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Serie Oceanológica. No. 9, 2011 (Número Especial)
ISSN 2072-800x
Potencialidades de las cianobacterias planctónicas como bioindicadores de
estrés ambiental en ecosistemas costeros
Potential of planktonic cyanobacteria as bioindicators of environmental stress in
coastal ecosystems
Vladimir Dobal Amador*, Sandra Loza Álvarez, Gladys Margarita Lugioyo Gallardo
Instituto de Oceanología, Ave. 1ra No. 18406, entre 184 y 186, Reparto Flores, Ciudad Habana, Cuba.
[email protected]
Palabras clave: Bioindicador, cianobacterias, eutrofización, cambio climático.
Keywords: Bioindicator, cyanobacteria, eutrophication, Climate Change.
INTRODUCCIÓN
El deterioro de los ecosistemas costeros como resultado de los cambios provocados por las
diversas actividades antropogénicas, tiene como consecuencia que la calidad del agua que
sostiene a una gran variedad de organismos sea alterada en diferentes grados (Tapia, 2007).
Bajo éste panorama, algunos organismos acuáticos pueden resistir adaptándose a condiciones
deletéreas definiendo así el ambiente, u otros desaparecer por no soportar condiciones de
impacto (De la Lanza, Hernández & Carvajal, 2000).De esta manera surge la necesidad de
proponer aquellos organismos que caracterizan condiciones particulares, para ser usados como
indicadores de la calidad del agua, como una herramienta incluso, para generalizarse en el
monitoreo de los ecosistemas acuáticos (Loza, Lugioyo, Martínez, Miravet, Montalvo &
Sánchez, 2007). A pesar de las desventajas, el uso de información biológica en la toma de
decisiones en la calidad del agua se ha incrementado a partir de los años setenta en diferentes
países, sobre todo como una herramienta analítica para dar información de la estructura y
función de las comunidades biológicas presentes o sobre el cambio de condiciones pasadas
(Badylak, Philps, Baker, Fajans & Boler, 2007).
El fitoplancton constituye un bioindicador muy promisorio debido a sus ciclos vitales cortos,
además de que refleja fluctuaciones ambientales pues responden rápidamente a los cambios
que pueden ocurrir en las masas de agua por procesos naturales o antrópicos (Jaanus, Toming,
Hallfors, Kaljurand & Lips, 2009). Se plantea además que el aumento de la temperatura en el
océano, como consecuencia del efecto del cambio climático y la contaminación de la zona
costera (Feola, Brena, Risso & Sienra, 2008), causan cambios en la diversidad y ejercen un
control importante en la distribución y abundancia de diferentes especies de fitoplancton
(Jozwiak, Mazur-Marzec & Plinski ,2008), con una mayor incidencia de las cianobacterias,
flagelados y dinoflagelados (Falkowski et al., 2004; Sogin et al.,2006; Simon, Cras, Foulon &
Lemee, 2009).
Las cianobacterias como componentes del fitoplancton, son reconocidas por ser indicadoras
de cambios en las condiciones ambientales asociados a elevadas concentraciones de fosfatos y
amonio, y altas temperaturas (Smith & Smith, 2001; Paerl & Huisman, 2009). La proliferación de
este grupo microbiano es una de las alteraciones comúnmente asociadas a la eutrofización en
las zonas costeras que puede afectar la estructura comunitaria del fitoplancton. Este cambio en
la comunidad puede producirse por inhibición a otras algas mediante la producción de
metabolitos extracelulares o por el solapamiento que se produce en casos de desarrollo masivo
(Bonilla, 2009). En Cuba aún no se ha realizado una investigación profunda que demuestre la
relación entre el incremento de las cianobacterias planctónicas y la eutrofización en
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ecosistemas costeros, sin embargo, existen algunas evidencias que muestran un cambio en la
estructura fitoplanctónica, con un incremento de la cianobacterias. En este sentido la presente
reseña tiene el objetivo de argumentar las potencialidades de las cianobacterias planctónicas
como bioindicadores de estrés ambiental en ecosistemas costeros.
Importancia de los indicadores biológicos
La calidad del agua ha sido evaluada sistemáticamente mediante el empleo de parámetros
físico-químicos (Fontúrbel, 2005). Estos análisis, si bien son de una gran precisión, sólo son
testigos de las condiciones instantáneas de las aguas, ya que los efectos de los contaminantes
se detectan si son dispuestos en el momento; es por ello que los resultados son puntuales en la
dimensión cronológica y no revelan mucho de la evolución de una carga contaminante y la
capacidad resiliente y amortiguadora de los ecosistemas acuáticos (Santinelli, 2008).
