Tesis doctoral de Aldo Barreiro Felpeto
Resumen introducción el estudio de las microalgas causantes de los eventos conocidos vulgarmente como «mareas rojas» ha sufrido un creciente interés científico en los últimos años. una de las razones de que esto haya tenido lugar es el creciente uso a escala global de las aguas costeras para actividades de acuicultura (anderson, 1994). Esta actividad económica sufre graves pérdidas cuando uno de estos eventos tiene lugar. además, la frecuencia de estos eventos paraece que está aumentando en el mundo desde los últimos 50 años. Algunas de las principales razones para que esto suceda serían varias cuestiones ligadas a la actividad humana, como el aumento de la eutrofizadón de aguas por contaminación con aguas fecales y fertilizantes, el transporte mundial de especies en aguas de lastre de embarcaciones y las condiciones climáticas anormales (hallegraeff, 1993). Alrededor de 40 espedes de microalgas marinas producen toxinas que pueen ser nodvas para el ser humano. Estas toxinas son de varías naturalezas químicas y causan diversos síntomas si son ingeridas en cantidades excesivas: parálisis (saxitoxinas de dinoflagelados), diarreas (ácido okadaico de dinoflagelados del género dirtophysis), amnesia y trastornos neurológicos (ácido domoico de diatomeas del género pseudo-nitzschia), alteraciones neurológicas (gimnodimina de karenia brevis, toxinas de la ciguatera), destruedón del tejido hepático (hepatotoxinas de danobacterías), etc. las toxinas pueden llegar a afectar a humanos ya que se transmiten en la red trófica desde las microalgas fitoplantónicas hasta el zooplancton, bivalvos, peces, crustáceos, aves y mamíferos marinos. las interacciones entre las microalgas tóxicas y sus consumidores son de gran interés porque es el paso más importante en la transmisión de toxinas en la red trófica, y además, porque potendalmente, los consumidores de microalgas tóxicas serían el único control biológico posible para frenar este tipo de eventos. Los priondpales consumidores de este tipo de microalgas son el microzooplancton y el mesozooplancton. Tradidonalemente, la investigación de estas interaedones se ha centrado más en el mesozooplancton que en el microzooplancton, sobre todo en medio marino. No obstante, es posible que el microzooplancton consuma la mayor parte de biomasa de microalgas en muchos casos (graneli &tumer eds., 2006). Los consumidores de microalgas tóxicas pueden sufrir diversos efectos como consecuenda de las toxinas, como por ejemplo, incapacitadón fisiológica para alimentarse o moverse y reducción de la fertilidad (reduedón de la tasa de producción de huevos y/o edosión de los mismos) (yves, 1987). No obstante, la magnitud de estos efectos depende del tipo de toxina (hay algunas toxinas que afectan al ser humano, pero aperentemente no a los consumidores de microalgas, como el ácido domoico, maneiro et al, 2005), de la cantidad de toxina ingerida, de la capacidad para acumular dicha toxina, y de si se consume algún tipo de comida no tóxica (en este caso el efecto de la toxina se diluiría). Una de las cuestiones de más interés, reladonadas con el zooplancton en general, sería acerca de la capacidad que puedan tener las diferentes espedes para selecdonar su alimento, diferendando a las células productoras de toxinas de las no productoras, y rechazando a las primeras, en aquellos casos en los que les perjudiquen. Sobre este tema, se han encontrado resultados contradictorios, dependiendo de los organismos empleados en los experimentos y de las condiciones experimentales (demott 1989; ver graneli &tumer eds., 2006). En principio, las algas no parecen demostrar externamente su capacidad para produdr toxinas, de manera que sus consumidores tendrían que aprender a diferenciartas por un mecanismo de prueba-error. el significado evolutivo de la producción de toxinas ha intentado ser explicado desde diversos puntos de vista. Una de las hipótesis (smayda, 1997) establece que los dinoflagelados (mayoría de especies tóxicas en el medio marino) son peores competidores que el resto del fitoplancton por los nutrientes inorgánicos. Tendrían una menor afinidad por nitrato y fosfato. Para compensar estas carendas, tienen varios mecanismos, entre ellos, una mayor movilidad, tendencia a la míxotrofía, producción de sustancias alelopáttcas y toxinas para defenderse y evitar a los depredadores. también ha demostrado ser de gran interés el estudio de las reladones entre bacterias a sodadas a microalgas y la producción de toxinas. Redentemente ha sido descubierto que algunas bacterias asociadas a dinoflagelados productores de saxitoxina tienen la capacidad de interacciones entre microalgas productoras de toxinas y organismos zooplanctónicos que las consumen producirla (doucette et al, 1998). memoria los objetivos de esta tesis doctoral son el estudio de diferentes casos concretos de interacciones entre zooplancton consumidor de microalgas de mareas rojas y las propias