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Intrinsic and extrinsic factors controlling biofouling dynamics on floating substrata
(Universidad de Concepción, 2024) Pinochet Romero, Javier Antonio Roberto; Urbina Foneron, Octavio; Thiel, Martin
The availability of artificial floating substrata in marine ecosystems has significantly increased in recent decades, facilitating the settlement of sessile species, both native and introduced, especially in areas where natural substratum is scarce. This gives plastic a progressively more relevant role in the creation of habitats for these fouling communities. The colonization of these substrata is influenced by intrinsic factors such as surface roughness, the presence of biofilms, and larval selection. On the other hand, extrinsic factors, such as benthic predation, have a significant effect on community structure. In Chapter 1, intrinsic factors were evaluated through larval selection, using two invasive bryozoan species, Bugulina flabellata and Bugula neritina, commonly found in fouling communities. Energy expenditure during the planktonic and benthic stages, swimming and exploration behaviors prior to settlement, as well as larval selectivity in laboratory conditions on different substrata plastics, wood, and concrete—were quantified. It was observed that energy expenditure was higher in planktonic larvae than in settled larvae. Larvae of both species swam less and explored more when exposed to plastic surfaces, suggesting a preference for this substratum and lower energy expenditures associated with habitat searching. The larvae actively chose to settle on plastics rather than on wood or concrete substrata. The results suggest that Bugula larvae prefer to colonize plastic surfaces over other materials, and that the faster they adhere to artificial substrata, the lower their energy expenditure, which may contribute to greater fitness in these individuals. In Chapter 2, the structure and biomass of the fouling community were evaluated in response to benthic prefación during summer and winter. Floating PVC plates were installed during both seasons in central Chile (36˚S) until the growing fouling community caused them to sink. The plates were then moved to the seabed, where they were exposed to benthic predation, while control plates were kept in a mesh cage to prevent predator access. It was found that in summer all plates refloated, while in winter only 60% did so, with differences observed in dominant species according to their buoyancy and resistance to predation. Therefore, the structure of the fouling community influences how predation facilitates the recovery of buoyancy, as predators cannot consume all epibionts. Although previous studies had shown how fouling organisms cause the sinking of floating debris, this is the first study to provide experimental evidence that predation can reverse this process and allow debris to resurface, making it available again as vectors for the dispersal of native and invasive species. These two chapters help us understand the importance of larval selection and how settlement timing could favor the growth of certain species within the fouling community, which could potentially lead to the sinking of these floating substrata. Additionally, they demonstrate how benthic predation could recover lost buoyancy by removing epibionts.
Pronóstico de corto plazo de zonas de pesca de anchoveta (engraulis ringens) en el norte de Chile.
(Universidad de Concepción, 2024) Armas Lorenzo, Elier; Neira, Sergio
En esta tesis se pronosticó zonas potenciales de pesca de E. ringens en el corto plazo en el norte de Chile, utilizando un modelo de redes neuronales. Se determinaron las variables que explicaron mejor la distribución espacial de E. ringens, y se las utilizó para entrenar el modelo de redes neuronales. Luego se estudió el impacto de la utilización de los pronósticos de zonas de pesca de E. ringens en la eficiencia de la flota cerquera anchovetera industrial del norte de Chile. E. ringens (anchoveta) es una especie de pez pelágico pequeño perteneciente a la familia Engraulidae, que habita en la zona nerítico-costera y se distribuye desde el norte de Perú (3°N) hasta la isla de Chiloé en el sur de Chile (43°S). La distribución geográfica y batimétrica de esta especie está condicionada por fluctuaciones en las condiciones oceanográficas a diferentes escalas temporales (diaria, semanal, mensual, anual, supra-anual) y por la pesca. En el norte de Chile, E. ringens es un recurso pesquero de gran importancia y es capturado principalmente por el sector industrial, que representa hasta el 80% de los desembarques totales anuales de la flota de cerco. La historia de esta pesquería (1985-2023) muestra una fuerte disminución en los desembarques industriales anuales, especialmente durante eventos extremos del fenómeno El Niño Oscilación del Sur (1997–1998 (muy intenso), 2002–2003 (moderado) y 2015–2016 (muy intenso)). Las mayores caídas en los desembarques en las últimas dos décadas ocurrieron en 2015 (El Niño) y 2020 (La Niña), disminuyendo 65% y 88% en relación a la media histórica, respectivamente. Dada la disminución de los desembarques de E. ringens en el norte de Chile durante eventos ENSO, principalmente durante El Niño 2015 y La Niña 2020, las flotas pesqueras deben destinar mayor esfuerzo pesquero para la localización de los cardúmenes de E. ringens que sean accesibles a las artes de pesca. Se ha observado una disminución de la captura con relación al esfuerzo de pesca ejercido en años con condiciones típicas de eventos ENSO. La captura por viaje disminuyó con respecto a la media histórica entre 9% y 33% durante el período 2006-2010, caracterizado por condiciones frías típicas de La Niña; también la captura disminuyó 12% durante el evento El Niño 2015 y 46% durante La Niña 2020. También la captura por lance decreció entre 5% y 13% durante el período 2006-2010 y 40% durante La Niña 2020. La captura con respecto a la distancia recorrida por las naves cerqueras industriales cayó entre 13% y 40% durante el período 2006-2010, 53% durante el Niño 2015 y 78% durante La Niña 2020. Esto conduce a aumentar el esfuerzo (viajes, lances, distancia recorrida) para mantener los niveles promedio de captura. Actualmente, el principal problema de la flota industrial cerquera del norte de Chile consiste en encontrar la forma de reducir costos en las operaciones de localización y captura de E. ringens, y aumentar así la rentabilidad económica. Para esto se requiere optimizar/reducir los viajes de pesca. Una alternativa interesante de explorar es identificar zonas potenciales de pesca y, junto con ello, conocer cómo cambia la probabilidad de captura de E. ringens en función de la variabilidad oceanográfica inlcuyendo eventos ENSO, y determinar si esta probabilidad tiene alguna relación con los desembarques anuales de E. ringens en el área de estudio. Consecuentemente, esta tesis doctoral se enfoca en estudiar el impacto de la utilización de pronósticos de zonas de pesca de E. ringens en la eficiencia de la flota anchovetera del norte de Chile. Las hipótesis planteadas en esta tesis sostienen que si la distribución espacial de E.ringens en el norte de Chile está determinada principalmente por variables oceanográficas y estas relaciones son capturadas correctamente por un modelo de redes neuronales, entonces el modelo desarrollado pronosticaría adecuadamente las zonas de pesca de E. ringens en el norte de Chile en el corto plazo, permitiendo con su aplicación que aumente el rendimiento de la flota industrial cerquera anchovetera. Los resultados obtenidos en esta investigación se presentan en tres capítulos, los que son descritos brevemente a continuación. En el primer capítulo se analizó la distribución espacial de E.ringens en la zona norte de Chile (18°21” S−27° S) y su asociación con variables oceanográficas disponibles para es zona en el período 2003 a 2020. Como información de presencia de E. ringens se utilizaron los datos georreferenciados de capturas de esta especie disponibles en la base de datos de la empresa pesquera Corpesca S.A. Se consideró como registros de ausencia de la especie las zonas donde transitó la flota y no se capturó E. ringens. Las variables oceanográficas se obtuvieron del modelo Nemo del programa Copernicus, el cual proporciona datos históricos y datos de pronósticos diarios de variables oceanográficas. Se aplicó un modelo de redes neuronales para abordar la relación entre las variables oceanográficas y la distribución de E. ringens, determinando las variables que mejor explican la ubicación de las zonas de pesca de esta especie en el período estudiado. En cuanto al porcentaje de la varianza explicada, la longitud geográfica (23%) fue la variable más relevante para identificar posibles zonas de pesca, seguida de la profundidad de la capa de mezcla (18%), la latitud geográfica (15%), la temperatura superficial del mar (12%), el mes (12%), la altura del mar (9%), la salinidad (9%) y las componentes zonales y meridionales de la velocidad de las corrientes (1% cada una). En el segundo capítulo de esta tesis se implementó un modelo predictivo de zonas de pesca basado en redes neuronales, el que fue entrenado con datos georreferenciados de capturas diarias de naves cerqueras industriales para el período 2003 a 2020 e información de variables oceanográficas (temperatura superficial del mar, salinidad, profundidad de la capa de mezcla, altura del mar y corrientes) obtenidas de Copernicus (https://marine.copernicus.eu). El rendimiento del modelo de redes neuronales fue 86% (AUC), clasificando correctamente el 76% de las áreas con pesca. Por lo tanto, se recomienda su uso para predecir zonas de pesca para E. ringens en el área de estudio (zona norte de Chile). En el tercer capítulo se analizó si la disminución actual en los desembarques anuales de E. ringens se asocia con cambios oceanográficos en el norte de Chile durante eventos El Niño o La Niña. Se aplicó el modelo de redes neuronales, desarrollado en el segundo capítulo de esta tesis, para identificar la distribución espacial y temporal de las probabilidades de pesca de E. ringens, particularmente para los años El Niño (2015), La Niña (2007, 2013, 2020) y Neutro (2004). Se encontró que la probabilidad de captura de E. ringens se extendió más hacia el oeste durante eventos de La Niña (excepto en 2020), ocupando un área más grande, pero se limitó a una franja costera de 10 millas náuticas durante el evento de El Niño 2015. Las mayores probabilidades de captura en la condición Neutra estuvieron cerca de la costa, aunque no tan restringida a la misma como ocurrió durante el evento de El Niño 2015. Las probabilidades de captura más altas en el evento La Niña de 2020 también estuvieron cerca de la costa, en contraste con los eventos anteriores de 2007 y 2013, debido a la restricción del hábitat óptimo de E. ringens por cambios en las condiciones oceanográficas. La cantidad anual de zonas potenciales de pesca identificadas por el modelo de redes neuronales es un indicador de qué tan apto es el ambiente para el encuentro de cardúmenes de E. ringens. La aplicación de estos resultados permitiría administrar de mejor forma la flota pesquera industrial, reduciendo los costos operacionales. Los resultados obtenidos en esta tesis sustentan las hipótesis planteadas, pues el modelo de redes neuronales implementado permitió pronosticar correctamente zonas de pesca de E. ringens en el corto plazo (hasta 3 días). El modelo de redes neuronales implementado fue capaz de replicar la distribución espacial de E. ringens observada durante eventos ENSO. Simulaciones mostraron que el uso de los pronósticos de pesca del modelo de redes neuronales en la operación de la flota habría resultado en disminución del esfuerzo y aumento del rendimiento de la flota. La aplicación de los resultados de este estudio aporta a entender y, probablemente, anticipar las consecuencias que eventos ENSO extremos podrían tener en el rendimiento de las naves cerqueras pertenecientes a la flota anchovetera industrial del norte de Chile. El modelo de redes neuronales utilizado proporciona una herramienta valiosa para la gestión de dicha flota.
Estudio taxonómico del complejo Alstroemeria pulchra (Alstroemeriaceae) desde una perspectiva integrativa.
(Universidad de Concepción, 2024) Villalobos Villalobos, Nicolás Ignacio; Baeza P., Carlos Marcelo; Facultad de Ciencias Naturales y Oceanográficas.
