Benthic Diatoms from the Hypersaline Mar Menor coastal lagoonTaxonomy, phylogeny and responses to environmental changes

Resumen

Introducción y objetivos Las diatomeas son el grupo más abundante dentro de las microalgas bentónicas que forman tapetes microbianos en los sistemas acuáticos. Estas comunidades tienen un papel clave en el funcionamiento de los sistemas costeros poco profundos, como lagunas y estuarios, a nivel de producción primaria, ciclos biogeoquímicos y se consideran la base de la cadena alimenticia. Además, constituyen uno de los primeros compartimentos que reaccionan ante cualquier variación ambiental o tipo de impacto. En el medio marino, hay escasa información sobre la distribución, ecología, taxonomía y el uso de las diatomeas bentónicas como indicadores biológicos de cambios ambientales. El presente trabajo se ha llevado a cabo en la laguna costera del Mar Menor (SE España), de la que prácticamente no existe información florística previa. La laguna está sujeta a la presión ambiental de múltiples impactos antropogénicos, entre ellos los aportes de metales y nutrientes. Además, sus poblaciones se pueden ver muy afectadas por el aumento de temperatura asociado al cambio climático global. Por ello es un área de estudio ideal para investigar las relaciones de las especies y comunidades con los gradientes ambientales, y puede ayudar a entender los factores bióticos y abióticos que estructuran las comunidades de diatomeas bentónicas. El objetivo general de la tesis es mejorar el conocimiento de la ecología y taxonomía de las comunidades de diatomeas bentónicas de la laguna costera del Mar Menor, y evaluar su potencial como indicadores biológicos de los múltiples factores de estrés que afectan y amenazan la laguna. La realización de cualquier trabajo sobre bioindicadores se sustenta en un buen conocimiento florístico, sin embargo en el Mar Menor se carece de esta información. Por ello, se han marcado los siguientes objetivos específicos: i) Estudiar morfológica, ecológica y filogenéticamente el género Hyalosynedra; ii) Investigar la composición y abundancia de las especies del género Licmophora en la laguna, e investigar sus relaciones filogenéticas; iii) Evaluar el efecto conjunto de la temperatura y el ratio N:P estequiométrico del agua sobre poblaciones de la diatomea marina pedunculada Licmophora colosalis, y testar si la producción masiva de pedúnculos podría servir como indicador de contaminación por nutrientes; iv) Estudiar la composición, estructura y rasgos biológicos de las especies de dos comunidades de diatomeas bentónicas con diferente influencia de la contaminación crónica de metales y nutrientes, e investigar sus respuestas a descargas esporádicas de ambos factores. Todo ello para evaluar la idoneidad del uso de estas comunidades como herramienta para la monitorización ambiental de la laguna. Metodología Los trabajos florísticos incluyen descripciones morfológicas utilizando microscopia óptica y electrónica de barrido, y también análisis moleculares mediante el uso cultivos celulares, extracción del material genético, secuenciación y análisis filogenético de las secuencias. Los bioensayos de laboratorio consisten en la aplicación de diferentes tratamientos de temperatura y nutrientes para evaluar el efecto sobre la dinámica poblacional (medidas de crecimiento, tamaño celular, mortalidad), producción de pedúnculos (mediante análisis de imagen) y carbohidratos (análisis químico) de Licmophroa colosalis. El experimento de campo consiste en la aplicación de diferentes tratamientos de metales y nutrientes de forma individual y combinada. La respuesta de la comunidad se ha analizado a diferentes niveles, estructural (índices biológicos y abundancia de especies) y de rasgos biológicos (formas de crecimiento). La caracterización del tapete biológico se ha realizado mediante análisis de biomasa, contenido en clorofilas y carbohidratos. Resultados y Conclusiones Nuestros resultados revelan que las comunidades de diatomeas bentónicas pueden servir como indicadores biológicos de los impactos antropogénicos en la laguna costera del Mar Menor. La composición y abundancia de especies, así como la concentración de metales acumulada, puede evidenciar la existencia de descargas de metales y nutrientes de tan sólo una hora durante cuatro días, patrón similar al de las lluvias torrenciales de la zona. Los resultados revelan que descargas esporádicas de nutrientes pueden amplificar el impacto de los metales sobre las comunidades bentónicas del Mar Menor, como se ha observado a todos los niveles estudiados: composición y estructura de la comunidad, acumulación de metales, concentración de clorofila a, y la estructura tridimensional del tapete. A nivel estructural, la descarga de metales favorece la colonización de especies tolerantes, y cuando actúan conjuntamente con nutrientes, estos parecen favorecer principalmente a aquellas que tienen formas de crecimiento específicas. Así, las comunidades afectadas por ambos factores de estrés se caracterizan por especies tolerantes como Berkeleya fennica, que forma tubos de mucílago, y Neosynedra provincialis, que forma colonias en forma de zig-zag, lo que se refleja en un aumento en la complejidad de la estructura tridimensional del tapete. O. krumbeinii, sin embargo, fue afectada negativamente por todos los tratamientos, y se propone como especie potencialmente sensible. Estos datos parecen indicar que el estudio de los rasgos biológicos de las especies podría aportar información adicional sobre la ecología de las especies, que pueden revelar rápidamente cambios ambientales y podrían ser útiles en la monitorización de estos ambientes. Los 47 taxones encontrados durante los trabajos de esta tesis son nuevas citas para la laguna costera del Mar Menor, y se han descrito dos nuevas especies para la ciencia, Hyalosynedra lanceolata y Licmophora colosalis. Los análisis filogenéticos han sido imprescindibles para su identificación y también se han propuesto modificaciones de algunos taxones cercanos. Se pone en evidencia la necesidad de realizar trabajos moleculares de un mayor número de especies para poder clarificar las relaciones filogenéticas entre grupos taxones íntimamente relacionados, como ocurre con las especies del género Hyalosynedra y S. toxoneides. En un contexto del cambio climático global, un aumento de temperatura hasta los 36ºC, que entre dentro de los límites de las predicciones para las aguas de la laguna, resultará letal para las poblaciones de L. colosalis. La temperatura óptima de crecimiento está en torno a los 26ºC, y un rango estequométrico de N:P=16. Por ello, sus poblaciones podrán afrontar mejor el aumento de temperatura, si ese rango N:P se mantiene balanceado. En el caso del Mar Menor, con los aportes actuales de nitratos, el valor de la ratio N:P es mayor que 16. Nuestros resultados indican que, en esta situación, un aumento de temperatura hasta 31ºC (temperatura que se puede alcanzar en agosto actualmente) puede provocar una elevada mortalidad y una producción masiva de pedúnculos mucilaginosos. Lo que indica que un rango estequiométrico N:P desequilibrado (e.g., N:P >16) junto con el estrés térmico, pueden provocar cambios en la dinámica poblacional de L. colosalis. Además, sugiere que la producción de pedúnculos, que da lugar a colonias arbóreas y macroscópicas en medio natural, podría utilizarse para la detección de la contaminación por nutrientes.