microalgas. Se trataba de conocer, entre otras cosas, la capacidad de diferentes especies de zooplancton para discriminar entre células tóxicas y no tóxicas, de ver el efecto que producen las toxinas cuando se ingiere el alga tóxica solamente o cuando se ingiere combinada con comida no tóxica. Además también se ha hecho un experimento de competencia por nutrientes inorgánicos. Se han realizado cinco experimentos en total, de los cuales se elaboró una publicación de cada uno de ellos, dos de las cuales ya están publicadas, otra se encuentra en revisión, y otras dos últimas todavía elaborándose. el primer experimento tuvo como objetivo estudiar el efecto de las sustancias tóxicas producidas por la primnesiofícea prymnesium parvum en la especie de rotífero brachionus plicatilis y en la rodofícea rhodomonas salina. P. Parvum fue cultivado en diferentes condiciones de nutrientes (limitado por nitrógeno, limitado por fosfato, y sin limitación por ningún nutriente). Estos cultivos se testaron frente a los rotíferos en diferentes concrentraciones, así como mezclados o sin mezclar, con r. Salina, que no es tóxica. También se estudió el efecto de los compuestos secretados por p. Parvum, testando filtrado libre de células de sus cultivos frente a los rotíferos. El efecto sobre r. Salina se testó para ver si las sustancias alelopáticas que produce dependen de las condiciones de nutrientes en que es cultivado. También se empleó en este caso filtrado libre de células. La toxicidad de p. Parvum se estimó midiendo la actividad hemolítica de los cultivos. el segundo experimento estaba enfocado a descubrir si el copépodo acartia clausi es capaz de diferenciar entre dos cepas del dinoflagelado alexandrium minutum, que en principio son indiferenciables externamente, pero una es tóxica y otra no. Esto es intensante para tener una idea de si en condiciones naturales pueden se rcapaces de seleccionar entre ambas, ya que tanto cepas tóxicas como no tóxicas deberían coexistir en el medio, y de esta manera, podrían influir en favorecer o impedir el desarrollo de un btoom, en función de si son capaces de seleccionar la cepa tóxica o no. Para diferenciar las cepas en los recuentos, se empleó un anticuerpo monoclonal desarrollado a tal efecto y citometría de flujo. También se vio el efecto de una dieta compueta sólo por la cepa tóxica, sólo por la no tóxica, y por una mezcla de ambas. Este experimento se continuó con un tercero en el que, además, se estudió la influencia hipotética en la capacidad de selección entre la cepa tóxica y la no tóxica cuando hay más especies de fitoplancton presentes. La toxicidad de a. Minutum se midió por cromatografía líquida de alta eficacia. el cuarto experimento estudió el efecto de dietas monolgales de diversas especeis de diatomeas (dos cepas de thaiassiossira rotula, skeletonema marinoi y skeletonema pseudocostatum). Además se vio la selección de alimento entre cada una de esas especies y el dinoflagelado prorocentrum mínimum. Se emplearon dos especies de copépodos como diana, temora stylifera y centropages typicus. El objetivo era comparar el efecto de las cepas de diatomeas. De algunas de ellas se conoce previamente que es productora de aldehidos que resultan tóxicos para los copépodos, reduciendo su fertilidad, pero otras de ellas no lo eran, pero sí producen otros compuestos que se sospecha que pueden ser responsables de algún efecto tóxico. La especie p. Mínimum se utilizó como control no tóxico. el quinto experimento consistió en estudiar la afinidad por fósforo en diversas especies de fitoplancton, 7 en total, y el dinoflagelado tóxico alexandrium minutum. Se trataba de determinar la capacidad competititva relativa de cada una de ellas, para testar si es cierto o no que a. Minutum es inferior con diferencia, a todas las demás. Para ello se cultivaron midiendo tasa de crecimiento y concentración intracelular de fósforo, y concentración de fosfato en el medio. Asi obtenemos curvas de crecimiento en función del fosfato, así como una medida de la capacidad de captación de fósforo. El resto de nutrientes se mantuvieron siempre en concentraciones superiores a las limitantes, en cambio el fósforo se dejó que fuera siendo consumido hasta limitar el crecimiento. resultado en el primer experimento se demostró que prymnesium parvum produce más compuestos que los determinados por actividad hemolítica, ya que esta no se correlaciona con el efecto tóxico sobre los rotíferos. Así, el más tóxico fue el cultivado enlimitación de nitrógeno, después el sin limitación, y después el cultivado en limitación de fosfato. En cambio, el de mayor actividad hemolítica fue el de limitación de fosfato, después el de limitación de nitrógeno y el menor, el cultivado sin limitación. La actividad hemolítica, por el contrario, sí se correlaciona con el efecto alelopático sobre rhodomonas salina. También se concluyó que el filtrado libre de células afecta a los rotíferos yafi. Salina, así que los compuestos