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Grupo de investigación en Ecología acuática continental (GRECO)

Ecología fluvial y ecotoxicología

Línea de investigación

Investigadores permanentes: Anna Romaní, Sergi Sabater, Anna Vila-Gispert

Los sistemas fluviales intervienen de forma clave en el ciclo del carbono y nutrientes mediante procesos bióticos (descomposición, incorporación, producción fotosintética) y abióticos (retención, adsorción). Ríes cabecera y tramo medio, a menudo forestas y estrechamente conectados con la cuenca de drenaje, la vegetación de ribera puede actuar como filtro de materiales. Lo ríos mediterráneos las entradas de material están también muy determinadas por el ciclo hidrológico, caracterizado por un periodo seco (el verano) y unas lluvias fuertes al otoño y primavera.

Los organismos que se desarrollan en el sustrato bentónico del río (piedras, guijarros, arena, hojas, madera) son los máximos responsables del flujo de materia orgánica e inorgánica en ríos de tramo alto y medio.

La comunidad biológica bentónica está formada por organismos autótrofos (algas, cianobacterias) y heterótrofos (bacterias, hongos, microinvertebrados y macroinvertebrados) inmersos en una matriz polimérica constituyendo lo que se denomina biofilme.

El principal objetivo de esta línea de investigación es determinar cómo los diferentes componentes del biofilme fluvial se estructuran en función de las entradas de nutrientes orgánicos e inorgánicos del río, y como la comunidad biológica contribuye al proceso de asimilación y/o reciclaje de estos nutrientes. Se estudian biofilmes autotróficos pero también heterotroficos como son los que se forman en el sedimento hiporreico. Se hace énfasis en el bosque de ribera como zona tapón.

Se estudia también la descomposición del material vegetal (básicamente hojarasca) y las comunidades de bacterias y hongos responsables del proceso de descomposición a través de sus capacidades enzimáticas.

Se estudian también las relaciones tróficas y estructurales entre los organismos que forman el biofilme fluvial para definir el ciclo microbiano (“microbial loop”bentónico. Como principales metodologías se realizan trabajos de campo, mediante diseños muestrales y experimentales (adición de nutrientes, colonización de sustratos), y diseños experimentales de laboratorio (incubaciones en microcosmos, canales artificiales).

Las principales metodologías que se utilizan son: composición y biomasa del biofilme (bacterias, algas, hongos, microfauna, macrofauna), metabolismo del biofilme (actividades enzimáticas extracelulares, fotosíntesis, respiración), metabolismo abierto (dinámica del oxígeno), estructura del biofilme (contenido de C:N:P, polisacáridos, microscopia electrónica de rastreo, confocal CLSM, medidas con microelectrodes), relaciones tróficas (contenidos intestinales), composición y biodegrabilidad del carbono orgánico disuelto (fraccionamiento del DOCK por pesos moleculares, DOCK biodegradable).

Ecotoxicología del peritoneo

Llegar a comprender el efecto de los tóxicos sobre los ecosistemas es uno de los principales objetivos de la investigación en ecotoxicología. Dentro del conjunto de ecosistemas existentes, la entrada creciente de sustancias xenobióticas en el medio fluvial ha generado gran preocupación con respecto a sus efectos sobre la biota. En este contexto, nuestro grupo de investigación puerta varios años investigando el efecto de tóxicos modelo: cinc, cobre y atrazina en el peritoneo. Seguimos una aproximación de campo, basada en el convencimiento de que la presencia de una sustancia tóxica en el ecosistema acuático tiene que ser considerada como un factor ambiental más en el cual las comunidades naturales están expuestas.

Por una parte, utilizamos la metodología del test dosis-respuesta con el fin de evaluar la influencia de la variabilidad ambiental en la respuesta ecotoxicológica de las comunidades naturales (Guasch et al. 1998; Guasch and Zapatero 1998, Blanck et al 2002). Por otra parte, experimentos realizados en ríos artificiales nos permiten determinar a cuál es la concentración de un determinado compuesto que puede afectar tan la estructura como el funcionamiento de la comunidad natural (Guasch et al. 2002). Siguiendo la misma aproximación, se están llevando a cabo estudios a nivel de cuenca, con el fin de evaluar la relación existente entre los usos del suelo y la integridad del ecosistema fluvial. Las investigaciones actuales también hacen referencia ala captación, biodisponibilidad, bioacumulación y/o biodegradación de tóxicos en sistemas lóticos.

