Laboratorio de Ecología Acuática

 

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Ø Integrantes

Directores

Dr. Horacio E. Zagarese, Investigador Superior (CONICET), Profesor Asociado (UNSAM). zagarese@intech.gov.ar

Dr. Fernando Unrein, Investigador Independiente (CONICET), Profesor Adjunto (UNSAM). funrein@intech.gov.ar

 

Integrantes

  • María Eugenia Llames, Investigadora Adjunto (CONICET), Profesora Adjunta (UNSAM). mariaellames@intech.gov.ar
  • Leonardo Lagomarsino, Investigador Adjunto (CONICET), JTP (UNSAM) lagomarsino@intech.gov.ar
  • Paulina Fermani, Investigadora Asistente (CONICET), Ay. 1era. (UNSAM) pfermani@intech.gov.ar
  • Nadia Diovisalvi, Investigadora Asistente (CONICET), JTP (UNSAM) nadiadiovisalvi@intech.gov.ar
  • Marcela A. Ferraro (JTP UNSAM), marcelaferraro@intech.gov.ar
  • María Victoria Quiroga, CPA (CONICET), Ay. 1era (UNSAM), mvquiroga@intech.gov.ar
  • Manuel Castro Berman, Becario Doctoral (CONICET), manu-10-89@intech.gov.ar
  • Sebastán Metz, Becario Doctoral (CONICET-UNSAM), Ay. 1era. (UNSAM), sebametz@intech.gov.ar
  • Mariana Odriozola, Becaria Doctoral (CONICET), odriozolamp@intech.gov.ar
  • Juliana Ospina, Becaria Doctoral (ANPCyT), jaospinas@intech.gov.ar
  • José F. Bustingorry, Profesional Principal CPA (CONICET), bustingorry@intech.gov.ar
  • Roberto U. Escaray, Profesional Principal CPA (CONICET), escaray@intech.gov.ar

Ø lineasdeinvestigacion

 

Ecología de algas picoplanctónicas de las lagunas pampeanas

El picoplancton fototrófico (PPP) juegan un papel fundamental en la trama de trófica microbiana de numerosos sistemas acuáticos. Está compuesto por algas <2 μm eucariotas (picoeucariotas, Peuk) y procariotas (picocianobacterias, Pcy). El conocimiento que se posee hasta la actualidad indica la existencia de diferentes patrones globales: (a) la abundancia de PPP aumenta con el grado trófico, (b) su contribución a la biomasa fitoplanctónica total disminuye, (c) la abundancia relativa de Pcy es mayor en ambiente oligotróficos, (d) las Pcy ricas en ficocianina (PC) dominan ambientes túrbios lo contrario que las ricas en ficoeritrina (PE) y (e) la abundancia de Pcy se mantiene relativamente baja durante la mayor parte del año a excepción de uno o dos picos en primavera-verano. Estudios realizados en las lagunas pampeanas sugieren que algunos de estos patrones no ocurren en esta región: (1) más del 90% de las PPP son Pcy a pesar de ser ambientes eutróficos, (2) el pico de abundancia de Pcy ocurre en época invernal y (3) la contribución del PPP al fitoplancton total es mucho mayor que lo esperado, considerando que muchas Pcy pueden agruparse formando colonias, parte del fitoplancton >2 µm estaría formado por algas picoplanctónicas agregadas. Estas particularidades observadas motivan el esta línea de investigación y nos llevan a cuestionarnos si estos ambientes representan realmente una excepción. En este contexto es interesante indagar qué es lo que hace que estas lagunas presenten este comportamiento peculiar. El objetivo central es estudiar los factores que determinan la presencia, abundancia y dinámica de las algas picoplanctónicas en las lagunas someras pampeanas. La hipótesis es que los patrones espaciotemporales de Pcy y Peuk observados en las lagunas pampeanas están determinados principalmente por la composición de los depredadores y por la calidad de luz en la columna de agua.