Esta tesis doctoral se centró en la caracterización detallada del complejo Alstroemeria pulchra, utilizando un enfoque integrativo que combinó análisis morfo-colorimétricos, citológicos, moleculares y ecológicos para discernir unidades taxonómicas discretas. A través de métodos avanzados en morfometría geométrica y análisis colorimétricos, se logró una cuantificación y comparación precisa de la morfología y coloración florales, destacando la diferenciación de Alstroemeria pulchra var. maxima y A. pulchra subsp. lavandulacea de A. pulchra var. pulchra. Los análisis discriminantes destacaron la capacidad de estos caracteres para diferenciar taxones, especialmente de A. pulchra var. maxima y A. pulchra subsp. lavandulacea con sus características morfológicas y colorimétricas distintivas. Además, la inclusión de estudios citológicos y moleculares proporcionó una comprensión más profunda de la estructura genética y la evolución del complejo. La variabilidad genética encontrada en A. pulchra var. pulchra, A. pulchra subsp. lavandulacea y A. magnifica subsp. magenta sugiere la existencia de procesos adaptativos recientes o activos, resaltando la importancia de estudios futuros que incluyan más especies y poblaciones para explorar eventos de hibridación dentro del género. Este trabajo contribuye al conocimiento taxonómico de Alstroemeria, enfatizando la necesidad de enfoques multidisciplinarios para una taxonomía botánica precisa y fundamentada, proporcionando bases sólidas para la conservación y comprensión de la biodiversidad en este género endémico de alto interés ecológico y ornamental.
Dinámica del nicho climático en el origen y evolución de Haplopappus Cass. (Astereae, Asteraceae), un arbusto endémico de Los Andes extratropicales de Sudamérica.
(Universidad de Concepción, 2024) Rosas Cerda, Marcelo Ricardo; Guerrero, Pablo C.; Segovia, Ricardo A.
Haplopappus es uno de los géneros más diversos de la flora vascular de Chile con amplia distribución en las zonas áridas y semiáridas. La falta de una filogenia molecular ha contribuido a la inestabilidad taxonómica donde se ha cuestionado su clasificación infragenérica y también, ha contribuido al desconocimiento de los mecanismos que participaron en su diversificación. En este estudio, utilizamos filogenias moleculares basadas en marcadores tradicionales (secuencias Sanger) y genómicos (SNPs), junto con datos ecológicos (i.e. nichos climáticos) para estudiar el origen, clasificación y diversificación del género, específicamente el rol de la dinámica del nicho climático en la dispersión anfitropical y su diversificación en Sudamérica. Usamos datos de marcadores ETS y ITS1y2 para comparaciones a nivel de la tribu. Para resolver la sistemática del género analizamos especímenes de 51 taxa, a las que agregamos 16 morfoespecies que presentan indicios de ser potencialmente reconocidas como especies nuevas o linajes independientes, con secuenciación de ADN asociada a sitios de restricción y polimorfismos de un solo nucleótido (SNP) empleando una matriz concatenada de 21.921 SNPs. Los resultados de los análisis de superposición de nicho apoyan la conservación del nicho climático tras la dispersión a larga distancia desde Norte América. Sin embargo, se evidenció de una desacople menor del nicho climático debido a la existencia climas únicos en cada hemisferio. Los patrones de distribución de las especies presentan un gradiente latitudinal estructurado en la riqueza de especies, principalmente con variables asociadas al clima mediterráneo, con dos zonas de endemismo, al norte y al sur. Las inferencias filogenéticas Bayesianas de RAD-seq generó una robusta filogenia molecular donde las especies de Haplopappus se agrupan en dos clados que soportan nuestra propuesta de los nuevos subgéneros Haplopappus y Baylahuen. El primero contiene tres clados, y sustentan nuestra propuesta de las nuevas secciones Grindelioidae, Haplopappus y Pinnatifidus, mientras el subgénero Baylahuen incluye cuatro clados, los que sustentan nuestra propuesta para las nuevas secciones Coquimbensis, Racemiger, Remyanus y Baylahuen. Los resultados indican que las propuestas taxonómicas subgenérica anteriores tienen escaso apoyo filogenético y ninguna de las secciones es monofilética, por lo que deben ser actualizadas. Los resultados también indican que siete subespecies no son recíprocamente monofiléticas y deben ser reconocidos como nuevas especies. Once de las 16 morfoespecies también demuestran ser linajes independientes y podrían corresponder a nuevas especies que deben ser estudiadas y descritas apropiadamente. A partir de modelos de nicho climático y la filogenia datada caracterizamos la evolución del nicho climático en el género y desde allí hacemos inferencias sobre la diversificación. Los resultados muestran una alta tasa de diversificación de 2,77 eventos por millón de años por linaje. Las variables del nicho climático seleccionadas desde el análisis de componentes principales filogenético con independencia de sus relaciones evolutivas y que concentran parte importante de la varianza son: estacionalidad de la temperatura (bio4), rango anual de temperatura (bio7), precipitación del trimestre más seco (bio 17), precipitación del trimestre más cálido (bio18) y precipitación anual (bio12), todas asociadas a estacionalidad del clima y amplitud del rango de las variables, que son propios del clima mediterráneo de Sudamérica. Los análisis de estimación de estados ancestrales y de detección de cambios de tasa de las variables climáticas a lo largo de las ramas del árbol de Haplopappus revela cambios de tasa evolutiva en los nodos ancestrales donde se originan todos los principales clados (i.e. subgéneros, secciones y series). De manera simultánea la estimación de área ancestral nos indica para estos nodos dispersión a una nueva área geográfica con especiación simultánea. Este patrón indica el modo evolutivo más frecuente en la diversificación del género Haplopappus es la dispersión a una nueva área geográfica con especiación simultánea, y está asociado con un cambio de tasa en la evolución del nicho climático, reflejando adaptación evolutiva a las nuevas condiciones originadas por las condiciones ambientales del nuevo hábitat en cada evento de dispersión. La expansión del nicho evolutivo vinculada con la dispersión geográfica ofrece una explicación para la elevada diversidad que observamos. Por lo tanto, aceptamos nuestra hipótesis de que la diversificación en el género Haplopappus corresponde a una radiación adaptativa regulada por evolución del nicho climático. El patrón de dispersión – especiación – evolución del nicho climático fue detectado en la mayoría de las ramas de la filogenia, aunque con diferencias en ambos subgéneros. La correlación entre dispersión y la evolución del nicho puede atribuirse a las oportunidades ecológicas que ofrece la heterogeneidad climática y topografía de la cordillera los Andes. Estos resultados también apoyan la hipótesis de Axelrod, según la cual la expansión a nuevas condiciones áridas puede impulsar la diversificación en linajes ya adaptados a la aridez.
Interacciones físicas-biológicas que determinan la variabilidad en biomasa y producción del zooplancton en la zona de surgencia de Chile - Centro Sur: el rol de procesos advectivos y la interacción fitoplancton-zooplancton
(Universidad de Concepción, 2023) Venegas Ramos, Ana Belén; Escribano, Rubén
Interacciones físicas-biológicas que determinan la variabilidad en biomasa y producción del zooplancton en la zona de surgencia de Chile - Centro Sur: el rol de procesos advectivos y la interacción fitoplancton-zooplancton. Ana Belén Venegas Ramos, 2023, Profesor Guía, Rubén Escribano. Los grandes ecosistemas de surgencia costera, también conocidos como "Sistemas de Corrientes de Borde Oriental" (EBUS), son de gran importancia tanto ecológica como económica debido a que sostienen una alta productividad biológica y pesquera. En ellos, el zooplancton es uno de los componentes claves puesto que sustentan la productividad de estos ecosistemas, siendo responsable de la transferencia de energía entre los productores primarios a los niveles tróficos superiores, incluyendo peces por lo cual la biomasa y producción del zooplancton en su conjunto es un pilar clave en la productividad de los EBUS. El EBUS que se encuentra frente a Chile centro-sur (30-39° S) se caracteriza por la presencia de un frente de surgencia, con un máximo observado en primavera-verano, que desplaza hacia la superficie agua ecuatorial subsuperficial, fertilizando la capa fótica y promoviendo el crecimiento del plancton, la abundancia de peces pelágicos pequeños, aves y mamíferos, lo cual los convierte en ecosistemas de gran importancia biológica /económica. Este sistema se caracteriza por una alta variabilidad en escalas tanto temporales como espaciales debido al proceso de surgencia costera, el cual impacta en los organismos que se desarrollan en estas regiones. Por lo cual, determinar los factores influyen en la variabilidad en la biomasa del zooplancton es de suma importancia para poder pronosticar los cambios que los EBUS puedan presentar en su productividad bajo un escenario de cambio climático. Esta tesis se centra en someter a prueba dos hipótesis: 1) bajo condiciones de surgencia intensificada, los procesos advectivos contribuyen a una pérdida significativa de la biomasa del zooplancton desde la zona de surgencia, impactando negativamente la su producción frente a Chile centro-sur, y 2) en el sistema de surgencia costera de Chile centro-sur del Pacífico sur oriental, para un período de surgencia intensa primavera-verano, la respuesta funcional del zooplancton frente a altas concentraciones del fitoplancton se manifiesta con un efecto inhibitorio de parte de las diatomeas sobre el zooplancton afectando negativamente su crecimiento y producción. Para testear tales hipótesis planteó un primer objetivo científico: I) Determinar la importancia relativa de la advección horizontal versus la producción local de biomasa del zooplancton, en el sistema de surgencia costera frente a Chile centro-sur. Para esto se utilizó un enfoque de modelado, utilizando las salidas de una configuración del modelo ROMS-PISCES para la región se surgencia de chile centro sur (35.2°-37.8°S). Con este modelo se reconstruyó la variabilidad oceanográfica para el período agosto de 2002 a diciembre de 2008 para la zona costera asociada a la estación de monitoreo fija Estación 18, ubicada al noroeste de la bahía de Concepción frente a Dichato en la región del Bio Bio (36°30.80´S, 73°7.75´ W), Chile. El estudio evaluó la influencia de la productividad local versus los factores advectivos en la variabilidad de la biomasa del zooplancton en la zona de surgencia del centro-sur de Chile, se determinó que en los meses de primavera – verano los términos advectivos son de gran importancia para la variabilidad de la biomasa en la zona de surgencia de Chile centro-sur, donde el flujo desde sur a norte contribuye sustancialmente al aumento de la biomasa en la zona en cambio el flujo hacia el oeste es la principal fuente de pérdida de biomasa. Con respecto al segundo objetivo se propuso conocer el impacto de la respuesta funcional tipo Holling IV sobre el crecimiento del zooplancton a través de la implementación de un modelo analítico nutrientes-fitoplancton-zooplancton (NPZ) para condiciones de altas concentraciones de fitoplancton en sistemas altamente productivos. Para esto se realizó un análisis cualitativo de las soluciones de un modelo de NPZ en tiempo finito e infinito, de estos 3 compartimientos (Nutrientes-Fitoplancton-Zooplancton). Así se estudió la variación de la biomasa del zooplancton considerando la toxicidad de las diatomeas cuando estas se encuentran en grandes concentraciones. Se observó que al incluir una respuesta funcional Holling IV para representar la toxicidad de las diatomeas durante el periodo de surgencia activa, se reproducen apropiadamente las magnitudes y variaciones de la biomasa del zooplancton en la zona de estudio, y se evidencia la importancia del factor inhibitorio de las diatomeas y el parámetro de mortalidad en la variación de la biomasa del zooplancton. El estudio provee evidencia apoyando ambas hipótesis planteadas y sugiere que ambos procesos con base física y biológica deberían ser considerados en las observaciones de campo y en el desarrollo de modelos biogeoquímicos que involucran la dinámica y producción del zooplancton en sistemas de surgencia altamente productivos.