Conocer la magnitud de los efectos de un derrame sobre el ecosistema fluvial y los factores que la modulan, es la base para evaluar su capacidad de autodepuración y garantizar su integridad ecológica, siendo este es el objetivo final de esta línea de investigación.

La ecotoxicología del peritoneo también se está investigando en una situación de condiciones extremas: el Mar Menor, una laguna costera hipersalina situada al SE de la costa mediterránea del Estado Español. En esta laguna se miden unas elevadas concentraciones de metales pesados en el sedimento, en algunas áreas influenciadas por una antigua zona minera. Con el fin de investigar la posible transferencia de metales en la red trófica acuática, se están investigando la composición de la comunidad del peritoneo, la concentración de metales y la inducción de tolerancia. 

Biofilms fluviales y aplicaciones para la calidad del agua

Las plantas de tratamiento de agua actualmente utilizan tratamientos sofisticados para obtener agua potable. Sin embargo, la calidad del agua primaria es actualmente clave, debida al aumento de la urbanización, industrialización y tratamientos agrícolas. Por lo tanto pues, es importante mejorar la calidad del agua previamente a su tratamiento.

Los biofilmes son puntos de actividad biológica frecuentes en ríos y lagos, y también durante los diferentes estadios del sistema de tratamiento de aguas. El objetivo de esta investigación es desarrollar el conocimiento de los biofilmes naturales con el fin de optimizar su capacidad de regular el contenido de materia orgánica del agua, la retención de compuestos tóxicos y de partículas.

El carbono orgánico disuelto (DOCK) y, más concretamente, el DOCK biodegradable, es rápidamente utilizado por la comunidad heterotrófica del biofilme (bacterias, hongos, protozoos). Por otra parte, los organismos autotróficos (algas, cianobacterias) pueden ser productores de DOCK y BDOC.

En ciertas condiciones físicoquímicas, de elevado contenido de nutrientes, bajo caudal, y una relación N/P baja, se pueden producir crecimientos masivos de cianobacterias a los ríos. Las cianobacterias pueden producir tanto sustancias tóxicas (cianotoxinas) como compuestos que huelen (geosmina) que, al producirse la lisis celular se desprenden en el agua. Si estos compuestos no son eliminados, llegan a la red de distribución y a los usuarios del agua potable. Los organismos responsables de la producción de geosmina y los factores que favorecen su producción y liberación se han investigado durante dos años de seguimiento en el río y experimentos de laboratorio. 

Publicacions representatives:

Bonet B., N. Corcoll, A. Tlili, S. Morin & H. Guasch. 2014. Antioxidant enzyme activities in biofilms as biomarker of Zn pollution in a natural system: an active bio-monitoring study. Ecotoxicology and Environmental Safety 103: 82-90.

Ginebreda A., Kuzmanovic M., Guasch H., López de Alda M., López-Doval J.C., Muñoz I., Ricart M., Romaní A.M., Sabater S. & Barceló D. 2014. Assessment of multi-chemical pollution in aquatic ecosystems using toxic units: Compound prioritization, mixture characterization and relationships with biological descriptors. Science of the Total Environment 468–469: 715–723.

Mora-Gómez J., Elosegi A., Mas-Martí E. & A.M. Romaní. 2015. Factors controlling seasonality in leaf litter breakdown for a Mediterranean stream. Freshwater Science, in press.

Romaní A.M., Amalfitano S., Artigas J., Fazi S., Sabater S., Timoner X., Ylla I., Zoppini A. 2013. Microbial biofilm structure and organic matter use in mediterranean streams. Hydrobiologia 719: 43-58.

Timoner X., Acuña V., Borrego, C. & Sabater S. 2014. The dynamics of biofilm bacterial communities is driven by flow wax and wane in intermittent streams. Limnology and Oceanography 59: 2057-2067.

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