La diferencia de tamaño es uno de los principales factores responsables de la estructuración de las comunidades fitoplanctónicas a escalas temporales cortas, es decir, dentro del rango de días. Durante 12 días, pudimos documentar un aumento rápido en la biomasa y la abundancia celular de fitoplancton en respuesta a un evento de mezcla vertical (que des estabiliza la estratificación de la columna de agua) y que produjo un cambio en la composición fitoplanctónica desde diatomeas a flagelados fitoplanctónicos.
Nicole Trefault, Centro GEMA- Genómica, Ecología y Medio Ambiente, Universidad Mayor – nicole.trefault@ umayor.cl
Juan Ugalde, Centro de Investigación en Tecnologías para la Sociedad, Universidad del Desarrollo
El proyecto «Diversidad y variabilidad interanual de comunidades microbianas eucariontes en aguas costeras antárticas», financiado por el INACH, permitió conocer más acerca de la diversidad del fitoplancton eucarionte y bacteriano que habita en las frías aguas costeras polares. Para ello, seguimos a estas comunidades microbianas a través del tiempo, enfocándonos principalmente en el verano, época en que se producen importantes florecimientos de fitoplancton.
Nuestros resultados mostraron que para el caso de los eucariontes dominan las diatomeas en las algas pardas, los mamieloficeos y piramimonadoficeos en las algas verdes, además de los haptófitos y criptófitos. Los prymnesioficeos y criptofitos fueron los grupos más dominantes durante las estaciones frías.
Detectamos, además, una huella genética que correspondería a una nueva Micromonas, similar pero claramente distinguible de Micromonas polaris, una microalga muy abundante en el Ártico. En conjunto, nuestros resultados aportan información fundamental para entender cómo los microorganismos antárticos responden a los cambios ambientales a lo largo del tiempo.
¿Quiénes conforman el plancton microbiano antártico?
El plancton microbiano corresponde a la fracción de los microorganismos acuáticos que flotan en la columna de agua. Dentro de ellos encontramos a representantes de los cuatro grandes grupos de entidades biológicas que existen en la Tierra: bacterias, arqueas, eucariontes y virus. En el plancton microbiano encontramos a organismos fotosintéticos, que usan la luz para obtener su alimento, a los cuales se les conoce como fitoplancton.
En la Antártica, los grupos del plancton microbiano más importantes corresponden al fitoplancton eucarionte y a las bacterias. A diferencia de otros lugares marinos, en la Antártica no se ha reportado la presencia de cianobacterias.
El fitoplancton eucarionte está con formado por una gran diversidad de organismos diferentes y abarca una amplia gama de tamaño celular. Estas variaciones en tamaño celular influyen fuertemente en la transferencia de energía a través de la trama trófica, debido a la diferencia inherente en modos de nutrición, ciclos celulares, estrategias metabólicas e interacciones ecológicas.
Adicionalmente, debido a que estos organismos son fotosintéticos, el tipo y cantidad de pigmentos también nos permiten diferenciarlos y clasificarlos típicamente en tres grupos: nano-fitoplancton (3 a 20 m), pico-fitoplancton (0,2 a 3 m) y criptófitos. La fracción bacteriana del plancton corresponde a organismos de vida libre, con tamaños entre 0,2 y 3 m de diámetro, y organismos que viven asociados a partículas y a otros (micro) organismos y que son aquellos que podemos recolectar entre los 3 y los 180 m.
¿Qué hace el plancton microbiano antártico?
El plancton microbiano en la Antártica desempeña funciones clave para la mantención de este ecosistema. Debido a los largos períodos de oscuridad que ocurren durante el invierno y a la escasez de plantas en los sistemas terrestres, la gran mayoría de la vida depende de los microorganismos fotosintéticos eucariontes, también conocidos como microalgas o fitoplancton eucarionte, los que habitan y florecen en grandes cantidades en las costas de la Antártica durante la primavera y el verano, debido a que en esta época no hay limitación por luz y las horas luz aumentan considerablemente respecto del invierno. Así, al realizar fotosíntesis y fijar carbono ellos proveen de materia orgánica, es decir de alimento, al resto del ecosistema, debido a que son consumidos por organismos filtradores, como el kril, una especie clave en la trama trófica antártica, los que, a su vez, proveen de alimento a peces, aves y mamíferos marinos.