 

Diversidad molecular de algas picoplanctónicas

En particular, el picoplancton fototrópico, representado por picocianobacterias (Pcy) y algas picoeucariotas (Peuk), es usualmente muy abundante y contribuye significativamente a la biomasa del fitoplancton y a la producción primaria de lagos y mares. Debido a su pequeño tamaño, los caracteres morfológicos son insuficientes para permitir discriminarlas taxonómicamente. Durante la última década, la aplicación de técnicas de biología molecular al estudio de microorganismos acuáticos reveló la existencia de una asombrosa diversidad tanto filogenética como funcional. Estos trabajos sin embargo, están excesivamente sesgados a ambientes marinos. Estudios preliminares llevados a cabo en lagos patagónicos y antárticos demostraron la existencia de Prasinophyceae, seguramente Peuk, nunca antes encontradas en estos ambientes. Una de ella se trata de Bathycoccus, un género que se suponía era exclusivamente marino. En comparación con los océanos, la heterogeneidad de los cuerpos de agua continentales es muchísimo más grande, lo que nos permite hipotetizar que las algas picoplanctónicas de agua dulce presentan una diversidad filogenética y funcional mucho mayor de lo que se conoce hasta el presente, e inclusive mucho mayor que en el mar, resultado así la clasificación Pcy-Peuk una simplificación excesiva. El objetivo general de este trabajo es estudiar la filogenia, diversidad y distribución geográfica de las algas picoplanctónicas en ambientes continentales. Para este estudio se separan las poblaciones de algas picoplanctónicas usando la capacidad de sorting que posee el citómetro de flujo para caracterizarlas desde el punto de vista morfológico y molecular, aplicando Illumina MiSeq. Esto se realiza en la mayor cantidad y diversidad de ambientes acuáticos posibles. A diferencia, de los análisis clásicos basados en secuenciación de ADN ambiental a partir de la concentración de la muestra mediante filtración, nuestro enfoque original permite asociar de manera directa la información morfológica con la genética. La construcción de árboles filogenéticos en base a las secuencias de 18S o 16S rDNA (para Peuk o Pcy respectivamente) y el diseño de primers para los grupos de mayor interés, permitirá estudiar la diversidad de estos grupos en muestras ambientales aplicando técnicas de secuenciación masiva como Illumina MiSeq. La relación de esta diversidad con las variables físico-químicas medidas en cada uno de los ambiente permite detectar patrones y asociar la presencia y distribución geográfica de los principales taxa y su relación con los ambientes en los que se encuentran.

 

Redes tróficas microbianas de las lagunas pampeanas

Las lagunas someras eutróficas están frecuentemente dominadas por floraciones de cianobacterias. A diferencia de lo que se observa en otros sitios templados, muchas lagunas pampeanas están dominadas de manera permanente por formas unicelulares (Pcy) y coloniales no-formadoras de floraciones. Se ha demostrado en laboratorio que diversas cepas de Pcy tienen la capacidad de agregarse como estrategia en respuesta a la presión de depredación por protistas bacterívoros. Estudios llevados a cabo hasta el momento en la laguna Chascomús, sugieren que la composición del zooplancton sería el principal factor estructurador de las cianobacterias picoplanctónicas, y que determinarían directa o indirectamente, no solo su abundancia, sino su composición y distribución de tamaños (i.e. la proporción de células en forma de colonias). El objetivo de esta línea de investigación es estudiar el efecto de los depredadores y la infección viral sobre la estructura de las picocianobacterias en las lagunas pampeanas. Este objetivo es abordado de diferentes maneras: (a) un estudio de seguimiento de la abundancia y composición morfológica y molecular de las comunidades planctónicas, incluido los virus, a lo largo del tiempo en diversas lagunas de la región; (b) experimentos manipulativos para evaluar el impacto de los depredadores sobre la composición y plasticidad fenotípica del fitoplancton; (c) finalmente, análisis de contenido gástrico o vacuolar (en el caso de los protistas) aislando los distintos depredadores in situ, determinando la diversidad de cianobacterias y comparándola con la composición del fitoplancton mediante métodos de secuenciación masiva.

 

Efecto del cambio climático sobre las comunidades de lagunas pampeanas

En las últimas décadas se ha evidenciado el efecto de las actividades antrópicas sobre el clima del planeta. A nivel global se ha observado un aumento promedio de la temperatura de superficie de 0.13°C desde 2005 hasta 2015 (https://data.giss.nasa.gov/gistemp/maps/). Sin embargo, existen importantes diferencias en la intensidad del cambio en diferentes zonas del planeta. En el Hemisferio Sur (HS), y en particular en Argentina, el cambio climático ha mostrado tendencias que difieren de las ocurridas en el Hemisferio Norte (HN), debido probablemente, a la desigual distribución de las masas continentales y oceánicas. A pesar de la gran diversidad de respuestas biológicas a los cambios climáticos, existen tres tipos de respuestas que suelen considerarse quasi-universales. La primera de ellas es el desplazamiento de la distribución geográfica de las especies o comunidades hacia mayores latitudes o altitudes. La segunda consiste el adelantamiento en primavera, o más raramente en el retraso en otoño, de eventos biológicos estacionales (fenología) de las especies. La tercera respuesta ecológica, consiste en la reducción de la talla media a nivel individual, poblacional o comunitario (Daufresne et al., 2009). Por otra parte, existe también una muy marcada desproporción en la cantidad información disponible entre los hemisferios norte y sur. La inmensa mayoría de los estudios sobre los efectos del cambio climático sobre las comunidades biológicas corresponde a ecosistemas del hemisferio norte, y en menor medida Australasia y Antártida; mientras que América del Sur y África se encuentran notablemente sub-representadas. A partir de las consideraciones anteriores, el objetivo general de esta línea de investigación es estudiar los efectos del cambio climático en la región central del país sobre la talla del zooplancton de las lagunas pampeanas.