Mecanismo de localización del árbol hospedero e influencia sobre la producción de hojarasca: causa y consecuencia de la presencia de la trepadora dominante Hydrangea serratifolia (Hook. &Arn.) F. Phil. En un rodal maduro del bosque templado lluvioso.
(Universidad de Concepción, 2023) Rodríguez Quintero, William David; Saldaña Mendoza, Alfredo
La abundancia y biomasa de trepadoras está aumentando en bosques templados y tropicales. Sin embargo, a pesar de que las causas y consecuencias del aumento en la abundancia de trepadoras son un área activa de estudio; en cuanto a los patrones específicos de abundancia, de infestación de hospederos e importancia de las trepadoras en la estructura comunitaria del bosque, los mecanismos causales de dicha abundancia y sus consecuencias ecosistémicas aún presentan evidencias incipientes. La ecología de trepadoras se ha basado mayoritariamente en estudios de bosques tropicales, pero la menor cantidad de trabajos en bosques templados de los hemisferios norte y sur han ampliado el conocimiento sobre patrones y procesos en este grupo de plantas, en ocasiones con resultados contrastantes a los estudios de zonas tropicales. En ese contexto, en esta tesis se estudió la especie Hydrangea serratifolia (Hydrangeaceae), una de las plantas leñosas de mayor dominancia en los bosques templados lluviosos del sur de Sudamérica, y la especie para la cual se ha registrado la mayor densidad poblacional de cualquier trepadora encontrada, considerando tanto bosques tropicales como templados. A partir del patrón de abundancia reportado para esta especie, en esta tesis se abordaron las siguientes preguntas: i) a nivel de individuo, ¿Qué mecanismo subyace al éxito de esta especie en su búsqueda de árbol hospedero?, como uno de los aspectos clave detrás de su gran abundancia en el bosque templado lluvioso y ii) a nivel ecosistémico, ¿Cuál es la consecuencia de esta gran abundancia en la productividad primaria de un rodal de este tipo de bosque? En cuanto a los mecanismos, los tropismos contribuyen en las plantas a orientarlas hacia ambientes más adecuados y permiten obtener recursos que están en bajas cantidades. El primer capítulo evaluó si el fototropismo negativo es el mecanismo causal por el cual H. serratifolia localiza los árboles hospederos, aspecto critico en el éxito ecológico de una trepadora en un rodal donde la baja disponibilidad de luz es predominante. La hipótesis fue “Si la baja disponibilidad de luz representa una señal direccional asociada con el patrón de localización del árbol hospedero, entonces la luz percibida por el grupo de brotes reptantes de H. serratifolia, que se dirigen a un potencial hospedero, será similar a aquella que perciben los brotes que se encuentran ascendiendo a los árboles, exhibiendo fototropismo negativo”. Se encontró la misma orientación direccional alineada con la atenuación de luz, en los individuos que buscan o ascienden a los soportes, influidos por el fototropismo negativo, confirmando la hipótesis. En el claroscuro del piso del bosque la baja disponibilidad de luz puede representar información específicaanticipatoria de un hospedero potencial. El fototropismo negativo permite codificar espacial y temporalmente esa información, guiando el ápice de los individuos de H. serratifolia hacia la parte más oscura de la base del árbol hospedero, por donde iniciarán su ascenso al dosel, contribuyendo a la obtención de un recurso limitado (soporte). En relación con las consecuencias en el funcionamiento ecosistémico del bosque de la dominancia de H. serratifolia, en el segundo capítulose estimó la cantidad y aporte estacional de biomasa de hojarasca de H. serratifolia al interior del bosque, comparándolo con la productividad de las especies leñosas dominantes del dosel y sotobosque. La hipótesis fue "Hydrangea serratifolia, debido a su dominancia y forma de crecimiento, la cual le provee de una alta relación dosel:tallo y por lo tanto una mayor asignación de biomasa a copa que los árboles del dosel, muestra una contribución similar y sincronizada, en términos de producción de hojarasca, a la que presentan las especies leñosas dominantes del dosel y del sotobosque”. El patrón de productividad en H. serratifolia se caracteriza por ser unimodal, con un marcado aumento en la estación de crecimiento alcanzando el máximo en el periodo de noviembre-diciembre, y presentar un desfase temporal en comparación con los máximos de productividad alcanzados por las especies leñosas dominantes del dosel (marzo-abril) y sotobosque (enero). El aporte estacional (mensual) de H. serratifolia no difiere del registrado por las especies leñosas dominantes del dosel a lo largo del tiempo, pero si difiere del aporte observado las especies leñosas dominantes del sotobosque. Una consecuencia del aporte significativo en hojarasca de H. serratifolia, desfasado espacio temporalmente al aporte estacional de las especies leñosas dominantes es aumentar la heterogeneidad de materia orgánica en áreas del bosque donde esté presente. Lo cual destaca la importancia de esta especie trepadora masiva en la productividad primaria de un bosque maduro, y dada la calidad nutricional y tasa de descomposición de esta hojarasca de esta especie (mayor que las especies dominantes del dosel, Saldaña et al., datos no publicados), su potencial importancia en el ciclaje de nutrientes en el bosque. El éxito ecológico de una especie en un determinado ecosistema puede verse reflejado por la abundancia y dominancia que presenta. El vínculo intrínseco de los dos capítulos de esta tesis se basa en el patrón de abundancia de H. serratifolia y su historia natural en el bosque templado lluvioso. Esto, porque dicha abundancia depende de la localización del hospedero para poder acceder al recurso limitante que es la luz, etapa crítica en el desempeño de los individuos de esta especie, y además esta abundancia determina su influencia relativa sobre la productividad primaria del bosque. Lo novedoso de este estudio fue evaluar una de las potenciales causas mecanicistas de que esta especie dominante del bosque templado lluvioso -cuyo hábito de crecimiento, tipo trepador, no es el que predomina en un bosque- pueda localizar y por ende infestar tantos árboles hospederos. Además, que como consecuencia de esto último H. serratifolia tenga una influencia significativa sobre el funcionamiento ecosistémico, evidenciado que su productividad de hojarasca, similar a la producida por las especies leñosas dominantes del dosel. La abundancia y dominancia de H. serratifolia en el bosque templado lluvioso, podría estar basada en el efecto sinérgico que tienen las características encontradas en este estudio en cuanto al fototropismo negativo y productividad de hojarasca, junto con las características funcionales reportadas en estudios previos, tales como su mecanismo de trepado, alta relación dosel:tallo, la tasa de infestación y no discriminación de ningún tipo de árbol para ello, alto grado de sombratolerancia y la intercepción eficiente de luz por la reducción de la tasa de intercambio de gases para poder lidiar con la baja disponibilidad de luz que domina el sotobosque.
Conectividad de huevos y larvas de merluza de cola entre el sistema estuarino y zona oceánica adyacente, en la Patagonia Chilena.
(Universidad de Concepción, 2024) Veroes García, Carlos Alberto; Castro Cifuentes, Leonardo
La dinámica oceanográfica del Sistema Estuarino Patagónico y su zona oceánica adyacente está modulada por la circulación estuarina (masas de agua oceánicas y aportes de agua dulce), mareas y el viento. Esta dinámica es influida por factores forzantes de escalas temporales y espaciales diferentes, tales como cambios en la intensidad de la deriva del viento del oeste (WWD) o la corriente del Pacífico Sur (SPC), la oscilación decadal del Pacífico (PDO), la oscilación del sur de El Niño (ENSO), el modo anular del sur (SAM), oscilación Madden Julian (MDO). Además, durante las últimas décadas, los cambios en las descargas de agua dulce producto de las precipitaciones y el derretimiento del hielo glacial demuestran que el cambio climático global también está afectando el ambiente de la Patagonia. Aún se desconoce si estos procesos afectan potencialmente las áreas de desove y la distribución de las primeras etapas de vida de especies de peces como M. magellanicus que se distribuyen entre el sistema estuarino y la zona oceánica adyacente en la Patagonia chilena. La merluza de cola (Macruronus magellanicus) presenta una amplia distribución en la zona austral de América del sur, que incluye el Océano Atlántico suroeste y el Pacifico sureste entre los "33°S y "56°S. En el Atlántico suroeste no se han reportado áreas de desove importantes para merluza de cola, además, se ha encontrado una disminución del stock de los adultos en invierno, lo cual, sugiere que esta especie realizaría migraciones inter-oceánicas para reproducirse junto al stock del Pacífico. En el Pacífico sureste el stock desovante se concentra entre los "43°S y "48°S, asociados a los cañones submarinos en el quiebre de la plataforma continental (mar exterior). En el Sistema Estuarino Patagónico (SEP, mar interior) y la zona oceánica adyacente (mar exterior) de la Patagonia chilena se han encontrado huevos y larvas de merluza de cola, lo que ha permitido postularlas como potenciales zona de desove y crianza de esta especie, sin embargo, su persistencia espacial y temporal aún no ha sido demostrada, ni se han descrito sus características ambientales. Por otra parte, se desconoce si los huevos y larvas presentes en el mar interior provienen del área principal de desove en el mar exterior, o si el desove ocurre tanto en el mar exterior como interior. El objetivo general de esta tesis fue evaluar los procesos bio-oceanográficos que influyen en la conectividad de los estadios tempranos de vida de merluza de cola entre el Sistema Estuarino Patagónico y la zona oceánica adyacente en la Patagonia Chilena, planteándose como hipótesis que existe conectividad de huevos y larvas de M. magellanicus entre estas dos zonas. Para cumplir con el objetivo, se analizaron muestras estratificadas de ictioplancton, zooplancton y data hidrográfica de 26 cruceros oceanográficos realizados en primavera e invierno, en el Sistema Estuarino Patagónico y su zona oceánica adyacente en el periodo 1995-2019. Se cuantificaron los huevos y larvas de merluza de cola, se clasificaron las larvas por talla y se presentó la abundancia estandarizada de huevos y larvas en cada uno de los cruceros realizados. Se exploró la variabilidad espacial (mar interior-exterior), estacional (invierno-primavera) e interanual (1995-2019) de la abundancia de huevos y larvas de merluza de cola, así como de las características bio-oceanográficas (temperatura, salinidad, potenciales predadores (medusas) y presas (copépodos)) en la zona de estudio. Para dos años del periodo de estudio se obtuvieron mediciones de velocidades residuales horizontales estratificadas en tres canales con orientación este-oeste (costaocéano) de la Patagonia norte chilena mediante ADCP, en primavera e invierno. Las velocidades residuales se asociaron a la distribución y abundancia vertical de huevos y larvas para determinar flujos netos de individuos e inferir transporte (conectividad) entre el mar exterior-interior. Los resultados muestran que el mar interior y exterior de la Patagonia norte chilena son importantes áreas de desove y crianza para merluza de cola, sin embargo, la abundancia de huevos y larvas disminuyó hasta el último año muestreado en casi todas las zonas analizadas, lo que se asoció a una disminución del stock desovante y/o a un retraso en la época de desove de esta especie. Los huevos fueron más abundantes en invierno que en primavera y se ubicaron en los estratos más profundos muestreados (>50 m) lo que favorecería su ingreso al mar interior desde la plataforma continental debido al patrón de circulación estuarina. Los flujos netos estimados en invierno sugirieron que los huevos dentro del mar interior de la Patagonia norte chilena ingresarían desde la plataforma continental adyacente, y posteriormente larvas desarrolladas serían exportadas de regreso a la plataforma continental, sin embargo, no se descartó un desove secundario en el mar interior. Hacia el sur de la Patagonia, las menores abundancias de huevos y larvas encontrados provendrían de un desove secundario dentro del mar interior, lo cual, se deduce de una menor conectividad y/o transporte de los estadios tempranos de vida de merluza de cola entre el mar interior-exterior. El ingreso y/o retención de los estadios iniciales de vida en el mar interior y la posterior exportación de larvas desarrolladas al océano facilitaría una alimentación adecuada a los estadios de desarrollo de esta especie, además de una menor probabilidad de ser depredada en las etapas de vida más vulnerables. Los modelos aditivos generales (GAM's) mostraron un efecto lineal significativo entre los huevos y la salinidad, un efecto no lineal entre la abundancia de larvas y la temperatura, mayores abundancias larvales asociadas a una menor abundancia de depredadores (medusas) y a una mayor abundancia de presas (copépodos). Los cambios ontogenéticos en la distribución de M. magellanicus asociados a las características bio-oceanográficas de la zona de estudio respaldan la hipótesis de conectividad en sus estadios tempranos de vida entre el Sistema Patagonico Estuarino y la zona oceánica adyacente en la Patagonia norte, lo que formaría parte de su estrategia reproductiva para otorgar mayores probabilidades de sobrevivencia a su descendencia.