Por su parte, el uso de bioindicadores para detectar procesos y factores en los ecosistemas
acuáticos tiene las siguientes ventajas (Ekwu & Sikoki, 2006; Reynolds, 2006; Domis, Mooij &
Huisman, 2007; Paerl & Huisman, 2008; McQuatters-Gollop et al., 2009):
• Los organismos responden a efectos acumulativos intermitentes que en determinado
momento los análisis fisicoquímicos no detectan.
• Los indicadores biológicos permiten detectar la aparición de elementos contaminantes
nuevos.
• Como no es posible tomar muestras de toda la biota acuática, la selección de algunas
pocas especies indicadoras simplifica y reduce los costos de la valoración sobre el
estado del ecosistema, a la vez que se obtiene solo la información necesaria,
desechando un cúmulo de datos difícil de manejar e interpretar.
Las cianobacterias como bioindicadores
Las cianobacterias son consideradas de gran utilidad como indicadores de estrés ambiental
porque presentan una gran variedad de características ecofisiológicas que les permite ser
exitosas en un amplio rango de condiciones ambientales (Mazur-Marzec & Pliński, 2008). Este
comportamiento se debe a su antiguo origen evolutivo y a que son un grupo compuesto por
diversos linajes. Son además el grupo filogenético con mayor diversidad funcional, si
consideramos sus rasgos morfológicos, pertenencia a grupos funcionales y plasticidad o
adaptabilidad fisiológica (Terrel & Bytnar, 1996; Smith & Smith, 2001; Jóźwiak,; Bonilla, 2009),
son algunos de los pocos organismos del fitoplancton que tienen representantes de tres niveles
de organización (unicelular, colonial y filamentoso) y presentan además gran número de
especializaciones celulares (Komarék, 2005).
En los ecosistemas costeros expuestos a procesos eutróficos las cianobacterias presentan
diferentes características de tolerancia al cambio de la concentración de nutrientes. Debido a
esto usualmente ocurre una reducción de la diversidad y se reduce la equitatividad de la
comunidad en un aparente control de tipo bottom–up, donde tienden a predominar ciertos
grupos eurioicos, con la reducción y/o desaparición de otros, afectando así al conjunto de la
comunidad (Fontúrbel, Molina & Richard, 2006).
La comunidad de cianobacterias planctónicas constituye un indicador promisorio de alerta
temprana de cambios en las características ecológicas del ecosistema marino y costero,
causados por estrés ambiental, dada su capacidad de responder de forma rápida a un amplio
espectro de agentes físicos y químicos, sus necesidades nutricionales y por su posición en la
base de las tramas alimentarias acuáticas. Además, su sensibilidad a las variaciones de los
niveles de nutrientes hace que represente un indicador ideal para evaluar la eutrofización
(Khattak, Noorzaman & Ghulam, 2005).
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Cianobacterias y Cambio climático
Aunque aún no es claro cómo el fitoplancton responderá globalmente al aumento de la
temperatura, una posible consecuencia pudiera ser la disminución en los tiempos de generación
de las especies, lo que favorece la selección de las formas mejores adaptadas a las nuevas
condiciones ambientales (Domis, Mooij & Huisman, 2007). En este sentido, existen evidencias
experimentales y análisis de series históricas que han permitido concluir que las cianobacterias
podrían ser beneficiadas por el aumento de la temperatura (Reynolds, 2006; Domis, Mooij &
Huisman, 2007; Paerl & Huisman, 2008). Otra evidencia indica que, el aumento en la
estabilidad de la columna de agua, por el incremento de la temperatura, también resultaría un
factor de fomento de la dominancia de cianobacterias y la formación de floraciones algales
tóxicas, con afectaciones a la salud humana (Huisman et al., 2004). En este sentido, se informa
que todas las cianobacterias son consideradas potencialmente tóxicas y que las toxinas
sintetizadas por este grupo presentan diferentes propiedades toxicológicas (hepatotóxicas,
neurotóxicas y dermatotóxicas) que causan afectaciones a la salud humana en diversos países
(Sant’Anna, Azevedo, Agujaro, Carvalho, & Souza, 2005).