Del mismo modo, el componente bacteriano del plancton sustenta las tramas tróficas del ecosistema marino durante el largo período invernal. Muchas de estas bacterias tienen mecanismos químicos para captar la energía del ambiente y, de esa manera, fijar carbono aportando con nutrientes a todo el resto de los organismos cuando la luz escasea o incluso bajo varios metros de hielo. Adicionalmente, las bacterias pueden recircular la materia orgánica, dado que una fracción de esta es consumida casi exclusivamente por las bacterias, quienes la respiran como dióxido de carbono, mientras que otra fracción es reintroducida a las tramas tróficas cuando las bacterias se multiplican y se vuelven alimento para el resto de los componentes del mar.
¿Cómo varía a lo largo del tiempo el plancton microbiano y cómo responde frente a cambios ambientales y estacionales?
El proyecto RG_31-15 «Diversidad y variabilidad interanual de comunidades microbianas eucariontes en aguas costeras antárticas», financiado por el INACH y realizado en el Centro GEMA-Genómica, Ecología y Medio Ambiente de la Universidad Mayor, estudió la composición comunitaria de microorganismos marinos provenientes de la bahía Fildes, isla Rey Jorge, Antártica.
Un grupo de investigadores provenientes de la Universidad Mayor, junto a la colaboración del Dr. Daniel Vaulot, de la Estación Biológica de Roscoff, Francia; el Dr. Rodrigo De la Iglesia, de la P. Universidad Católica de Chile, y la Dra. Adriana Lopes Dos Santos, de la Universidad Tecnológica de Nanyang, Singapur y profesora adjunta de la Universidad Mayor, participó en las campañas de recolección y análisis de muestras. Este equipo estuvo en terreno en el verano del año 2015 y, sumados al apoyo del Dr. Mario Moreno, las magíster Claudia Egas y Susana Rodríguez-Marconi, y del Dr. Ernesto Molina, lograron colectar muestras que incluyeron el verano del 2014, otoño y primavera antártica de ese mismo año, y verano del 2015.
El enfoque del estudio permitió abarcar la totalidad del espectro de tamaño de estos organismos, esto es, entre 0,2 y 180 m de diámetro. Adicionalmente, se estudiaron también las comunidades de bacterias, tanto de vida libre como asociadas a partículas.
Se observa que mientras la abundancia de bacterias es constante a lo largo del año, los diferentes grupos de fitoplancton muestran un fuerte patrón estacional, disminuyendo en abundancia durante el invierno austral, época de menor radiación solar requerida para realizar fotosíntesis. Nuestros resultados también muestran que las comunidades fitoplanctónicas que viven en las aguas de bahía Fildes son extremadamente diversas, con más de seis familias de eucariontes microbianos. Las diatomeas (Bacillariophyta) dominan la comunidad fitoplanctónica en todas las fracciones de tamaño. Sin embargo, algunos otros miembros, como Chrysophyceae y Pelagophyceae, también podrían ser importantes en momentos específicos, particularmente durante otoño y primavera.
Los datos y análisis realizados previamente por nuestro grupo, también en el marco de este proyecto INACH, habían mostrado que la diferencia de tamaño es uno de los principales factores responsables de la estructuración de las comunidades fitoplanctónicas a escalas temporales cortas, es decir, dentro del rango de días. Durante 12 días, pudimos documentar un aumento rápido en la biomasa y la abundancia celular de fitoplancton en respuesta a un evento de mezcla vertical (que des estabiliza la estratificación de la columna de agua) y que produjo un cambio en la composición fitoplanctónica desde diatomeas a flagelados fitoplanctónicos (Egas et al., 2017).
Estos efectos han sido también observados en otras bahías someras dentro de la península Antártica, mostrando que, durante los meses de verano, los aumentos en productividad están generalmente relacionados a fitoplancton de mayor tamaño, asociados a una disminución de la mezcla de la columna de agua por menores vientos y a una capa de mezcla más superficial (Schloss et al., 2014; Höfer et al., 2017). Finalmente, en el caso del plancton bacteriano, los datos obtenidos por el proyecto indican una fuerte dominancia de la clase Alfaproteobacteria, con un importante aumento de Gamaproteo bacterias y Bacteroida durante los meses de otoño. Estos resultados sugieren que representantes bacterianos de estos últimos dos grupos podrían ser algunos de los responsables de sostener el ecosistema costero antártico durante los meses de carencia de luz.
Conclusiones
Parte de los resultados de este proyecto ya han originado una reciente publicación en la revista Scientific Reports (Trefault et al., 2021) y están contribuyendo al conocimiento global del plancton microbiano en Antártica, su variabilidad temporal y los principales factores ambientales que regulan su variabilidad interanual. Con esta información, esperamos contar con mayores antecedentes que nos permitan predecir de mejor manera los efectos que puede tener sobre estos grupos microbianos el cambio global, que tan aceleradamente está afectando a la Antártica y sus aguas costeras.
