to the samplings. Traditional microscopy and flow-cytometry techniques were used to identify taxa or functional groups and to estimate their abundance and biomass. The spatial and/or temporal similarity in microbial community structure in each EBUS and the influence of environmental factors on structure variability were evaluated with multivariate analyses. In Cape Ghir, where coastal upwelling is permanent, the spatio-temporal changes in the structure of microbial II communities are related to variations in upwelling intensity and to the proportion of nutrients. A comparatively lower concentration of nutrients in the C. Ghir region contributes to the fact that the dominance of diatoms in the phytoplankton is infrequent but mixed photoautotrophic/mixotrophic assemblages are more often found. In Concepción, where coastal upwelling is highly seasonal, changes in upwelling intensity contribute to explain variations in microbial community structure, while nutrient concentrations remain high during the annual cycle; microplanktonic diatoms dominate the phytoplankton during the upwelling period. In addition, in the Concepción system, mesoscale activity represented by front-eddy interactions produces an intense exchange of diatom species between coastal and oceanic waters. The results obtained in this thesis reflect the high complexity associated with the structure of microbial communities in EBUSs but allow for making basic projections on community changes under a scenario of potential wind intensification in some of the EBUSs