Diversificación del género Eriosyce (Cactaceae) en relación con la disparificación morfológica y el nicho climático.
(Universidad de Concepción, 2023) Villalobos Barrantes, Heidy María; Guerrero M., Pablo; Avaria Ll., Jorge
Uno de los biomas más ampliamente distribuido en el planeta es de las zonas áridas y semi-áridas. Chile con su geografía tan particular y por el conjunto de procesos orográficos, paleoclimáticos y geomorfológicos, hace que posea una flora con altos niveles de biodiversidad y endemismo. Pero estudiar los procesos implícitos en el origen de la biodiversidad puede ser una tarea relativamente laboriosa en grupos con morfologías similares y a menudo convergentes como es el género Eriosyce (Cactaceae). Este género podría presentar una mayor diversidad específica ya que gran parte de la riqueza de sus especies podría estar artificialmente oculta en complejos morfológicos de especies. Por otro lado, hay pocos estudios que integren mecanismos ecológicos y de diversificación de zonas áridas, así como la evolución de caracteres morfológicos y el nicho que expliquen la diversidad observada en plantas adaptadas a este bioma. Nuestro estudio se enfocó en: i) la delimitación de especies utilizando datos moleculares del cactus globoso "E. curvispina" con los que realizamos inferencias filogenéticas bayesianas sobre 87 individuos de Eriosyce, incluyendo nueve poblaciones de E. curvispina, y analizando tres intrones no codificantes plastidiales, un gen plastidial y uno nuclear. ii) la relación entre rasgos morfológicos con variables ambientales usando el método comparado filogenético, para evaluar la evolución de rasgos como la altura, volumen, tipo de raíz y tipo de tallo de los cactus del género Eriosyce y si la temperatura y la precipitación afectan su evolución. iii) se evaluó la diversificación en términos de nicho climático y morfológico. Los principales resultados son: i) desarrollamos 12 pares de microsatélites nucleares para evaluar la estructura genética a nivel poblacional. ii) identificamos cuatro grupos originados en eventos cladogenéticos independientes ocurridos a diferentes profundidades temporales. iii) observamos que la temperatura tiene un impacto sobre la altura y el volumen de los cactus, mientras que la precipitación sobre la forma y tipo de tallo y iv) que estos rasgos han evolucionado dado una ventaja adaptativa a estas plantas para colonizar nuevos lugares y sobrevivir en el tiempo e ir diversificándose.
Perturbaciones conductoras de cambios en la diversidad ecológica y genética en ambientes marinos, a través de mecanismos neutrales.
(Universidad de Concepción, 2023) Vásquez Valdebenito, Cynthia Priscilla; Quiñones Bergeret, Renato; Hernández Miranda, Eduardo; Brante Ramírez, Antonio
Entender los efectos de las perturbaciones sobre los distintos niveles de la biodiversidad, así como los procesos y mecanismos subyacentes, ha cobrado gran relevancia debido a la alteración de los regímenes de perturbaciones naturales a causa del cambio climático global y al aumento de las perturbaciones de origen antropogénicas, que afectan los ecosistemas marinos. Por esta razón, el objetivo general de esta investigación fue evaluar los efectos de perturbaciones antropogénicas (mitilicultura) y naturales (terremoto-tsunami, hipoxia), sobre la diversidad ecológica y genética de comunidades y poblaciones marinas, de la costa Pacífico SO, a través de una aproximación neutral. La hipótesis general fue que estas perturbaciones afectan la diversidad ecológica y genética, a través de mecanismos neutrales de deriva (ecológica y genética, respectivamente) y dispersión azarosa limitada. Los resultados mostraron que la mitilicultura afectó la diversidad alfa y beta de las comunidades de macroinvertebrados bentónicos, a través de procesos de reemplazo, mediante deriva ecológica y dispersión azarosa limitada. A nivel genético, la diversidad del pez Aphos porosus disminuyó después de un fuerte evento de hipoxia producido por intensa surgencia costera en el 2008 y del mega terremoto-tsunami en el 2010, mientras que la estructuración genética aumentó, debido a un incremento en la deriva y en el flujo de genes. Los resultados aportan evidencia sobre como las perturbaciones afectan la diversidad a través de mecanismos neutrales y sugieren la importancia de considerar las dinámicas meta-poblacionales y meta-comunitarios en los planes de conservación.
Desentrañando patrones complejos: distribución, riqueza y endemismo de los geométridos (Lepidoptera: Geometridae) de la región andina.
(Universidad de Concepción, 2023) Zamora Manzur, Carlos Ignacio; Parra, Luis E.
En los lepidópteros, al igual que en otros invertebrados, existen impedimentos que obstaculizan su protección efectiva. Aun cuando cumplen un importante rol como polinizadores, y son valiosos para reflejar la calidad del hábitat en el que se encuentran. Entre esos impedimentos está el déficit wallaceano, ya que la distribución de las especies descritas es, en su mayoría, desconocida y por consiguiente se desconocen los patrones de biogeográficos y macroecológicos para estos grupos. En este estudio se utilizó como modelo a los geométridos (Lepidoptera: Geometridae) un grupo de polillas principalmente nocturnas que están bien documentados sistemática y taxonómicamente pero aún su distribución no está completamente estudiada. Los límites del estudio se enmarcan en la región Andina, área que incluye la Cordillera de la Costa por parte de Chile y la Cordillera de los Andes entre Chile y Argentina, donde existen geométridos distintos al resto de Sudamérica. La escasez de datos sistemáticamente organizados acerca de su distribución geográfica obstaculiza no solo la integración de estas especies en estrategias de conservación, sino que además compromete el análisis de la distribución de la diversidad biológica a nivel regional o global. Es sabido que la riqueza de especies no se distribuye de manera uniforme en el planeta, y algunos de los patrones más estudiados son el gradiente latitudinal de diversidad y la regla de Rapoport. Por su parte, la región Andina presenta un alto grado de insularidad biogeográfica, condición que estaría modelando la distribución de los patrones de diversidad, sobre todo en la porción chilena. Estos procesos también estarían afectando a los patrones de distribución de la riqueza y endemismos. En ese contexto, el endemismo es una medida que se utiliza frecuentemente en biogeografía para dar cuenta de la historia de la biota a través del espacio. El CAPÍTULO 1 evalúa los patrones biogeográficos latitudinales de riqueza y endemismo de los geométridos en esta región, enfocándose en el efecto Rapoport y el patrón latitudinal clásico de la riqueza de especies, además de evaluar el efecto del dominio medio en los patrones recuperados. Los resultados revelan que, si bien la riqueza de geométridos y el endemismo se concentran en el centro de la región Andina, estadísticamente los datos no respaldan ninguno de los patrones evaluados anteriormente. Estos resultados sugieren que esto se debe al aislamiento y otros eventos históricos que han moldeado los patrones de distribución de los geométridos en la región, generando un patrón complejo que estaría vinculado a la historia de la biota de la región. El CAPÍTULO 2 se enfoca en la problemática inherente a la ausencia de áreas de distribución geográficamente continuas o claramente delimitadas. En este contexto, el capítulo se dedica al mapeo detallado de la distribución espacial de las especies de geométridos presentes en la región Andina. Para esto se utilizaron diferentes métodos de acuerdo al número de registros disponibles para cada especie, evaluando (cuando fue posible) modelos de distribución de especies. Esto generó como resultado polígonos del área de distribución actual de 326 especies, los cuales se utilizaron para los análisis posteriores. En el CAPÍTULO 3 se evalúan los patrones de distribución de riqueza de especies y endemismo, pero a través de toda el área de extensión de la región Andina. Con un mayor énfasis en el endemismo, considerando dos aproximaciones: centros y áreas de endemismo. Los resultados muestran una alta riqueza y endemismo concentrados en la zona central de la región Andina, similar a los patrones latitudinales, pero en este caso es posible diferenciar centros y áreas de endemismo asociadas a ambas cordilleras. No se recobran centros ni áreas de endemismo hacia la vertiente oriental de la Cordillera de los Andes, un área que potencialmente pertenecería a la zona de transición más que a la región Andina. El patrón de endemismo recobrado es similar al existente para plantas vasculares, pero, aunque su relación panta-insecto es desconocida.. En este aspecto, es necesario mejorar el conocimiento sobre los estados inmaduros de los geométridos, para indagar acerca de las relaciones con la vegetación, actualmente desconocidos. En general, este estudio aporta al reconocimiento de los patrones biogeográficos de los geométridos en la región Andina con miras a evaluar las causas subyacentes, pero además con la mirada puesta en la conservación de la diversidad de especies. Este estudio es un aporte al conocimiento de los geométridos de la región, una base de datos de ocurrencia y de distribución modelada, que frente al escenario actual de cambio climático, la desertificación, y en general el cambio de uso de suelo, sirven de base para continuar con estudios que evalúen la respuesta de las especies a estas alteraciones antropogénicas. Además, este estudio es aporte a la valoración de áreas prioritarias, que por su riqueza y endemismo puedan ser propuestas como áreas de conservación. Se discuten los métodos utilizados y, en algunos casos, como pueden ser perfeccionados para entregar resultados comparables entre las distintas aproximaciones.
El contexto macroevolutivo del éxito de invasión de especies.
