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Algas australes: la batalla por la luz

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Publicado
18 de ago del 2014

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Boletín Ciencia

figura11. Punta Santa Ana (Magallanes), donde se registraron las mayores concentraciones de clorofila en individuos
de la macroalga Desmarestia distanscolectados en primavera.

Los canales patagónicos y la Antártica han sido identificados como unas de las últimas regiones prístinas de la Tierra, con un extraordinario registro de diversos procesos que tuvieron lugar antes y durante la apertura del paso Drake. La flora marina de Chile continental se caracteriza por un número relativamente bajo de endemismo, sin embargo, las ecorregiones subantártica de Magallanes y antártica son singulares por la diversidad de especies de algas marinas, con un alto grado de endemismo: en la ecorregión subantártica un 51 % y en el continente antártico un 33 % de las especies son endémicas, es decir, que solo pueden ser encontradas en forma natural en estos lugares. Este artículo presenta un estudio realizado por investigadores de la Universidad de Magallanes y el Instituto de Ecología y Biodiversidad, apoyados por Fondecyt y el Instituto Antártico Chileno, en especies de algas del género Desmarestia endémicas de Magallanes y la Antártica, y su diaria batalla por la luz y la sobrevivencia.

Las ecorregiones subantártica (canales y fiordos de Magallanes) y antártica han sido identificadas por la comunidad científica como dos de las últimas 24 regiones prístinas del planeta.

Éstas albergan un registro único de los diversos procesos que tuvieron lugar antes y durante la apertura de una gran brecha entre la Antártica y América del Sur (el paso Drake) y el período posterior al aislamiento del Continente Blanco.

A pesar de que la flora marina de Chile continental se caracteriza por un número relativamente bajo de endemismo, las ecorregiones subantártica y antártica son singulares por la diversidad de especies de algas marinas, con un alto grado de endemismo: en la ecorregión subantártica un 51 % y en el continente antártico un 33 % de las especies son endémicas.

El alto grado de endemismo en la biota marina de la ecorregión subantártica parece inusual teniendo en cuenta el clima y la historia geológica de la región, que fue casi totalmente cubierta por el hielo durante el Último Máximo Glacial (hace 18.000 a 22.000 años).

Las algas marinas de estas ecorregiones se han diversificado con el tiempo, posiblemente como resultado de procesos de especiación y de ocupación de nuevos nichos ambientales. Estas adaptaciones son un recordatorio del valor evolutivo y de conservación biológica de estos hábitats vulnerables a los cambios ambientales.

Los ecosistemas antárticos y subantárticos se caracterizan por
su gran heterogeneidad ambiental, por lo tanto, las especies de macroalgas necesitan adaptarse ecofisiológicamente a condiciones difíciles y de distinto tipo. En este sentido, la luz y el fotoperíodo (tiempo en que los organismos están sometidos a la acción de la luz) son parámetros limitantes en las altas latitudes, obligando a las especies a ser eficientes en la captación de la energía luminosa para la realización del proceso fotosintético y su éxito adaptativo.

figura22. Una vista del hermoso Port LockRoy (64° 49’ S), cerca de donde fueron colectadas muestras de macroalgas para análisis fotosintéticos.

Estudios de pigmentos en macroalgas

Las macroalgas tienen la capacidad de absorber la energía luminosa gracias a la presencia
de sustancias denominadas pigmentos, compuestos por moléculas capaces de absorber eficientemente la luz emitida entre 400-700 nm (radiación fotosintéticamente activa). La mayoría de los pigmentos absorben apenas a determinadas longitudes de onda dentro de este rango y transmiten o reflejan las demás longitudes de ondas que no son absorbidas.

El presente estudio enmarcado en el proyecto “Escenarios biogeográficos y filogeográficos relacionados al origen y persistencia de la diversidad de macroalgas en las regiones subantárticas y antárticas usando herramientas taxonómicas, ecofisiológicas y moleculares”, financiado por Fondecyt y el Instituto Antártico Chileno (INACH), aborda la composición pigmentar (tipos de pigmentos que captan la energía luminosa a distintas longitudes de ondas) de tres especies de macroalgas del género Desmarestia (D. confervoides, D. distans y D. muelleri) que habitan ecosistemas subantárticos y tres especies (D. ancepsD. antarctica y D. menziesii) del continente antártico.

Los pigmentos analizados fueron clorofila a y c (la clorofila a es considerada el pigmento esencial en el proceso de fotosíntesis) y fucoxantina (un pigmento perteneciente a los carotenoides y químicamente muy distinto a las clorofilas).

