Una marea roja es la acumulación rápida de una gran cantidad de algas compuestas por organismos unicelulares llamados dinoflagelados (que significa "látigo en movimiento" debido a las proyecciones de la cola con la que se mueven por el agua). Las algas crecen o florecen más rápido de lo normal para conseguir los nutrientes que han aparecido repentinamente en las frías profundidades.La tonalidad roja se debe a la presencia de ciertas especies de dinoflagelados o fitoplancton.
Junto con una presencia de diatomeas, los dinoflagelados componen la mayor parte del plancton del mar. A pesar de que el aspecto rojo del mar no es muy bonito, muchos florecimientos de algas son inofensivos. Sin embargo no se debe comer marisco después de una marea roja, porque hay un tipo de fitoplancton que libera sustancias dañinas en el agua. Algunos dinoflagelados producen toxinas al ser ingeridos por otros animales y esta sustancia dañina se concentra dentro del animal que se ha comido el plancton, motivo por el cual una persona que se coma, el marisco contaminado también puede intoxicarse.
Los billones de dinoflagelados microscópicos en una marea roja también provocan una espectacular bioluminiscencia de noche. Una especie en concreto, la lingulodinium polyedrum, genera su propia luz desde el interior. Cuando este organismo choca contra algo en el mar tiene lugar una reacción química en la que una enzima llamada luciferasa y una sustancia llamada luciferina (ambas dentro del alga) se combinan. Así ocurre otra reacción química que libera luz azul. Cuando esto ocurre millones de veces simultáneamente, el efecto es precioso.
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