Hoy, nuestro colaborador José Antonio Carbonell nos trae los resultados de uno de sus últimos trabajos, en el cual explora, junto al resto de colaboradores, las adaptaciones fisiológicas que presentan varias especies de escarabajos acuáticos para vivir en medios tan extremos como son las lagunas alpinas del Parque Nacional de Sierra Nevada.

Los resultados de este trabajo han sido publicados recientemente en la revista Freshwater Biology, y muestran que estas especies presentan una gran tolerancia térmica: alta resistencia al frío, incluso siendo capaces de soportar la congelación, al tiempo que conservan una alta capacidad para tolerar el calor.

Algunos de los autores del trabajo (de izquierda a derecha, Félix Picazo, Pedro Abellán y José Antonio Carbonell) durante uno de sus muestreos en Sierra Nevada. Fotografía: José Antonio Carbonell.

Las inclemencias de los ambientes alpinos

El Parque Nacional de Sierra Nevada es un macizo montañoso situado en el sur de la península Ibérica que alberga una importante red de lagunas alpinas, situadas entre los 2800 y 3050 metros de altitud. Estas lagunas presentan comunidades singulares de macroinvertebrados acuáticos que están adaptados a las bajas temperaturas, incluyendo varias especies endémicas que viven exclusivamente en este macizo montañoso y otros aledaños. En estos ambientes se dan condiciones climáticas extremas, con bajas temperaturas del aire que dan lugar a la formación de hielo y acumulación de nieve, y esto acaba impactando en las condiciones de las aguas de estas lagunas.

Estas condiciones extremas se prolongan durante muchos meses al año, y por tanto las especies que habitan estos ambientes deben estar adaptadas a las mismas. Por otro lado, cuando la temperatura asciende y el hielo y la nieve se retiran, las condiciones atmosféricas y acuáticas cambian rápidamente, y los organismos que viven en estas lagunas alpinas se ven sometidos a temperaturas altas y una intensa radiación solar durante el verano.

Los sistemas acuáticos alpinos son especialmente vulnerables al cambio climático, y se prevé que sufran cambios de temperatura más rápidos que los situados en zonas más bajas. Así, se espera que los cambios en la temperatura relacionados con el calentamiento global conduzcan a una reducción o pérdida de la cobertura de hielo tanto en tierra como en agua durante el invierno y esto, paradójicamente, puede exponer a las especies a temperaturas extremas del aire más bajas al reducirse la protección que la capa hielo proporciona.

También se espera un aumento en la frecuencia de los ciclos de congelación y descongelación, lo cual incrementa el riesgo de encapsulamiento en hielo, es decir, de que el organismo quede atrapado por la formación de hielo en la superficie del agua (o en tierra cuando los organismos se dispersan de una laguna a otra).

Vista de Sierra Nevada con las lagunas de Río Seco en primer plano y el pico Mulhacén al fondo. Fotografía: José Antonio Carbonell.

Estrategias para sobrevivir en ambientes alpinos

En este estudio hemos explorado las adaptaciones fisiológicas de cinco especies de escarabajos acuáticos buceadores pertenecientes a la familia Dytiscidae, que están bien distribuidas por los lagos alpinos de Sierra Nevada.

Especies de escarabajos buceadores estudiadas en Sierra Nevada. Fotografías: José Antonio Carbonell.

Con este fin, estudiamos cuatro características de los organismos relacionadas con la tolerancia al frío, y que básicamente miden la temperatura a la que se congelan los fluidos corporales y a la que el organismo muere, así como la tolerancia al encapsulamiento en hielo y a la sumersión, es decir, vivir sumergido en agua sin acceso a oxígeno atmosférico. Aquí hay que hacer una pequeña puntualización sobre el tipo de respiración que presentan estos organismos, y es que estos animalillos están continuamente subiendo a la superficie de la laguna para formar una burbuja de aire que se llevan consigo en la parte final del abdomen (a modo de bombona de oxígeno), y que transportan cuando vuelven a sumergirse. Esta adaptación les permite respirar el oxígeno durante unos segundos o minutos. Cuando esta reserva de aire se agota, vuelven a repetir el ciclo de subida a la superficie y sumersión. Ciertamente, es algo así como buceo con botellas de aire. Además de las características relacionadas con la tolerancia al frío, también caracterizamos la tolerancia al calor a través de la temperatura que causa el coma por exposición rápida a altas temperaturas y la temperatura a la que el organismo muere por exposición progresiva a altas temperaturas.

Escarabajos alpinos: resistentes al frío y al calor

Los experimentos mostraron que todas las especies estudiadas son capaces de sobrevivir al encapsulamiento en hielo durante unas horas. Además, nuestros resultados sugieren que tres de las especies estudiadas podrían ser tolerantes a la congelación, ya que sobrevivieron a temperaturas que implican la congelación de sus fluidos. Por otro lado, los adultos de todas las especies, excepto los de Agabus nevadensis, fueron tolerantes a la sumersión continua sin acceso a oxígeno atmosférico, lo que podría ser una adaptación clave para pasar el invierno en el agua bajo la cubierta de hielo, reduciendo el riesgo de congelación por exposición a las bajas temperaturas del aire.

Además, fuimos al campo para confirmar este hallazgo a través de un muestreo realizado en la laguna «La Caldera» bajo la capa de hielo a finales noviembre de 2021, donde encontramos individuos activos. Por una parte, observamos adultos de una de las especies que, posteriormente, mostraron tolerancia a la sumersión en laboratorio. También encontramos larvas de la especie que no sobrevivió a la sumersión como adulto (Agabus nevadensis), sugiriendo que esta última especie pasa el periodo desfavorable exclusivamente como larva.

Muestreo de macroinvertebrados realizado en la laguna «La Caldera» el 25 de noviembre de 2021. (A) Muestreo bajo la capa de hielo llevado a cabo por Félix Picazo. (B) Larvas de Agabus nevadensis (arriba) y adultos de Boreonectes ibericus (abajo) encontrados durante el muestreo. Fotografías: Eulogio Corral (A) y José Antonio Carbonell (B).

Respecto a la tolerancia al calor, las especies alpinas estudiadas mostraron una tolerancia al calor similar entre ellas que, además, se asemeja a los valores de tolerancia al calor disponibles en la bibliografía para otras especies de escarabajos acuáticos de altitudes más bajas con las que están emparentadas. La conservación de este rasgo podría proteger a las especies alpinas de las altas temperaturas y radiación durante los meses de verano.

Así pues, estos resultados sugieren que el aumento de las temperaturas no constituye la amenaza más importante para las poblaciones de escarabajos acuáticos en Sierra Nevada, sino que el principal riesgo puede venir de la colonización de lagos alpinos por otras especies de zonas bajas en un escenario de calentamiento global. Esta colonización podría dar lugar a relaciones de competencia con las especies alpinas, poniendo en riesgo las comunidades de macroinvertebrados acuáticos endémicos del sistema de lagunas del Parque Nacional de Sierra Nevada.

Referencia:

Carbonell, J. A., Pallarés, S., Velasco, J., Millán, A., Picazo, F., & Abellán, P. (en prensa). Thermal biology of aquatic insects in alpine lakes: Insights from diving beetles. Freshwater Biology: 1–13 (volumen pendiente de asignación). https://doi.org/10.1111/fwb.14190

Autor: José Antonio Carbonell

Edición: Félix Picazo, Dani Bruno y Tano Gutiérrez