(Universidad de Concepción., 2023) Guzmán Rendón, Garen; Hernández, Cristián, profesor guía; Avaria Llautureo, Jorge, profesor co-guía
La noción general acerca del éxito de las especies invasoras plantea que el éxito depende de algunos rasgos de historia de vida y de la capacidad para adaptarse (evolabilidad) a nuevas condiciones ambientales que experimentan las especies abruptamente durante el proceso de invasión. Actualmente existen predicciones contradictorias en cuanto al resultado del proceso evolutivo asociado a la invasión mediada por el hombre. Es decir, no sabemos si el resultado será evolución rápida hacia mayores o menores rasgos de historia de vida, y si existe una relación evolutiva entre el cambio de rango geográfico y el cambio de nicho térmico que favorecería la capacidad de adaptación a nuevos ambientes. En este sentido especies invasoras ofrecen una oportunidad única para entender y estudiar como especies colonizan y se adaptan a nuevos ambientes rápidamente, lo que es de suma importancia, ya que estos resultados predicen diferentes impactos sobre la biodiversidad nativa. En esta tesis se evaluaron las tasas, tendencias y relaciones evolutivas de los rasgos de historia de vida de especies invasoras contrastando los escenarios más probables y las predicciones que nacen de la teoría ecológica de invasiones en un contexto evolutivo. Considerando que la intervención mediada por el ser humano no solo tiene impactos ecológicos, sino que también tienen enormes consecuencias evolutivas y puede acelerar en gran medida el cambio evolutivo en las especies que nos rodean. Con este objetivo se usó como modelo de estudio especies de peces de la familia Cyprinidae, considerando que fueron probablemente las primeras especies de peces que se introdujeron fuera de sus áreas de distribución nativas en el siglo XVII, y se utilizaron nuevos métodos estadísticos filogenéticos para evaluar la idea de que los impactos generados por el hombre como la introducción de especies en nuevos ambientes podrían generar cambios en las tasas, las tendencias y la relación evolutiva en los rasgos que predicen el éxito de las especies invasoras. Los resultados generales nos indican que, durante el proceso de invasión de especies, rasgos como el tamaño corporal, la fecundidad, la edad de primera madurez, y el rango geográfico, han evolucionado con una fuerte señal filogenética y de manera acelerada desde que el hombre forma parte de la biota terrestre, además las tendencias evolutivas de estos rasgos muestran que el movimiento de especies de un lugar a otro mediado por el ser humano tiene implicancias sobre los rasgos, lo que genera cambios con tendencias positivas en especies invasoras. Por otro lado, nuestros resultados respaldan la existencia de una relación evolutiva histórica entre la tasa evolutiva del tamaño del rango geográfico y la temperatura en los peces de la familia Cyprinidae, la cual no cambia cuando incorporamos en el presente el efecto del estado invasor. Los cambios evolutivos acelerados y positivos observados en los rasgos evaluados en las especies invasoras de la familia Cyprinidae serían consecuencia de su introducción a nuevas áreas, sustentando cambios profundos con base genética heredable en rasgos que están asociados al éxito de invasión. Los resultados obtenidos en el presente estudio son innovadores y abren la puerta a solucionar el problema de los estudios ecológicos de las consecuencias evolutivas de las especies invasoras los cuales suelen confundir las causas del cambio fenotípico que las especies presentan al enfrentar un nuevo ambiente.
Aplicación de la hipótesis de la centralidad del nicho ecológico para evaluar los cambios del metabloma y la actividad biológica en poblaciones de Eucryphia cordifolia Cav. (Cunoniaceae).
(Universidad de Concepción., 2023) Fuica Carrasco, Camila Andrea; Hernández Santander, Víctor, profesor guía; Toro Núñez, Oscar, profesor co-guía
La hipótesis de la centralidad del nicho ecológico establece que la abundancia de la población está determinada por la posición en el nicho ecológico, esperándose mayores abundancias hacia el centro del nicho y menores en la periferia. Sin embargo, las variaciones en las condiciones que favorecen la persistencia de las poblaciones entre el centro y la periferia del nicho pueden ser un sustituto de factores de estrés que se reflejan en la producción de metabolitos en las plantas. Esta investigación se basó en un enfoque multidisciplinario entre la hipótesis de la centralidad del nicho ecológico y la metabolómica como una herramienta que permite predecir la presencia de compuestos con interés biotecnológico, dirigiendo el muestreo y con ello evitando sobreexplotación de los recursos nativos. En esta tesis se evaluaron las siguientes hipótesis (1) Las poblaciones de E. cordifolia que se encuentran en la periferia del nicho ecológico presentan una mayor abundancia y/o diversidad de metabolitos secundarios que poblaciones que se distribuyen en el centro del nicho ecológico (2) Los metabolitos secundarios sintetizados por poblaciones de E. cordifolia que se distribuyen en la periferia del nicho ecológico, presentan una mayor actividad biológica (e.g., antioxidante y antimicrobiana) comparados con poblaciones distribuidas en el centro del nicho ecológico. Se emplearon tres enfoques metodológicos: primero, modelamos el nicho ecológico para determinar la idoneidad ambiental de E. cordifolia y seleccionar poblaciones centrales y periféricas para el muestreo en campo (objetivo 1). Segundo, aplicamos análisis de ordenamiento (PCA y NMDS) y el índice de diversidad de Shannon Wiener para evaluar la diversidad metabólica entre las poblaciones y en diferentes estaciones (objetivo 2). Luego, mediante OPLS-DA, identificamos metabolitos diferenciadores entre la población central y periférica. En tercer término, se evaluó la actividad antioxidante y antimicrobiana contra cinco microorganismos de interés en salud pública, hipotetizando un efecto significativo en la población periférica (objetivo 3). Los resultados del capítulo 2 indicaron que: las localidades centrales y periféricas de E. cordifolia en Chile no siguen un gradiente ambiental latitudinal evidente. La similitud metabólica entre poblaciones se explica más por la estacionalidad que por la posición en el nicho. La tendencia en la diversidad metabolómica aumenta a medida que nos alejamos del centro del nicho ecológico. Los análisis multivariados permitieron una diferenciación metabólica entre las poblaciones. En la población periférica (Puerto Montt) se identificaron derivados de quercetina, kaempferol-3-O-ramnósido, luteolina y procianidina B a lo largo de las estaciones, estando ausentes en la población central (Coronel). En cuanto a los análisis antioxidantes, estos variaron a lo largo de las estaciones, donde las poblaciones más cercanas a la periferia alcanzaron una alta capacidad antioxidante. Respecto a los ensayos microbianos, los extractos mostraron una fuerte inhibición en las etapas iniciales de crecimiento microbiano, pero no fueron eficientes en la inhibición de la formación de biopelículas en cuatro de los microorganismos estudiados. En última instancia, nuestros resultados respaldan la utilidad de este enfoque multidisciplinario para prever variaciones en el metaboloma con posibles aplicaciones biotecnológicas y nos orienta a realizar muestreos eficientes.
The center of origin of terrestrial mammalian carnivores and their fast body mass evolution associated to long distance dispersal.
(Universidad de Concepción., 2023) Vallejos Garrido, Paulo; Rodríguez Serrano, Enrique; profesor guía; Avaria Llautureo, Jorge; profesor co-guía
Fundamental tasks to understand the spatial distribution of biodiversity are to estimate where and when species originated, and how did they disperse over space and throughout new environments, in addition to explaining the evolutionary responses associate d with this geographical movement. However, these estimations have been difficult to obtain because knowing the centers of origin and tracing the historical paths of species at macro scales has always been a hard challenge. Here, using a novel phylogenetic approach that considers the nature processes in a more accurate way at macro scales and the geographical i nformation of both extinct and extant diversity , we 1) estimated the center of origin of all ancestral species of terrestrial mammalian carnivores and their dispersal routes, and 2) evaluate whether the dispersal ability or trans continental dispersals i mplies a fast evolution in body size due the selective pressures of the environment. This doctoral thesis postulates that North America is an important center of origin of early lineages, as the complete clade of mammalian carnivores, the Oxyaenidae and C arnivoramorpha groups , except for Hyaenodonta whose origin was in Europe. North America is the place of origin for the order Carnivora and the subfamilies Feliformia and Caniformia. 350 of the 2632 (13.3%) geographical distances estimated correspond to tr ans continental dispersal events during the biogeographical history of terrestrial mammalian carnivores. Also, the long distance dispersal (LDD) explains the fast evolutionary change found in several independent and mainly recent lineages of terrestrial ma mmalian carnivores and thus their highly discrepant body sizes. Therefore, this thesis means a significant contribution to understanding the origin and distribution of terrestrial mammalian carnivores, achieving the biogeographical relevance of postulating a new center of origin for the complete group and the current order Carnivora, estimating for the first time the geographical distance traveled for all lineages and explain ing how this biogeographical process explain the phenotypical evolution of the group.
Evaluación de las interacciones tróficas e impacto de salmónidos asilvestrados en la fauna nativa del Río Toltén.