Para la región subantártica se colectaron muestras en la punta Santa Ana y Puerto Williams y para el continente antártico, en la base O’Higgins, punta Hanna y punta Prat durante el 2011 y 2012 en las expediciones antárticas del INACH. Los ejemplares colectados fueron congelados a –20 ºC para evitar su sulfatación o degradación de pigmentos. Las muestras fueron analizadas en el Laboratorio de Macroalgas Antárticas y Subantárticas (LMAS), de la Universidad de Magallanes (UMAG).

Las mayores concentraciones de clorofila a (Chl a) y clorofila
c (Chl c) para la región subantártica se registraron en individuos
de D. distans colectados en primavera, en punta Santa Ana y las mayores concentraciones de fucoxantina (pigmento de color café
o pardo) fueron encontradas en individuos deD. confervoides.

En el continente antártico, las mayores concentraciones de Chl a y Chl c se registraron en individuos de D. menziesii de punta Hanna y las mayores concentraciones de fucoxantina en ejemplares de D. antarctica del sector de la base Prat, bahía Chile.

Este hallazgo de diferentes concentraciones de pigmentos en las distintas especies de Desmarestia tanto para la región Antártica y Subantártica nos muestra las diferentes estrategias adaptativas que presentan estas especies para captar energía luminosa, realizar fotosíntesis y adaptarse a hábitats heterogéneos.

La presencia de carotenoides como la fucoxantina juega un rol fundamental en macroalgas pardas y verdes que presentan fotooxidación por presencia de luz excesiva, como protectores de moléculas de clorofila. Por lo tanto, en el caso de las especies D. confervoidesD. antarctica que presentaron las mayores concentraciones de fucoxantina, podría estar indicando especies con adaptaciones fisiológicas para habitar ecosistemas con condiciones heterogéneas de intensidad luminosa.

Estos experimentos fueron realizados por Johanna Marambio (estudiante del Magíster en Ciencias, UMAG), Fabio Méndez y Juan Pablo Rodríguez (estudiantes de Biología Marina, UMAG).

Estudios fotosintéticos en macroalgas patagónicas y antárticas

La fotosíntesis es un proceso donde la energía luminosa es transformada en energía química por organismos autótrofos como las algas.

Las macroalgas presentan varias estrategias ecofisiológicas para adaptarse a condiciones extremas de luz bajo el agua marina. Tal es
el caso de las algas antárticas, como Desmarestia menziesii, que han co-evolucionado en un ambiente de cambios temporales y espaciales. Por ejemplo, presentan condiciones de luz limitante en invierno y sobreexposición de luz en verano.

Espacialmente, podemos encontrar poblaciones de Desmarestia menziesii en un gradiente latitudinal desde el inicio a casi el término de la península Antártica. Considerando esta variación espacial de las poblaciones nos planteamos la siguiente pregunta: ¿Existen diferencias fotosintéticas de individuos que ocurren en altas latitudes en comparación con aquellos que habitan en latitudes menores de la península Antártica?

Para poder contestar esta pregunta, colectamos plantas de D. menziesii mediante buceo autónomo, entre los 5 y 7 metros de profundidad en febrero de 2013, en las siguientes localidades de la península Antártica:

  1. Bahía Fildes (62º 12’ S)
  2. Base O’Higgins (63º 19’ S)
  3. Base Prat (62º 27’ S)
  4. Isla Decepción (62º 59’ S)
  5. Punta Spring (64º 17’ S)
  6. Islas Argentinas (65º 14’ S)
  7. Base Rothera (67º 33’ S)
  8. Base Carvajal (67º 46’ S)

Para realizar las mediciones, utilizamos un equipo llamado Diving-PAM (Fluorómetro de clorofila portable). Los datos obtenidos muestran que D. menziesii posee estrategias adaptativas fotosintéticas para sitios que presentan distintas intensidades luminosas. Probablemente estos mismos mecanismos ecofisiológicos posibilitan la ocurrencia de poblaciones de D. menziesii en altas latitudes y permiten la colonización y establecimiento de poblaciones de nuevos ambientes.

Las bajas demandas de luz para el crecimiento y fotosíntesis de las macroalgas, no solo posibilitan la sobrevivencia de macroalgas en escenarios luminosos estacionalmente cambiantes, sino que también posibilitan la expansión de sus límites de distribución batimétrica, por ejemplo, en D. menziesii.

Este estudio constituye la primera referencia de mediciones de parámetros fotosintéticos en un gradiente latitudinal en el Continente Blanco y donde se concluye que la actividad fotosintética en macroalgas disminuye hacia altas latitudes en la península Antártica.

Por Andrés Mansilla, Jaime Ojeda y Sebastián Rosenfeld
Universidad de Magallanes e Instituto de Ecología y Biodiversidad

Versión completa publicada en el Boletín Antártico Chileno (disponible en www.inach.cl)