The emergence of regularity and variability in marine ecosystems: the combined role of physics, chemistry and biology

Abstract

Marine ecosystems play an integral role in the functioning of life on earth. To predict how they will respond to global changes, and to effectively manage and maintain services upon which humans rely, we must understand how biological processes at the cellular level generate macroscopic patterns in the oceans. Here, we discuss how physics and biogeochemistry influence and constrain marine ecosystem structure and function, and outline key regularities and patterns of variability that models should aim to reproduce. We identify unanswered questions regarding how size-dependent physiological and ecological processes are linked to turbulent mixing, dealing specifically with how size structure is related to mixing over a range of spatial scales and how it is linked to the fate of primary production in the sea. La aparición de regularidades y variabilidad en ecosistemas marinos: el papel combinado de la física, la química y la biología. – Los ecosistemas marinos juegan un papel integral en el funcionamiento de la vida sobre la Tierra. Para predecir cómo van a responder a cambios globales y para mantener los servicios de los cuales los humanos dependemos, tenemos que comprender cómo los procesos biológicos a nivel celular generan patrones macroscópicos en el océano. Examinamos cómo la física y la biogeoquímica afectan y limitan la estructura y función de los ecosistemas marinos, y exponemos importantes regularidades y patrones de variabilidad que los modelos deberían reproducir. Identificamos aspectos sin resolver sobre la relación entre procesos fisiológicos y ecológicos y la mezcla turbulenta. En concreto, cómo la estructura de tamaños está relacionada con la mezcla en un rango de escalas espaciales y cómo está conectada con el destino de la producción primaria en el mar.