 

¿Quiénes son y qué hacen?: Uniendo diversidad y función de comunidades microbianas del Humedal Pampeano

De manera global, el problema más común con respecto a la calidad del agua es la eutrofización, resultado de grandes cantidades de nutrientes que deteriora considerablemente los usos benéficos del agua. Las lagunas son elementos distintivos del paisaje de la Cuenca del Río Salado (Buenos Aires, Argentina) y están íntimamente asociadas con nuestra economía regional a través de su explotación como recursos turísticos, recreativos y pesqueros. Estos elementos brindan beneficios a nuestra sociedad, tanto de manera directa, mediante la provisión de alimentos y agua, como de manera indirecta mediante el control del clima, la mitigación de inundaciones y sequías, y el ciclado de materia orgánica, entre otros. El estado prístino de las lagunas era uno donde la mayoría se encontraban en un estado de aguas claras con abundante vegetación acuática. Actualmente, nuestra región está experimentando cambios en el clima y en el uso de la tierra que afectan directamente a las lagunas y que están provocando un cambio de régimen hacia sistemas hipertróficos turbios debido al incremento de nutrientes que ingresan a la cuenca por la actividad humana. Estos cambios ambientales pueden modificar el funcionamiento biogeoquímico de los sistemas acuáticos, a través de alteraciones en los aportes de sedimentos y nutrientes disueltos. En relación a lo descripto, existe una relación compleja y estrecha entre los procesos ecológicos críticos de los ecosistemas y las comunidades microbianas que en ellos se desarrollan. Los microorganismos representan el grupo más diverso de organismos y cumplen un rol esencial en los procesos ecológicos fundamentales para el sostenimiento de la vida. La capacidad de utilizar sustratos orgánicos como fuente de carbono y energía constituye la base del funcionamiento de la comunidad microbiana y el resto de los procesos biogeoquímicos y funciones ecológicas del ecosistema necesariamente depende de esta capacidad. En consecuencia, comprender cuáles son aquellos factores ambientales que regulan la diversidad y el metabolismo de estos microorganismos resulta crucial ya que estos factores son, en gran medida, los mismos que regulan muchas de los servicios ecosistémicos que brindan nuestras lagunas. Dentro de este marco, el objetivo general de esta línea de trabajo es analizar la relación entre la estructura comunitaria microbiana y su función en lagos someros del humedal pampeano y avanzar en la comprensión de los cambios ambientales generados por la actividad humana sobre estos aspectos de la biodiversidad microbiana de sistemas acuáticos. Teniendo en cuenta el rol ambiental, sociocultural, estético y económico de nuestras lagunas, comprender en qué medida la estructura comunitaria microbiana y su función responde a los cambios ambientales resulta relevante, no sólo por el valor intrínseco de estos sistemas, sino por el potencial de aplicación de los resultados dentro de las ciencias aplicadas en áreas tales como la biorremediación y la bioprospección, así como en el desarrollo y evaluación de nuevas estrategias relacionadas con el manejo sustentable, la recuperación y la prevención de posibles efectos negativos de los cambios ambientales sobre el funcionamiento de estos sistemas.

 

 