Evidencias de la respuesta de las cianobacterias planctónicas en ecosistemas costeros
de Cuba
Las investigaciones encaminadas al estudio de la ecología de las cianobacterias
planctónicas en Cuba son escasas. Sin embargo existen indicios de la respuesta de las
cianobacterias ante la eutrofización. Por ejemplo, los estudios realizados en el Golfo de
Batabanó (plataforma SW), durante el periodo de 1998 al 2003, mostraron un mayor aporte de
las cianobacterias en zonas que reciben impacto de compuestos orgánicos e inorgánicos, como
el Surgidero de Batabanó, Majana y desembocadura del río Hatiguanico (Loza, Barrios, Miravet,
Lugioyo, Perigó, & Sánchez, 2003; Loza et al., 2007). En estas zonas, las concentraciones de
cianobacterias oscilaron entre 800 y 1200 cel mL-1, y fueron significativamente superiores a la
concentración de diatomeas; los valores de amonio (entre 3.16 y 5.44 µM) y de fosfato (entre
0.2 y 0.5 µM) resultaron elevados, característicos de aguas mesotróficas con tendencia a la
eutrofización. También, los valores de la DBO5 y DQO fueron elevados (> 1.7 mg.L-1 y > 4.0
mg.L-1, respectivamente) e indican aguas contaminadas por materia orgánica.
Por su parte, en la zona costera de Ciudad de La Habana (plataforma NW), entre el 2001 y
el 2006, también se observó que las mayores concentraciones de cianobacterias (949 y 1803
cel mL-1) se encontraban en las estaciones cuyas aguas se clasificaban como mesotróficas o
con tendencia a la eutrofización, llegando a alcanzar valores superiores a los de las diatomeas
(Loza, 2004; Loza, Carmenate, Pereiro & Sánchez, 2007). Estos resultados muestran un
cambio en la estructura del fitoplancton de aguas costeras, con una tendencia al predominio de
las cianobacterias sobre las diatomeas, que contrasta con lo informado en décadas anteriores
por Suárez-Caabró, (1966), López-Baluja & Vinogradova (1974), Delgado & Nodar (1983) y
Popowski, Campos & Borrero (1992).
En ambas regiones estudiadas se observó, además, un aumento en el número de taxones
de cianobacterias (37 y 27, respectivamente). Sin embargo, López-Baluja & Borrero (1977),
López-Baluja, Popowski & Arujo (1980) y Popowski, López-Baluja & Borrero (1982), encontraron
solo 7 y 8 especies para las mismas zonas costeras. Estos cambios pudieran indicar un
incremento del estrés ambiental asociado, fundamentalmente, con la contaminación inorgánica
y orgánica, por los impactos antrópicos que origina el desarrollo socio-económico y turístico en
la zona costera del país.
Otro aspecto a tener en cuenta y que pudiera incidir en los cambios observados, es el
aumento de la temperatura superficial del mar (TSM) que ha ocurrido a partir de 1993 en las
aguas cubanas. En este sentido Fernández-Vila, Piñeiro, Pérez, Simanca & Vega (2009)
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informan que la TSM aumentó 0,6 °C ± 0,2 °C. Este valor coincide con el incremento promedio
de la temperatura de los océanos, a escala global debido al cambio climático (Duarte et al.,
2006), por lo que el aumento en el número de taxones, pudiera sugerir uno de los primeros
indicios de la respuesta de la comunidad fitoplanctónica, al efecto sinérgico de la eutrofización y
el cambio climático, a escala regional.
CONSIDERACIONES FINALES
El fitoplancton constituye una comunidad que responde rápidamente a los cambios
ambientales (físicos y químicos) por lo que su empleo como bioindicador de estrés ambiental
resulta adecuado. Las cianobacterias como componentes del plancton también constituyen
microorganismos potencialmente indicadores puesto que poseen características peculiares que
les permiten una mayor capacidad de adaptación ante diferentes factores estresantes dentro
del ecosistema. Durante los últimos años muchos autores han encontrado evidencias que
muestran el incremento de las cianobacterias, con relación a otros grupos del fitoplancton,
asociado con elevadas temperaturas y/o con la eutrofización, fundamentalmente. En Cuba
también se ha informado del incremento de las cianobacterias en aguas costeras, tanto de la
plataforma NW como de la SW.
La determinación de la diversidad, equitatividad y composición de especies de
cianobacterias pudieran ser adecuados indicadores para estimar el grado de avance del
proceso eutrófico en las aguas cubanas, su estado y el tipo general de proceso de degradación.
Estos datos en conjunto con los análisis fisicoquímicos permitirán tener un panorama más
completo de la situación ambiental en las zonas costeras.
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