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Los últimos supervivientes: microorganismos de los ríos intermitentes

Aquí llega la segunda entrada del número especial sobre ríos intermitentes. Hoy, os presentamos los principales resultados del trabajo de investigación desarrollado por Xisca Timoner, en colaboración con otros autores, sobre las estrategias que permiten a los microorganismos que habitan los ríos intermitentes resistir a la desecación. Estos resultados están recogidos en un par de artículos publicados en las revistas Freshwater Biology y Limnology and Oceanography.

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Xisca Timoner, investigadora del Instituto Catalán de Investigación del Agua (ICRA) en Girona.

En los ríos intermitentes, cuando el agua desaparece, el hábitat acuático se ve drásticamente reducido a pequeñas pozas y zonas húmedas donde se acumula hojarasca procedente de la vegetación de ribera. Sin embargo, si la desecación es drástica y el agua desaparece completamente, muchos de los organismos que habitan en el lecho fluvial y que dependen de él, se ven seriamente afectados. Si su desplazamiento no se ve limitado por barreras, ciertos organismos móviles como los peces o los invertebrados acuáticos pueden “escapar” migrando río abajo, resistiendo en pozas aisladas o incluso alcanzando el curso principal. Incluso algunos pequeños invertebrados, como  insectos o arañas, poseen adaptaciones fisiológicas para evitar la desecación o estrategias de resistencia como enterrarse y protegerse en zonas todavía húmedas. Pero, ¿qué ocurre con los microorganismos que habitan en el lecho fluvial?

Cuando hablamos de microorganismos nos referimos tanto a algas y hongos microscópicos como a cianobacterias, protozoos, bacterias y arqueas. Estos microorganismos suelen crecer incrustados en una matriz compuesta por sustancias que ellos mismos producen y que se mezcla junto a restos de hojarasca, madera y otros residuos orgánicos, formando el llamado biofilm. Este biofilm no es otra cosa que esa película resbaladiza que percibimos al coger una piedra del lecho del río o al caminar sobre él. A pesar de sus características microscópicas, el biofilm es una pieza clave en el funcionamiento de los ríos, ya que participa activamente en los procesos de transformación de la materia orgánica del río, jugando, por tanto, un papel fundamental en los ciclos del carbono y otros nutrientes esenciales para los seres vivos. Además, muchos de estos microorganismos se encuentran en la base de la red trófica, produciendo materia orgánica a través de la fotosíntesis (es el caso de algas y cianobacterias), mientras que otros participan en el “sistema de reciclaje” de la naturaleza. Así, hongos y bacterias microscópicas se ocupan de desmontar las moléculas que ya no sirven, generando compuestos y nutrientes más sencillos que pasan a ser asimilables para los organismos productores mencionados anteriormente.

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Fase de reducción del caudal de un río intermitente mediterráneo. Se aprecia la formación de pequeñas pozas desconectadas que pueden acabar despareciendo con el paso los días, quedando el lecho fluvial completamente seco. Foto: Xisca Timoner.

¿Cómo responde el biofilm a la fase de desecación del río?

El principal objetivo del primer trabajo es entender qué le ocurre al biofilm cuando el lecho fluvial se seca. Para ello, los autores realizaron un estudio de campo en un río de cabecera con clima mediterráneo afectado por periodos secos, normalmente en verano. Para evaluar dichos cambios, el equipo tomó muestras de biofilm durante un ciclo hidrológico completo, prestando especial atención a la fase de reducción del agua, la fase seca y a la fase de inundación (llegada del agua y reanudación del caudal). Los investigadores recogieron muestras de biofilm para caracterizar tanto su diversidad microbiana como su capacidad para producir materia orgánica. Además, esto lo hicieron en diferentes zonas del río que mostraban sustratos distintos -piedras, arena superficial y arena subsuperficial- para así comparar las propiedades del biofilm entre estos hábitats.

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Aspecto del biofilm completamente seco, sobre una una piedra y sobre arena. Foto: Xisca Timoner.

“Los autores investigaron cómo la desecación del río modifica el tipo de microorganismos que forman el biofilm así como los procesos mediante los cuales dichos microorganismos producen materia orgánica a través de la fotosíntesis”

Durante la fase seca, el estudio nos muestra que la falta de caudal afecta a la capacidad de los microorganismos para producir y consumir materia orgánica. En particular, a aquellos que viven sobre piedras, mientras que en las zonas arenosas –más húmedas-, solo se vieron afectadas los procesos fotosintéticos. El hecho de que los procesos de consumo de materia orgánica durante la fase seca se mantengan en las zonas arenosas se debe a un cambio en la comunidad bacteriana, la cual pasó a estar compuesta por las especies más tolerantes a la desecación. Esto es debido a que las rocas pierden más rápido la humedad, quedando expuestas a la desecación durante más tiempo que los sustratos arenosos, presentando estos últimos una mayor capacidad de retención del agua. Sorprendentemente, los investigadores observaron durante la fase seca una elevada proporción de especies de bacterias oportunistas en piedras y arenas cuyo origen más probable son las comunidades terrestres adyacentes, lo que resalta la estrecha relación que un río intermitente puede tener con el ecosistema terrestre durante los periodos se sequía.

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Adaptaciones ecológicas de la comunidad bacteriana a la desecación (A, B y C) y reanudación del caudal (D, E y F) en los tres compartimentos fluviales (piedras, arena superficial y arena subsuperficial).

Durante la reanudación del caudal, la producción y el consumo de materia orgánica experimentaron una rápida recuperación. Además, los investigadores observaron una recuperación de la diversidad bacteriana, que mostró valores similares a los observados antes de la fase seca. Esta recuperación de la comunidad bacteriana coincidió con altas tasas de degradación de la materia orgánica durante la recuperación del caudal, un resultado particularmente interesante teniendo en cuenta que muchos ríos de cabecera (con bosques de ribera bien desarrollados), tras la llegada del agua, transportan grandes cantidades de hojarasca que ha sido acumulada durante los periodos secos. Así, esto ayuda a que el río pueda reciclar el posible “excedente” de material orgánico, acumulado durante la fase seca, de forma relativamente rápida.

“La diversidad bacteriana, la producción primaria y el consumo de materia orgánica experimentaron una rápida recuperación tras la reanudación del caudal, lo que indica una gran adaptación de la comunidad a la temporalidad del agua”

Los autores concluyen que el biofilm que habita en los ríos intermitentes posee una serie de adaptaciones,que son excepcionalmente buenas para combatir los periodos de sequía. Aunque si bien es cierto que durante la fase seca las capacidades funcionales del biofilm se reducen, éste posee una gran capacidad de reaccionar cuando se producen condiciones favorables tras la llegada del agua y la reanudación del caudal. Esta gran capacidad de “resucitación” de los microorganismos del biolfilm desempeña un papel crucial en la recuperación de las funciones del río tras la sequía, de ahí la importancia que tiene entender cómo responden los microorganismos que forman este biofilm a la interrupción del caudal. Sin duda, éste es un paso clave para comprender cómo responderán los ríos al cambio climático, lo cual es de especial interés en el área mediterránea, donde se prevé que el régimen de precipitaciones se vea alterado.

Artículos completos:

Timoner X., Acuña V., von Schiller D. & Sabater S. (2012) Functional responses of stream biofilms to flow cessation, desiccation and rewetting. Freshwater Biology 57, 1565–1578.

Timoner X., Borrego C.M., Acuña V. & Sabater S. (2014) The dynamics of biofilm bacterial communities is driven by flow wax and wane in a temporary stream. Limnology and Oceanography 59, 2057–2067.