Publicaciones

  • 2019 – Metz S, Singer D, Domaizon I, Unrein F, Lara E. Global distribution of Trebouxiophyceae diversity explored by high-throughput sequencing and phylogenetic approaches. Environ Microbiol. 2019 Oct;21(10):3885-3895.
  • Singer D, Metz S, Unrein F, Shimano S, Mazei Y, Mitchell EAD, Lara E. Contrasted Micro-Eukaryotic Diversity Associated with Sphagnum Mosses in Tropical, Subtropical and Temperate Climatic Zones. Microb Ecol. 2019 Feb 12.
  • Huber P, Cornejo-Castillo FM, Ferrera I, Sánchez P, Logares R, Metz S, Balagué V, Acinas SG, Gasol JM, Unrein F. Primer Design for an Accurate View of Picocyanobacterial Community Structure by Using High-Throughput Sequencing. Appl Environ Microbiol 2019 Mar 22; 85  pii: e02659-18.
  • Gerea M, Queimaliños C, Unrein F. Grazing impact and prey selectivity of picoplanktonic cells by mixotrophic flagellates in oligotrophic lakes. Hydrobiologia 2019, 831: 5-21.
  • Metz S, Lopes Dos Santos A, Berman MC, Bigeard E, Licursi M, Not F, Lara E, Unrein F. Diversity of photosynthetic picoeukaryotes in eutrophic shallow lakes as assessed by combining flow cytometry cell-sorting and high throughput sequencing. FEMS Microbiol Ecol. 2019 Mar 19. pii: fiz038.
  • 2018-Diovisalvi N., Odriozola M., de Souza J., Molina F., Fontanarrosa M., Escaray R., et al. (2018) Species‐specific phenological trends in shallow Pampean lakes’ (Argentina) zooplankton driven by contemporary climate change in the Southern Hemisphere. Global Change Biology 24, 5137–5148.
  • 2018-Castro Berman, M., D. J. G. Marino, M. Quiroga, and H. Zagarese. Occurrence and levels of glyphosate and AMPA in shallow lakes from the Pampean and Patagonian regions of Argentina. Chemosphere, in press.
  • 2018- Nieva A.S., Bailleres M.A., Llames M.E., Taboada M.A., Ruiz O.A. & Menendez A. Promotion of Lotus tenuis in the Flooding Pampa (Argentina) increases the soil fungal diversity. Fungal Ecology 33, 80-91.
  • 2017-Zagarese, H., M. Ferraro, C. Queimaliños, M. d Dieguez, D. Suárez, and M. Llames. Patterns of dissolved organic matter across the Patagonian landscape: a broad-scale survey of Chilean and Argentine lakes. Marine and Freshwater Research.
  • 2017-Quiroga, M. V., G. Mataloni, B. M. S. Wanderley, A. Amado & F. Unrein. Bacterioplankton morphotypes structure and cytometric fingerprint resemble environmental conditions in a sub-Antarctic peatland. Hydrobiologia, 787: 255-268.
  • 2017-Llames, M. E., P. Huber, S. Metz & F. Unrein. Interplay between stochastic and deterministic processes in the maintenance of alternative community states in Verrucomicrobia-dominated shallow lakes. FEMS Microbiology, 93(7), fix077.
  • 2017-Huber, P., N. Diovisalvi, M. Ferraro, S. Metz, L. Lagomarsino, M. E. Llames, M. Royo-Llonch, J. Bustingorry, R. Escaray, S. G. Acinas, J. M. Gasol & F. Unrein. Phenotypic plasticity in freshwater picocyanobacteria. Environmental Microbiology, 19(3): 1120-1133.
  • 2016-Gerea, M., J. Saad, I. Izaguirre, C. Queimaliños, J.M. Gasol & F. Unrein. Presence, abundance and bacterivory of the mixotrophic algae Pseudopedinella (Dictyochophyceae) in freshwater environments. Aquatic Microbial Ecology, 76: 219-232.
  • 2015-Fermani, P., A. Torremorell, L. Lagomarsino, R. Escaray, F. Unrein & G. Pérez. Microbial abundance patterns along a transparency gradient suggest a weak coupling between heterotrophic bacteria and flagellates in eutrophic shallow Pampean lakes. Hydrobiologia (Special Issue: Argentine Pampean Shallow Lakes), 752:103–123.
  • 2015-Diovisalvi, N., V. Y. Bohn, M. Piccolo, P. M. Gerardo, C. Baigún, and H. E. Zagarese. Shallow lakes from the Central Plains of Argentina: an overview and worldwide comparative analysis of their basic limnological features. Hydrobiologia 752: 5–20.
  • 2015- Torremorell, A., G. Pérez, L. Lagomarsino, P. Huber, C. Queimaliños, J. Bustingorry, P. Fermani, M. E. Llames & F. Unrein. Microbial pelagic metabolism and CDOM characterization in a phytoplankton-dominated versus a macrophyte-dominated shallow lake. Hydrobiologia (Special Issue: Argentine Pampean Shallow Lakes), 752: 203-221.
  • 2015- Iachetti, C. M., & Llames, M. E. Light limitation helps stabilize the phytoplankton assemblage steady-state in a temperate and highly turbid, hypertrophic shallow lake (Laguna Chascomús, Argentina). Hydrobiologia, 752:33-46
  • 2014-Unrein, F., J.M. Gasol, F. Not, I. Forn & R. Massana. Mixotrophic haptophytes are key bacterial grazers in oligotrophic coastal waters. The ISME Journal, 8: 164–176.
  • 2013-Schiaffino, M.R, J.M. Gasol, I. Izaguirre & F. Unrein. Picoplankton abundance and cytometric group diversity along a trophic and latitudinal lake gradient. Aquatic Microbial Ecology, 68: 231-250.
  • 2010-Diovisalvi, N., G. Berasain, F. Unrein, D. Colautti, P. Fermani, M.E. Llames, A. Torremorell, Lagomarsino, G. Pérez, R. Escaray, J. Bustingorry, M. Ferraro & H. E. Zagarese. Chascomús: estructura y funcionamiento de una laguna pampeana turbia. Ecología Austral, 20: 115-127.
  • 2009-Adrian, R., C. M. O’Reilly, H. Zagarese, and others. Lakes as sentinels of climate change. Limnology and oceanography 54: 2283–2297
  • 2007-Unrein, F., R. Massana, L. Alonso-Sáez & J. Gasol, Significant year-round effect of small mixotrophic flagellates on bacterioplankton in an oligotrophic coastal system. Limnology and Oceanography, 52(1): 456-469.
  • 2007-Pérez, G., A. Torremorell, H. Mugni, and others. Effects of the herbicide Roundup on freshwater microbial communities: a mesocosm study. Ecological applications : a publication of the Ecological Society of America 17: 2310–2322.
  • 2004-Alonso, C., V. Rocco, J. Barriga, M. Battini, and H. Zagarese. Surface avoidance by freshwater zooplankton: Field evidence on the role of ultraviolet radiation. Limnololgy and Oceanography 49: 225–232.
  • 1995-Morris, D. P., H. Zagarese, C. Williamson, E. Balseiro, B. R. Hargreaves, B. Modenutti, R. Moeller, and C. Queimaliñ The attenuation of solar UV radiation in lakes and the role of dissolved organic carbon. Limnololgy and Oceanography 40: 1381–1391.