(Universidad de Concepción., 2023) Musleh Vega, Selim; Neira, Sergio; profesor guía; Gómez-Uchida, Daniel; profesor co-guía
La invasión de peces salmónidos ha sido reconocida como una de las peores invasiones biológicas del mundo debido a sus efectos perjudiciales sobre la biota nativa. Los salmónidos son nativos del hemisferio norte, sin embargo, han sido ampliamente translocados y ahora se consideran uno de los grupos de peces más introducidos en todo el mundo. En Sudamérica, la biomasa de salmónidos puede ser superior a la de los peces nativos. La presencia de los salmónidos en los ecosistemas tanto de agua dulce como oceánicos ha conllevado el desarrollo de interacciones interespecíficas entre estos peces y la fauna nativa chilena, la que evolucionó sin la presencia de estas especies. A lo largo de tres capítulos, esta tesis abordó las dinámicas genético poblacionales del salmón Chinook (Oncorhynchus tshawytscha) y las interacciones entre las tres especies de salmónidos asilvestrados más abundantes en Chile, la trucha arcoíris (Oncorhynchus mykiss), la trucha café (Salmo trutta) y el salmón Chinook y la fauna nativa que habita en el Río Toltén (38°59′ S 72°38 O) y la zona costera adyacente (Región de la Araucanía, Chile). En el capítulo uno se estudió de la estructura genético-poblacional del salmón se realizaron análisis utilizando marcadores genéticos de polimorfismos de nucleótido único (conocidos como SNPs por su sigla en inglés) y métodos de agrupamiento bayesianos e identificación genética de poblaciones. Para este capítulo se trabajó bajo la hipótesis que el salmón Chinook se mantenía en el área costera adyacente cercana a su sitio de desove con un bajo nivel de mezcla con otras poblaciones asilvestradas. Para probar esta hipótesis, se utilizaron muestras de dos zonas costeras con presencia de salmón Chinook, las zonas frente al Río Toltén (n= 53) y al Golfo de Ancud (n= 42). Además se utilizaron colecciones de individuos con genotipos conocidos provenientes de las principales poblaciones de salmón Chinook asilvestrado de Chile, las que fueron utilizadas como poblaciones de referencia contra las cuales se realizó la asignación genética de los individuos de las muestras costeras. Como resultado se encontró para el salmón Chinook, tanto los individuos capturados en la zona costera como los adultos retornantes capturados en la zonas estuarinas pertenecían a la población asilvestrada en el río más cercano a la zona costera donde las muestras fueron capturadas. Este resultado indicaría que los individuos adultos de salmón Chinook asilvestrados en Chile, al igual que aquellos individuos nativos del hemisferio norte, presentan una alta filopatría con respecto a su río de origen. Además, nuestros análisis de los individuos costeros no-retornantes sugieren que estos podrían mantenerse en las cercanías de su río de origen durante su alimentación en el océano, probablemente debido a la alta disponibilidad de alimento en aquellas zonas. En el capítulo dos se estudiaron las relaciones tróficas entre tres especies de salmónidos (salmón Chinook (n= 43), trucha café (n= 43) y trucha arcoíris (n= 53)), y entre estos salmónidos y peces nativos (Aplochiton zebra (n=2), Galaxias maculatus (n=2), Trichomycterus areolatus (n=3)) del Río Toltén. En este capítulo se hipotetizó sobre cómo los distintas rasgos de historia de vida de los salmónidos estudiados podrían modelar sus dietas y diferenciar sus impactos en la fauna nativa dulceacuícola del Río Toltén. Para estudiar las relaciones tróficas entre salmónidos y la fauna nativa se realizaron análisis basados en metodologías de análisis de isótopos estables (carbono , nitrógeno y azufre) y de contenido estomacal. Los resultados del estudio de las relaciones tróficas entre especies de salmónidos, y entre salmónidos y peces nativos en el Río Toltén, revelaron distintos grados de sobreposición de nichos tróficos en las comparaciones entre especies de salmónidos, y entre salmónidos y peces nativos. Esto podría sugerir que los estadios tempranos de tanto de salmón Chinook, trucha arcoíris y trucha café estarían depredando sobre recursos que también son parte de la dieta de especies de peces nativos. La magnitud de los impactos de estas interacciones entre salmónidos y peces nativos podría estar relacionada con los diferentes rasgos de historia de vida presentes en las especies de salmónidos naturalizados en Chile, ya que existen grandes diferencias en el tiempo de residencia de estas especies en agua dulce. En el capítulo tres se caracterizó las relaciones tróficas del salmón Chinook y la fauna nativa durante su fase oceánica, utilizando muestras de individuos adultos capturados en el estuario del Río Toltén (n= 35) y en la zona costera adyacente (n= 35), peces nativos estuarinos (n= 37) y mamíferos marinos (n= 25). En este capítulo el objetivo fue caracterizar las relaciones tróficas y la dieta del salmón Chinook, en busca de comprender cómo interactúa con la fauna nativa durante su fase oceánica. Para estudiar las relaciones tróficas entre salmónidos y la fauna nativa se realizaron análisis basados en metodologías de análisis de isótopos estables (carbono , nitrógeno y azufre) y de contenido estomacal, las que permitieron describir parte de las interacciones tróficas de esta especie introducida con la comunidad de especies presentes en la zona costera frente al Río Toltén. Como resultados de este capítulo se encontró que el salmón Chinook depreda sobre especies pelágicas pequeñas, principalmente sobre sardina y anchoveta, pudiendo variar en cantidad y composición específica dependiendo de la zona donde se encuentre. Por otra parte, se encontró información que sugiere que el salmón Chinook también podría ser presa de depredadores nativos, como lo son los lobos marinos. Como conclusión general, los salmónidos asilvestrados en Chile han desarrollado interacciones interespecíficas con especies de las comunidades que los recibieron. Dentro de estas interacciones, la depredación de especies nativas y la sobreposición trófica con las mismas son algunas de las más relevantes de estudiar para conocer y monitorear los impactos de los salmónidos sobre la fauna nativa. La fauna nativa se ve afectada en distintas medidas por los efectos su interacción con salmónidos, dependiendo principalmente la especie de salmónido, sus rasgos de historia de vida y el ambiente en el cual interactúan. En agua dulce, especies de salmónidos residentes—como la truchas café y la trucha arcoíris—no presentan depredadores naturales y tienen el potencial de generar mayores efectos negativos sobre la fauna nativa, porque interactúan con especies más vulnerables y en estados de conservación de preocupación. En la zona costera, especies anádromas como el salmón Chinook no serían grandes amenazas para la comunidad marina, debido a que esta especie se alimenta particularmente de especies de peces pelágicos pequeños que no se encuentran en estados de conservación de cuidado, como sardinas y anchovetas, y por otra parte, sus poblaciones presentan remociones de individuos adultos por parte de la pesca artesanal y depredadores naturales como los lobos marinos.
Remodelación estructural y funcional en la respuesta transcriptómica de salmón del Atlántico frente a patógenos que afectan a la salmonicultura.
(Universidad de Concepción., 2023) Leal Acosta, Yeny; Gallardo Escárate, Cristian; profesor guía
La salmonicultura, como una de las actividades económicas más importante en Chile, se enfrenta a desafíos constantes enfrenta desafíos como las enfermedades infecciosas y el impacto ambiental generado por los tratamientos. Dentro de las principales enfermedades que afectan el cultivo del salmón del Atlántico se encuentran la caligidosis y la septicemia rickettsial salmonídea (SRS). El uso de vacunas como estrategia de inmuno-estimulación activa en el salmón del Atlántico, es una solución prometedora para prevenir enfermedades y reducir la contaminación. Comprender cómo el salmón del Atlántico responde a nivel molecular a estos estímulos o a la presencia de patógenos, es crucial para desarrollar estrategias de manejo y control eficaces. En este sentido, la tecnología de secuenciación del transcriptoma de RNA (RNA-seq) ha contribuido en gran medida a comprender los cambios moleculares y funcionales que ocurren en un organismo en presencia de una estimulación, los cuales conllevan a una remodelación estructural y funcional de su respuesta transcriptómica como mecanismo de defensa. En este contexto, la presente tesis doctoral tiene como objetivo evaluar los mecanismos de remodelación transcriptómica, estructural y funcional de la respuesta del salmón del Atlántico frente a diferentes estímulos inmunológicos, ya sean infecciones patógenas o procesos de vacunación. Para ello, se utilizaron diferentes modelos de estudio in vitro e in vivo, para evaluar los diferentes mecanismos potenciales de remodelación de la respuesta inmune de salmón del Atlántico frente a diferentes estímulos inmunomoduladores. Como primera etapa, se comparó la respuesta transcriptómica de la línea celular SHK-1 estimulada con la proteína recombinante Cr-catepsina de Caligus rogercresseyi y el riñón anterior de salmones del Atlántico inyectados con la misma proteína. Los resultados de este estudio evidenciaron una diferenciación entre los perfiles transcriptómicos de ambos modelos de estudio, sin embargó un 24,15% de la respuesta transcriptómica fue compartida, la cual estuvo asociada fundamentalmente a la estimulación con el antígeno. Tanto en las células SHK-1 como en el riñón anterior se identificaron vías enriquecidas relacionadas con el sistema inmune y la transducción de señales en ambos tejidos, destacando la vía de señalización de las MAP quinasas, señalización de receptores tipo Toll, melanogenesis, entre otras. Además, un análisis de expresión de lncRNAs reveló un patrón de transcripción específico para cada modelo, donde los principales lncRNA compartidos se encontraron altamente correlacionados con varios transcritos involucrados en la respuesta inmune, la homeostasis del hierro, la respuesta inflamatoria y la apoptosis, evidenciando una posible remodelación funcional a través de los lncRNA ocasionada por la estimulación la proteína recombinante Cr-catepsina. A su vez, este estudio permitió demostrar que es posible utilizar las líneas celulares para la detección inicial de antígenos para desarrollar vacunas contra el piojo de mar, reduciendo el consumo de tiempo asociado con la selección del antígeno. Como segunda etapa del estudio se exploró la remodelación transcriptómica, basada en el splicing alternativo (AS), de estos dos modelos de estudio frente a una infección con Psicirickettsia salmonis. Para ello, se infectaron las células SHK-1 con la bacteria y se tomaron muestras a los 0, 7- y 14-días después de la infección (dpi) para la secuenciación del transcriptoma. Por otro lado, se utilizaron conjuntos de datos de RNA-Seq de riñones anterior de salmón del Atlántico infectados con la misma cepa de P. salmonis. Para ambos modelos de estudio, el mayor número de eventos de splicing alternativo diferencial (DAS) se observó a los 7 dpi. En células SHK-1 infectadas con P. salmonis se observó una alta presencia de genes DAS relacionados con el metabolismo de nucleótidos, evidenciando la competencia de la bacteria por estos micronutrientes. Por lo cual las células aumentarían su capacidad de producción para suplir el déficit de nucleótidos, donde los procesos de AS jugarían un papel fundamental. Por el contrario, el riñón anterior de salmón exhibió muchos términos GO asociados con la respuesta inmune, indicando la importancia funcional del AS en la remodelación funcional de procesos complejos contra la infección bacteriana. Como tercera etapa de este estudio, se evaluó la respuesta transcriptómica en las células sanguíneas del salmón del Atlántico frente a una vacunación y exposición a dos patógenos marinos, C. rogercresseyi y P. salmonis. Para ello se diseñaron cuatro grupos experimentales que incluyeron la vacunación con la quimera recombinante IpathÒ y dos vacunas comerciales contra P. salmonis: BlueGuard + Livac, BlueGuard + Livac + IpathÒ, IpathÒ y Control (PBS adyuvado). Cada grupo fue expuesto a una infestación con C. rogercresseyi y pasados 25 dpi se infectaron con P. salmonis. Las células sanguíneas de los peces de cada grupo experimental fueron extraídas a los 12 dpi y fueron utilizadas para la secuenciación del transcriptoma. En este trabajo, los patrones globales transcriptómicos de las células sanguíneas de salmón del Atlántico de los cuatro grupos experimentales mostraron niveles de expresión diferenciales. El grupo experimental vacunado con IpathÒ mostró una mayor respuesta transcriptómica en comparación con las vacunas comerciales empleadas. Notoriamente, las anotaciones de los genes diferencialmente expresados (DEGs) compartidos por los tres grupos experimentales mostraron un enriquecimiento de genes relacionados con homeostasis y metabolismo del hierro. Adicionalmente, se analizó el comportamiento de distintas rutas de señalización y su posible remodelación transcriptómica en cada grupo experimental, siendo el grupo vacunado con IpathÒ el más representado en todas las rutas, en términos de DEGs. La vía de señalización de HIF-1 y ferroptosis fueron activadas significativamente, lo cual podría predecir que la vacunación con IpathÒ podría estar regulando una hipoxia por déficit de hierro, o la muerte celular por ferroptosis, que podrían ocurrir en el salmón del Atlántico durante la exposición a C. rogercresseyi y P. salmonis. El presente estudio reveló la remodelación transcriptómica como respuesta a diferentes inmuno-estimulaciones, permitiendo profundizar en los mecanismos moleculares implicados en la respuesta inmune del salmón del Atlántico. Este enfoque permitió explorar en detalle los cambios en la expresión génica y el splicing alternativo que ocurren en diferentes tejidos, proporcionando información valiosa sobre la respuesta inmune adaptativa y la plasticidad del sistema inmunológico del salmón del Atlántico. Además, resalta la importancia de integrar diferentes modelos de estudio para obtener una visión integral de la respuesta inmune en diferentes niveles y contextos. Este trabajo proporciona información valiosa para contribuir al desarrollo de estrategias de manejo de enfermedades en la salmonicultura, incluyendo la identificación de marcadores moleculares de respuesta inmune, la selección de cepas resistentes y el diseño de vacunas más efectivas.
Caracterización de la Materia Orgánica Particulada de la Fosa de Atacama Mediante Lípidos Polares Intactos e Isótopos Estables.
