Visualizzazione di dati oceanografici per rappresentare i cambiamenti a lungo termine nel fitoplancton

Il fitoplancton è un produttore primario che rappresenta la base della rete alimentare negli ecosistemi acquatici ^1,2. Sebbene i programmi di monitoraggio del fitoplancton siano fondamentali per identificare i cambiamenti attuali e futuri negli ecosistemi marini, il loro supporto sta diminuendo nel tempo ³. A causa dei loro tempi di generazione relativamente brevi e della mobilità limitata, i fitoplancton sono particolarmente sensibili ai cambiamenti climatici, il che li rende uno strumento importante nel monitoraggio delle serie temporali. Le serie temporali del fitoplancton sono importanti anche per informare la gestione ecosistemica della disponibilità delle risorse e fornire un contesto per eventi episodici, come le ondate di calore marine⁴. Le serie temporali a breve termine, in termini di anni, forniscono informazioni sulla successione delle comunità di fitoplancton e sulle dinamiche stagionali (ad esempio, ref.5,6), mentre le serie temporali a lungo termine, come i programmi Bermuda Atlantic Time Series (BATS) e Hawaii Ocean Times Series (HOTS), coprono più di due decenni e consentono di rilevare tendenze a lungo termine ^7,8. Tali studi illustrano il beneficio e l’importanza di un record di fitoplancton ad alta risoluzione per una comprensione completa del cambiamento a lungo termine dell’ecosistema in ambienti marini dinamici. Inoltre, la visualizzazione e la comunicazione di questi cambiamenti nel fitoplancton, che non possono essere visti ad occhio nudo, sono più difficili da comprendere rispetto agli organismi che sono grandi e facilmente visibili, come pesci e balene. Le visualizzazioni computerizzate offrono una tecnica per esplorare set di dati complessi⁹ e grafici illustrativi migliorati stanno diventando prontamente disponibili (ad esempio, Integration and Application Network, University of Maryland Center for Environmental Science). Tuttavia, la maggior parte degli studi sull’ecologia del fitoplancton, compresi molti a cui si fa riferimento qui, presentano ancora i risultati solo come grafici di dati che riducono la loro accessibilità al pubblico generale. Dato che il fitoplancton rappresenta la base della catena alimentare nella maggior parte dei sistemi marini, comunicare la loro importanza ai quasi 2,4 miliardi di persone che vivono all’interno dell’oceano costiero^{è fondamentale 10}. Qui, abbiamo sviluppato un protocollo con l’obiettivo di visualizzare la diversità e l’entità del fitoplancton, come raccolto da un programma di monitoraggio del fitoplancton.

La serie temporale del plancton della baia di Narragansett (NBPTS) fornisce una prospettiva a lungo termine di 60+ anni (1959-oggi) sugli effetti del cambiamento globale all’interno di un contesto climatico sull’abbondanza del fitoplancton, sulla stagionalità e sulla fenologia (storia della vita). La baia di Narragansett (NBay) è un estuario costiero collegato ai più ampi sistemi della piattaforma nord-orientale degli Stati Uniti e dell’Atlantico nord-occidentale, la cui produzione ha importanti implicazioni per la pesca e l’uso umano lungo la costa degli Stati ^Uniti. NBay è considerato un sistema altamente stagionale che sperimenta un riscaldamento a lungo termine (1950-2015) delle acque nella regione, nonché cambiamenti nei nutrienti e un aumento della limpidezza dell’acqua^12,13. Inoltre, si è verificato un declino della biomassa di fitoplancton nell’alto NBay correlato alla diminuzione antropica dell’azoto inorganico disciolto, che è in parte attribuito agli aggiornamenti negli impianti di trattamento delle acque reflue¹². Cambiamenti nei taxa di fitoplancton, in particolare nelle fioriture algali dannose (HAB), si stanno verificando anche in NBay. Pseudo-nitzschia spp., che produce fioriture tossiche pervasive nelle regioni di upwelling lungo la costa occidentale degli Stati Uniti, ha portato a notevoli chiusure di molluschi per la prima volta nella storia di NBay nel 2016 e nel 2017 14,15,16. Comunicare questi cambiamenti a un pubblico eterogeneo è importante per aumentare l’alfabetizzazione scientifica e per promuovere il supporto continuo agli studi di monitoraggio del fitoplancton.

L’obiettivo di questo progetto è stato quello di utilizzare immagini microscopiche del fitoplancton da NBay, nonché i dati sintetizzati da NBPTS, per visualizzare i cambiamenti letterali nei taxa di fitoplancton e nella biomassa che si stanno verificando in NBay per comunicare e migliorare l’importanza del fitoplancton al pubblico generale. NBPTS fornisce 60+ anni di conteggi settimanali del fitoplancton e biomassa pubblicamente disponibili per sfruttare i dati di (https://web.uri.edu/gso/research/plankton/). Il prodotto finale è stato un grande murale di modelli di plancton rappresentativi dei dati delle serie temporali (ad esempio, biomassa e taxa di fitoplancton, temperatura) all’interno dell’opera d’arte stessa. Questo approccio rappresenta un metodo di visualizzazione che può essere utilizzato per molte altre serie temporali di plancton in tutto il mondo e può essere adattato anche per programmi di monitoraggio con dati stagionali a breve termine. I vantaggi dell’implementazione di questo protocollo includono l’aumento degli sforzi nella visualizzazione dei dati, nella comunicazione scientifica, nell’istruzione e nell’impegno con le comunità locali.