 

Subsidios

  • 2018- “Micro players on Macro roles: Functional patterns of microbial communities in eutrophic shallow lakes and its implications in ecosystem services provision”- National Geographic Society (Grant# NGS 375R-18)- Director: Maria E. Llames. Monto US$ 30.000
  • 2018- “Patrones funcionales de las comunidades microbianas de ambientes someros con estados de equilibrio contrastantes: Implicancias en los ciclos de nutrientes”- Prog. Coop. Bilateral Nivel 1 CONICET-NSFC (China). Director: Maria E. Llames. Monto $ 400.000
  • 2017- Ecología de algas picoplanctónicas de lagunas pampeanas. Agencia Nacional de Promoción Científica y Tecnológica, PICT-2016-1079. Director: Fernando Unrein. Monto: $960.000.-
  • 2017- La citometría de flujo como herramienta para evaluar el impacto de las algas mixotróficas en las tramas tróficas planctónicas. CONICET-FAPESP, Programa de Cooperación Bilateral Nivel I, Argentina-Brasil. Director: Fernando Unrein. Monto: $80.000 por país.
  • 2015- Diversidad de algas picoplanctónicas de agua dulce. Agencia Nacional de Promoción Científica y Tecnológica, Argentina, PICT-2014-1290. Director: Fernando Unrein. Monto: $500.000.-
  • 2015- Las comunidades acuáticas microbianas en las lagunas pampeanas contemporáneas: paradigma o excepción? CONICET, PIP 1122015 0100562. Monto $ 450000. Director: Fernando Unrein.
  • 2015- The effects of the worldwide adoption of glyphosate-based herbicides on freshwater microbial biodiversity and functionality. National Geographic Society (USA), grant # 9736-15. Director: H. Zagarese.
  • 2015- Efecto de las prácticas agrícolas basadas en el herbicida glifosato sobre la comunidad microbiana de lagos eutróficos. Agencia Nacional de Promoción Científica y Tecnológica, PICT-2014-1980. Director: H. Zagarese.
  • 2012- Proyecto Argentino de Monitoreo y Prospección de Ambientes Acuáticos (PAMPA2). CONICET, Resolución D. N°478/12. Monto $894.000.-

 

Contactos

Dr. Horacio E. Zagarese: zagarese@intech.gov.ar

Dr. Fernando Unrein: funrein@intech.gov.ar