Respuestas fisiológicas y metabólicas de macroalgas expuestas a estrés osmótico por hipersalinidad: mecanismos de tolerancia y herramientas de biomonitoreo

Abstract

La hipersalinidad puede causar estrés osmótico asociado a la deshidratación y a la gradual acumulación de iones en el medio intracelular, lo cual es capaz de inducir a un estrés y daño oxidativo debido a la sobreproducción de especies reactivas de oxígeno (ROS). Esto puede generar una reducción en el desempeño fotosintético e inducir la síntesis de moléculas antioxidantes como ascorbato (ASC) y glutatión (GSH), así como la expresión de genes que codifican para proteínas antioxidantes y para enzimas relativas a tolerancia salina. Naturalmente, el aumento de salinidad en el medio ambiente marino puede ser observado en los periodos de bajamar del intermareal, cuando eventos de evaporación y desecación producen hipersalinidad. Asimismo, el exceso de sales en el medio marino se genera por efectos antrópicos, como en el caso de desalinización de agua de mar para obtener agua dulce. Este proceso, realizado por plantas de desalación, genera un efluente residual de salmuera, generalmente, descartada hacia el medio submareal, lo cual podría provocar un estrés osmótico en las comunidades bentónicas marinas. El objetivo de esta Tesis fue determinar mecanismos de tolerancia a nivel fisiológico y metabólico de macroalgas para tolerar hipersalinidad, así como también evaluar su potencial uso como herramientas de biotecnología ambiental para el monitoreo de salmueras de desalación. Primero, se evaluó la exposición a hipersalinidad de dos poblaciones de la macroalga verde intermareal Ulva compressa, provenientes del intermareal de una localidad contaminada (Ventanas) y una no contaminada (Cachagua). Los resultados mostraron que aumento de la salinidad causó perturbaciones a nivel fisiológico y metabólico en ambas poblaciones. Pero la población de proveniente Ventanas mostró un metabolismo deprimido, observado por un menor rendimiento fotosintético, mayor estrés y daño oxidativo y la sobreexpresión de genes que codifican para enzimas antioxidantes. Esto confirmaría que el largo historial de exposición a diferentes contaminantes de la población intervendría en las respuestas de estrés salino, causando respuestas de tolerancia interpoblacional de las especies de macroalgas. Segundo, se analizó la exposición a la descarga de salmuera de la macroalga parda Ectocarpus a través de experimentos de trasplantes en sitios cercanos a la tubería de descarga (10 y 30 m) de una planta de desalación de agua de mar en Antofagasta, Chile. Los resultados evidenciaron la disminución de la actividad fotosintética, el aumento del estrés y daño oxidativo, la acumulación de ASC, y un decrecimiento de glutatión. También se promovió la sobreexpresión de enzimas relativas a tolerancia salina y enzimas antioxidantes. Este estudio aportó con información para entender los mecanismos de tolerancia frente al estrés salino e identificó biomarcadores celulares para monitorear la salmuera de desalación. Tercero, a través de experimentos de laboratorio con la macroalga parda Dyctiota kunthii, proveniente del Pacífico Norte de Chile, en Antofagasta y otro experimento sobre la especie Dictyota dichotoma del Mar Mediterráneo de España, de Alicante, se compararon en ambas especies, las respuestas a la exposición a valores de hipersalinidades, similares a los encontrados en una descarga de salmuera. Los resultados mostraron un incremento de la producción primaria y requerimientos de luz en ambas especies en condiciones de hipersalinidad, a pesar de una alta acumulación de H2O2 en D. kunthii y el decrecimiento de la eficiencia fotosintética de D. dichotoma. Esto sugirió que ambas especies tendrían estrategias celulares distintas, las cuales se activarían en condiciones de hipersalinidad. Probablemente, estas respuestas estarían vinculadas a la historia de adaptación local de las especies. Cuarto, se evaluó el efecto de la salmuera a través de dos experimentos de trasplante cercanos a la tubería de descarga, el primero a través de la exposición de la especie D. kunthii a la salmuera de una planta de desalación de Antofagasta y otro experimento por medio de la exposición de D. dichotoma a la salmuera de una planta de desalación de Alicante. Los resultados mostraron que la exposición a salmuera causó mayores efectos negativos en D. kunthii identificados por la disminución de la producción primaria y los requerimientos de luz y el exceso de la disipación de energía a través de calor. Mientras que en D. dichotoma se observó un decrecimiento de la máxima fluorescencia, eficiencia fotosintética en los sitios influenciados por salmuera, mientras que la disminución de producción primaria e irradiancia de saturación solo se observó en el trasplante más cercano a la descarga de salmuera. El estrés oxidativo aumentó en ambas especies en los sitios impactados por la salmuera, pero en el caso de D. kunthii fue observado solo en el primer tiempo, volviendo a valores basales a los 7 días, mientras que en D. dichotoma el mayor estrés oxidativo se obtuvo al término del experimento. Este estudio, es un enfoque práctico que podría ser considerado para evaluar potencial impacto por salmuera de desalación. Como conclusión, con esta Tesis se demostró que todas especies de macroalgas utilizadas en este trabajo tuvieron diferentes estrategias celulares de tolerancia para enfrentar la condición de hipersalinidad, y que estas respuestas estarían vinculadas con el tipo de experimentación (sales artificiales o salmuera), especie-especificidad y la historia de adaptación local de cada especie. La relevancia de esta Tesis doctoral es demostrar que la perspectiva interdisciplinar favorece el entendimiento de los mecanismos de tolerancia hacia la hipersalinidad y, para este fin, existen herramientas metodológicas transversales provenientes de la fisiología, bioquímica y molecular que pueden ser aplicadas a nivel internacional y que son viables para incorporar en el sistema de monitoreo ambiental de impacto por salmuera.