(Universidad de Concepción., 2023) Flores Rafael, Edgar Elvis; Ulloa Quijada, Osvaldo, profesor guía
Los sedimentos superficiales de la zona hadal (>6000 m) presentan ~20% más de concentraciones de materia orgánica (MO) en comparación con el fondo marino abisal (3500- 6000 m) circundante. Sin embargo, el origen de este material biológico sigue siendo incierto. En este trabajo, evaluamos las fuentes de MO lábil en el fondo marino hadal a través de la composición y distribución de los lípidos polares intactos (IPL) de las membranas celulares microbianas extraídas de los sedimentos superficiales de los puntos más profundos de la Fosa de Atacama y del margen batial adyacente. Además, investigamos las fuentes de MO en los sedimentos superficiales hadales utilizando un modelo de mezcla basado en las señales isotópicas del carbono orgánico y el nitrógeno total, tomando como fuentes de origen potenciales a las distintas zonas de la columna de agua y de los sedimentos batiales. Complementamos nuestros análisis con información satelital de carbono orgánico particulado (POC) superficial (0 m) y subsuperficial (1000 m), y flujos teóricos de POC desde la superficie hasta la zona hadal. En este estudio, se analizaron nueve sedimentos superficiales hadales (0-1 cm) y subsuperficiales (1-2 y 2-3 cm) en tres sitios entre 7,734 y 8,063 m de profundidad colectados durante el crucero HADES-SO261 (marzo a abril de 2018) a bordo del R.V. Sonne (Wenzhöfer, 2019) y siete sedimentos superficiales batiales (siete sitios; entre 529-1,200 m de profundidad) colectados durante el crucero ChiMeBo-SO211 (2-29 de noviembre de 2010) a bordo del R.V. Sonne (Matys et al., 2017). Además, comparamos nuestros resultados de IPLs en sedimentos con los resultados de IPL de la columna de agua suprayacente (0-700 m) reportados en Cantarero et al. (2020). Esto incluye MO en suspensión fraccionada por tamaño (0,3-2,7 y 2. 7-53 µm) en dos estaciones y desde seis profundidades de agua que son representativas de la zonación biogeoquímica dominante asociada con la zona deficiente de oxígeno (ODZ) de esta región: el máximo de clorofila (∼ 10 m), la quimioclina superior (∼ 25 m), la quimioclina inferior (∼ 45 m), ODZ superior (∼ 60 m), el núcleo de ODZ (∼ 250 m), y la zona mesopelágica (∼ 750 m). Además, las muestras de sedimentos colectadas en ambos cruceros (i.e. HADES-SO261 y ChiMeBo-SO211) también fueron utilizadas para análisis de isótopos estables y comparadas con data disponible de trampas de sedimento profundas de la región de Atacama a 2,300 y 3700 m de profundidad, reportadas previamente en Hebbeln et al. (2000) y González et al. (2004), respectivamente. En el Capítulo 1 investigamos la diversidad química y la abundancia de IPL microbianas como marcadores de una de las fracciones moleculares más lábiles de la MO en los sedimentos más profundos de la Fosa de Atacama. Más concretamente, evaluamos la posible procedencia de IPLs de origen de producción in situ vs. transporte alóctono y la presencia de señales únicas de IPL de la comunidad microbiana, así como la evidencia de adaptaciones moleculares (i.e., cambios en la estructura química de los IPLs) a las condiciones extremas de la región hadal. Los resultados sugieren que los IPLs bacterianos y eucariotas en los sedimentos hadales superficiales de los puntos más profundos de la Fosa de Atacama comparten características con los presentes en sedimentos batiales y difieren de los encontrados en las partículas suspendidas de los 750 m superiores de la columna de agua, incluyendo la ODZ. Esto indica que (a) la mayoría de los IPLs abundantes en la columna de agua superior se degradan casi por completo durante su descenso al fondo marino hadal y (b) los IPLs encontrados en los sedimentos hadales se derivan predominantemente de comunidades microbianas in situ. Además, las elevadas proporciones de ácidos grasos insaturados/saturados en los sedimentos hadales son probablemente indicativos de la adaptación homeoviscosa de estos organismos a la alta presión y las bajas temperaturas presentes en este ambiente, lo que les permiten mantener la fluidez de sus membranas celulares. En el Capítulo 2 realizamos un análisis exhaustivo de los isótopos estables de la MO para rastrear las fuentes de carbono y nitrógeno en la columna de agua y en los sedimentos superficiales batiales y hadales. Además, evaluamos las contribuciones relativas de la POM y la exportación de partículas que conectan la productividad del océano superficial iluminado por el sol con la zona crepuscular y el fondo marino hadal. Utilizando un modelo de mezcla basado en la señal isotópica del carbono orgánico y el nitrógeno total en la POM pelágica y la MO sedimentaria, calculamos que ~75% de la POM presente en los sedimentos superficiales de la Fosa de Atacama podría derivar de los sedimentos batiales. Cuando se excluye el sedimento batial del modelo, calculamos que ~68% de la MO en los sedimentos hadales podría derivar de la región epipelágica (<200 m). En particular, los flujos verticales de POC que mejor se ajustan a los datos existentes de trampas de sedimentos profundos (~2300 y 3700 m) sugieren que ~3,3% del flujo total de POC que llega a los sedimentos superficiales hadales deriva de las aguas superficiales. Por lo tanto, concluimos que el transporte de sedimento a lo largo del talud continental y las laderas abisales hacia la zona hadal bentónica contribuye con un mayor aporte de carbono orgánico comprado con lo que llega por hundimiento desde la columna de agua. Sin embargo, dado que se espera que los flujos de estas distintas fuentes varíen tanto espacial como temporalmente, y por el hecho de que la geoquímica del sedimento incluye escalas temporales mayores que la columna de agua, no podemos descartar una mayor contribución de las zonas epipelágicas superficiales durante ciertas épocas del año.
Sostenibilidad desde un enfoque transdisciplinario: el caso de las áreas de manejo y explotación de recursos bentónicos (AMERB) en la Región del Biobío, Chile.
(Universidad de Concepción., 2022) Franco Meléndez, Milagros Teresa; Cubillos Santander, Luis Antonio; supervisor de grado; Quiñones Bergeret, Renato; supervisor de grado
Las Áreas de Manejo y Explotación de Recursos Bentónicos (AMERB) en Chile son un sistema de propiedad marina asignados a las Organizaciones de Pescadores Artesanales (OPAs), legalmente constituidas. Uno de los principales motivos de esta asignación ha sido por la importancia que las AMERB cumplen como herramienta para resolver los problemas más urgentes en la pesca artesanal (por ejemplo, la crisis pesquera del ‘loco’ Concholepas concholepas). Sin embargo, existen otras problemáticas generadas desde su implementación, incluso tienen que ver con el fortalecimiento de las OPAs, responsables en su administración y uso exclusivo. Así, cada vez más se reclama la transición de los enfoques tradicionales de la pesca hacia una gestión transdisciplinar que integre, entre otros elementos, datos sobre la dimensión humana. En este contexto, adquiere relevancia entender cómo los pescadores artesanales ven y utilizan los recursos de uso común a partir de un manejo colectivo. Lo cual podría ser clave para establecer políticas de pesca costera eficaces o reforzar las existentes. En tal sentido, se genera la pregunta central para esta tesis: ¿Existe un gradiente de éxito o fracaso para las AMERB en la Región del Biobío? Para ello se trabajó bajo la hipótesis de que las interacciones entre las dimensiones ecológica pesqueras y humana influyen en la sostenibilidad del AMERB. Considerando el importante aporte del conocimiento empírico e información nueva proveniente de los pescadores que permita la caracterización de las pesquerías como sistemas socio-ecológicos. De las evidencias anteriores, esta tesis propone determinar el éxito o fracaso en las AMERB de la región como estudio caso, desde la perspectiva transdisciplinaria integrando las dimensiones ecológica-pesquera y humana que forman parte de este sistema. La estrategia de investigación usada en esta tesis fue identificar y determinar los atributos en las dimensiones ecológica-pesquera y humana, para responder cuáles resultan ser más importantes. Ya sea por sus efectos positivos o negativos generados en el tiempo y finalmente, explorar cómo tales atributos influyen en el desempeño de las 21 AMERB seleccionadas. Estas AMERB legalmente constituidas fueron agrupadas en sectores como la zona del golfo, bahía, borde costero e islas dentro de la Región del Biobío. Para este análisis, se utilizaron fuentes secundarias como datos estadísticos disponibles, informes técnicos, entre otros para el periodo 1999-2017. Así como fuentes primarias provenientes de las encuestas a pescadores (n=117) y la otra parte interesada (n=20) durante noviembre 2018- marzo 2019. Por tanto, se identificaron 51 atributos relacionados con las dimensiones ecológica-pesquera y humana (social, económica, tecnológica, institucional y ética de la gestión pesquera). Los resultados revelaron fuertes correlaciones entre algunos atributos vinculados a la dimensión institucional y ética, como el nivel de redes generadas con otras OPAs ‘Nwk_AFO’ versus el nivel de redes que tienen las OPAs con instituciones estatales ‘Nwk_Inst’ (rs=0.87, p-value<0.001). En relación con la dimensión ética, la evolución de la pesca ilegal ‘Ev_Poach’ se correlacionó significativamente con la probabilidad de ingreso de embarcaciones foráneas ‘Vul_Outs’ (rs=0.73, p-value<0.001). Se puso a prueba la primera hipótesis de la dimensión ecológica-pesquera, comprobándose que el nivel de abundancia ‘Ab_Level’ muestra una correlación significativamente positiva con el índice de cumplimiento de cuota de extracción ‘Harv_Indx’ (rs=0.72, p-value<0.001). Además, para evaluar la sostenibilidad de las AMERB seleccionadas fue mediante la técnica de evaluación rápida multidisciplinar (RAPFISH). De los resultados obtenidos en la ordenación bidimensional (“peor”; 0% - “mejor”; 100%) muestran una cierta dispersión debido a las marcadas variaciones entre las distintas AMERB en la región. Gran parte de ellas alcanzaron una calificación de sostenibilidad media (puntaje:>50%), y sólo cuatro casos registraron puntuaciones de sostenibilidad muy débiles (puntaje:<50%). Este análisis permitió demostrar la tercera hipótesis, donde ambas dimensiones ejercen influencia significativa sobre el éxito del AMERB. En cuanto al análisis estructural (MICMAC) aplicado en esta tesis, permitió determinar los procesos causales entre los atributos propuestos. Para ello fue necesario involucrar a los diferentes grupos de interés (pescadores y expertos) para organizar una reflexión colectiva. Los pescadores identificaron atributos altamente influyentes y dependientes que van a definir el sistema como: ‘Nwk_AFO’, ‘Nwk_Inst’, acceso a la comunicación (‘Acc_Comu’) y grado de interacción del dirigente ‘Interac_Ldr’. Y por parte de los expertos, consideraron a la participación de la organización (‘Parti_Org’), renovación de socios (‘Rate_Mbr’), cumplimiento de objetivos (‘Goal_Ful’) y nivel de abundancia (‘Abund_Level’) por ser bastante inestables. Se pudo poner a prueba la segunda hipótesis y se comprobó solo para la relación entre los atributos como la ‘Vul_Outs’ y permanencia del AMERB (‘Perm_Ma’) que fue de moderada a fuerte influencia. Por el contrario, para los atributos productividad económica (‘Econ_Prod’) y nivel de conflictos internos (‘Intl_Conf’) así como también con el entorno (‘Ext_Conf’), su influencia fue de muy débil a moderada sobre la ‘Perm_Ma’. De esta manera, a partir del análisis estructural, fue posible visualizar con mayor claridad que el problema central existente se relaciona con el nivel organizacional débil de las organizaciones e incremento de la pesca ilegal (robos). En este contexto, surge la necesidad de adoptar nuevos enfoques más inclusivos que funcione en diversos contextos locales, así como creativos para comprender y gestionar la actividad. Es preciso señalar que la sostenibilidad del AMERB como parte de la pesca artesanal se rige por la complejidad socio ecológica del sistema, en donde intervienen muchas variables locales y no tiene una solución del todo. Esto implica necesariamente re-plantear preguntas complejas que requieren un análisis multidimensional de los mismos. Se espera que el conocimiento generado facilite los procedimientos de monitoreo, así como promueva la interacción entre los diversos grupos de interés hacia un cambio de perspectivas dirigidas a enfoques transdisciplinarios. Finalmente, entendemos que la inclusión de los pescadores en las futuras acciones de gestión y manejo, permitirá mejorar la cooperación con los otros grupos de interés como paso crítico para abordar las complejidades del sistema. La cual debe ser estable a largo plazo, para asegurar una gestión sostenible en estos sistemas de comanejo.