tóxicos son liberados al medio. El efcto de la toxicidad resultó ser menor cuando se combina la ingestión del alga tóxica con la de la no tóxica. No obstante, los rotíferos no fueron capaces de diferenciar entre ellas y seleccionar la no tóxica. en el segundo y tercer experimento, resultó que los copépodos no fueron capaces de diferenciar entre ambas cepas de dinoflagelados, y, además, incluso seleccionaron de fornia ligeramente positiva la cepa tóxica, quizás porque era un poco mayor de diámetro. Los efectos de la toxicidad se vieron enormemente reducidos al ingerirse también comida no tóxica, hasta el extremo de no resultar a penas aparentes, salvo una ligerísima reducción en la producción de huevos. No influyó en esta conclusión el hecho de que se añadieran a las dos cepas de dinoflagelados otras dos especies de fitoplancton totalmente diferentes. En el cuarto experimento, se descubrió que, efectivamente, ciertos aldehidos cuya actividad se desconocía resultan tóxicos para los copépodos. Así que son nuevos compuestos de la familia de los aldehidos derivados de la oxilipina que se añaden a los ya conocidos por reducir la fecundidad de copépodos (lanora et al, 2003). Estos aldehidos se encontraron en una de las cepas de thalassiossira rotula y en skeletonema pseudocostatum. También se obtuvo como resutado que los copépodos seleccionan de forma ligeramente positiva a las cepas de t. Rotula, frente a prorocentrum mínimum, pero negativamente a skeletonema pseudocostatum. En el experimento que pretendía estimar la capacidad competitiva de alexandrium minutum, con el fosfato como recurso, resultó que no es un mal competidor, si bien algunas especies de las 7 testadas son superiores a él, la mayoría no lo son. La buena capacidad competitiva de a. Minutum se debe a su gran capacidad para acumular fosfato, a pesar de una menor afinidad por este nutriente inorgánico. discusión a la vista de los resultados, una de las cuestiones importantes en tomo a las interacciones entre microalgas tóxicas y sus consumidores, como era la capacidad del zooplancton para seleccionar especies no tóxicas, queda en duda para las especies testadas. En el caso de los rotíferos, no parece posible con p.Parvum, pero no es descartable con otras especies. Lo mismo sucedería para las tres especies de copépodos empleadas en los anteriores experimentos, no parece posible con las especies o cepas testadas, pero eso no significa que no sea posible que, usando otras especies tóxicas, o las mismas pero con mayor cantidad de toxina, los copépods sí seleccionen a las no tóxica. No obstante, los ejemplos de que disponemos en la bibliografía no parecen apoyar esto, sino que más bien se tiende a pensar que los copépodos, en su medio natural, no seleccionan demasiado su alimento (verturner et al, 2006). Nuestros resultados apoyan este punto de vista. Si esto es en realida algo generalizable al zooplancton, habría que concluir que el zooplancton no es uno de los compartimentos de la cadena trófica con mayor influencia en la transmisión de toxinas. Una de las razones por las cuales es posible que los copépodos no necesiten rechazar a las especies tóxicas sería porque estas contienen a veces micronutrientes beneficiosos (koski et al, 1999) y que además, como ingieren también comida no tóxica, el efecto de las toxinas se diluye en gran medida. La única especies tóxica que fue rechazada frente a otras por los copépods fue la diatomea skeletonema pseudocostatum, pero tal vez se debiera a que sus células eran mucho menores que las de las otras especies, y portante, su captura menos eficiente. El hecho de que prymnesium parvum seguramente produzca nuevos compuestos aún no conocidos y con actividad biológica, así como que se haya puesto de manifiesto la actividad de nuevos aldehidos además de los que ya recientemente habían sido descubiertos (lanora et al, 2003) en diatomeas, hace pensar, como una conclusión adicional de este trabajo, que las especies de microalgas posiblemente produzcan, en general, muchos más compuestos de los conocidos, así que será posiblemente un campo de investigación en el que quede mucho por hacer. bibliografía – anderson dm (1994) red tides. Sci. Am. 271(2): 52-58. – demott wr (1989) optimal foraging theory as a predictor of chemically mediated food selection by suspension-feeding copépods. 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Datos académicos de la tesis doctoral «Interacciones entre microalgas productoras de toxinas y organismos zooplanctonicos que las consumen«
- Título de la tesis: Interacciones entre microalgas productoras de toxinas y organismos zooplanctonicos que las consumen
- Autor: Aldo Barreiro Felpeto
- Universidad: Vigo
- Fecha de lectura de la tesis: 20/04/2007
Dirección y tribunal
- Director de la tesis
- Castor Guisande Gonzalez
- Tribunal
- Presidente del tribunal: adrianna Ianora
- María isabel Maneiro estraviz (vocal)
- María isabel Maneiro estraviz (vocal)
- jolanda Verspagen (vocal)