Respuesta metabólica de comunidades microbianas marinas planctónicas a materia orgánica disuelta de distinto origen.
(Universidad de Concepción., 2022) González Hurtado, María Lorena A.; Quiñones Bergeret, Renato; supervisor de grado
En el ecosistema marino, la producción y degradación de materia orgánica son procesos claves en el ciclo del carbono global, donde los microorganismos cumplen un rol de particular importancia, conectando la materia orgánica disuelta (DOM) con niveles tróficos superiores. La degradación de DOM es realizada por una comunidad microbiana diversa, la que a su vez es mantenida por las características de la DOM. Esta Tesis doctoral busca estimar el impacto de la DOM de fuentes alóctonas, como aquella proveniente de ríos y de actividades humanas como la acuicultura, así como de la adición de compuestos químicos asociados que llegan al océano, sobre el metabolismo y diversidad de comunidades microbianas planctónicas. Para esto, se desarrollaron tres capítulos abarcando cada objetivo específico de la Tesis, a través de la evaluación de las características de la DOM (análisis de aminoácidos, índice de degradación), estimación de la actividad microbiana (producción, respiración, actividad enzimática, utilización de sustratos) y de la composición de la comunidad activa (secuenciación), con datos obtenidos in situ y en experimentos de microcosmos enriquecidos. El primer capítulo consistió en determinar si el agua de baja salinidad (LSW) derivada del Río Rhone transporta DOM lábil costa afuera en el Mar Mediterráneo noroeste, y como esta DOM afecta procesos microbianos heterotróficos. Observamos una mayor producción bacteriana y respiración comunitaria, así como características específicas de la DOM asociadas a estas LSW durante la primavera, junto a una baja producción neta comunitaria en un periodo de dos años de serie de tiempo. Sugiriendo que LSW representan un mecanismo de suministro de DOM lábil sustentando el metabolismo heterotrófico microbiano. El segundo capítulo se enfocó en identificar patrones ambientales y respuestas metabólicas microbianas al input de DOM derivada de la acuicultura (salmones y mitílidos) en el Canal Caucahué. Observamos que mayores concentraciones de compuestos inorgánicos, orgánicos y un mayor Índice de Degradación (DI) caracterizaron las cercanías de las balsas jaulas y en menor medida de las cuelgas de mitílidos. En los experimentos enriquecidos, las tasas específicas de respiración, de actividad de malato deshidrogenasa (MDH) y actividad enzimática extracelular (EEA) incrementaron significativamente especialmente en los tratamientos con DOM derivada de fecas de salmónidos, concordando con el DI observado. Estos resultados demostraron que la DOM derivada de la acuicultura es altamente lábil e incrementa la actividad metabólica microbiana de las comunidades planctónicas marinas. Estos resultados nos permiten sugerir incluir en los modelos conceptuales a la DOM derivada de ríos y de la acuicultura, como fuente lábil de rápida utilización por parte de los microorganismos en la construcción de biomasa y/o obtención de energía. Por su parte, la salmonicultura tiene el potencial de generar impactos ambientales por la liberación productos químicos a la columna de agua. La etoxiquina (EQ) es un antioxidante utilizado en alimentos para peces, que ha sido prohibido por la Autoridad Europea de Seguridad Alimentaria. El tercer capítulo de esta tesis evaluó las respuestas de las comunidades microbianas marinas a las adiciones de EQ (10, 100 y 1000 µg L-1 ), a través de experimentos de microcosmos en Achao (sitio influenciado por el cultivo de salmón) y Bahía Coliumo (sin salmonicultura) revelando respuestas asociadas a los sitios de estudio y las fracciones de tamaño. Para la fracción <1 µm, la adición de EQ incrementó el consumo de oxígeno y la degradación de compuestos proteínicos, mientras que la comunidad total disminuyó la respiración y la capacidad de degradar carbohidratos y lípidos. La utilización de sustratos de carbono fue variable, disminuyendo en los tratamientos de mayor concentración, produciendo preferencia por aminoácidos y ácidos carboxílicos en Achao, sugiriendo que altas concentraciones de EQ pueden limitar la capacidad de procesar diferentes fuentes de carbono. En el área Bahía Coliumo la utilización de sustratos fue estimulada por la adición de EQ, principalmente carbohidratos y ácidos carboxílicos. EQ también generó cambios en la composición de la comunidad microbiana activa, donde Alphaproteobacteria presentó menor actividad, mientras Gammaproteobacteria, Bacteroidea y arquea MGII mostraron una mayor actividad asociada con las adiciones de EQ. Los resultados de esta Tesis sugieren una posible excepción respecto a la visión generalizada de la producción primaria como principal fuente de DOM lábil que sustenta la actividad heterotrófica microbiana en la columna de agua, para áreas oligotróficas influenciadas por ríos (Capítulo 1 de esta tesis) y para sistemas afectos a la acuicultura (Capítulo 2 de esta tesis). Esta tesis demuestra por primera vez que EQ puede influir en la capacidad de degradación de materia orgánica de comunidades microbianas planctónicas, produciendo cambios en la actividad de algunos grupos funcionales en el ecosistema marino (Capítulo 3 de esta tesis).
Caracterización genética y determinación del potencial biotecnológico de las cepas del género Arthrospira Stizenberger (Cyanophyceae) depositadas en tres Colecciones de Cultivo de Microalgas: UTEX (USA), CCAP (UK) y CCM-UdeC (Chile).
(Universidad de Concepción., 2022) López Rodríguez, Ariadna; Gómez Vergara, Patricia Ivonne; supervisora de grado; Hernández Santander, Víctor; supervisor de grado
El género Arthrospira destaca por su importancia biotecnológica, debido a que posee metabolitos con actividad antiinflamatoria, antitumoral y propiedades hepatoprotectoras. El género Arthrospira estuvo fusionado con el género Spirulina, razón por la cual aún se les denomina erróneamente como “Spirulina” a especies de Arthrospira. A través de análisis genotípicos se determinó que ambos géneros no están filogenéticamente relacionados. Por otra parte, muchos taxa del género Arthrospira muestran variabilidad morfológica y plasticidad de los caracteres taxonómicos. A través del análisis de la secuencia de la región ITS se han obtenido árboles filogenéticos que, en la mayoría de los estudios, agrupan a las cepas de Arthrospira en dos clados principales (“especies filogenéticas”). Hasta la fecha no se registran estudios que analicen la existencia de variabilidad intraespecífica en las especies filogenéticas de Arthrospira. Parámetros fisiológicos como crecimiento, producción de pigmentos y proteínas o las propiedades funcionales de estas, son atributos de interés biotecnológico, que pueden variar entre cepas, favoreciendo el mejoramiento genético mediante simple selección. Por otro lado, las Colecciones de Cultivo de Microalgas son reservorios de biodiversidad que mantienen depositadas cepas aisladas en distintos momentos y lugares geográficos, las cuales son registradas con el nombre taxonómico indicado por el depositante, sin que medie una confirmación por parte de la Colección, lo cual puede llevar a errores de denominación. En esta tesis se analizaron 11 cepas denotadas como Arthrospira y Spirulina provenientes de tres colecciones de cultivo de microalgas: CCAP (Escocia), UTEX (USA) y CCM-UdeC (Chile), a través de la secuencia del espaciador interno transcrito ribosomal (región ITS), con el fin de verificar su clasificación taxonómica. El análisis filogenético mostró la existencia de cepas erróneamente clasificadas en sus colecciones de cultivo de origen; siete cepas se agruparon en una de las dos especies genéticas descritas previamente en Arthrospira (clusters I y II), mientras que las restantes cepas se agruparon dentro del género Spirulina, formando dos clústers no descritos previamente. Además, el análisis morfológico y fisiológico (crecimiento, producción de biomasa, pigmentos, proteínas y lípidos) reflejó la presencia de variabilidad intraespecífica dentro de las especies genéticas de Arthrospira. Las cepas UTEX 2342 (cluster I) y CCM-UdeC 040 (cluster II) serían las más promisorias para un escalamiento comercial, considerando principalmente sus atributos de crecimiento, capacidad de acumular ficocianina y proteínas y propiedad antioxidante de sus extractos acuosos crudo e hidrolizado. Esta investigación aporta valiosa información práctica sobre cepas actualmente depositadas en colecciones de cultivo de distintos países, lo cual resulta un incentivo para el desarrollo de iniciativas que fomenten el cultivo comercial de Arthrospira.
Las interacciones depredatorias y la variabilidad ambiental como mecanismos de control de la abundancia y diversidad de eufáusidos en el Sistema de Corrientes de Humboldt = The role of predatory interactions and environmental variability as control mechanisms of euphausiid abundance and diversity in the Humboldt Current System.
(2022) Díaz Astudillo, Macarena Paz; Riquelme Bugueño, Ramiro Antonio; supervisor de grado
Los eufáusidos (krill) son crustáceos mesozooplanctónicos claves para la transferencia de energía y el funcionamiento de sistemas temperados y fríos, como los sistemas de surgencia de borde oriental (EBUS). En el Sistema de Corrientes de Humboldt (SCH), los eufáusidos son un componente esencial de las tramas tróficas, ya que depredan sobre el fito- y microzooplancton, y son presa de múltiples grupos de niveles tróficos superiores, incluyendo diversos peces de importancia comercial. Las comunidades de eufáusidos en EBUS son susceptibles a los cambios en las condiciones hidrográficas asociados a la dinámica local de la surgencia costera y las forzantes climáticas regionales. Además, se ha estipulado que la depredación puede ejercer control “top-down” sobre los eufáusidos, disminuyendo su abundancia y/o biomasa en escalas locales. El objetivo de esta tesis fue determinar el efecto de la surgencia costera, la Oscilación del Sur El Niño (ENSO), la Oscilación Decadal del Pacífico (PDO), y la abundancia de la anchoveta Engraulis ringens (uno de los principales depredadores), sobre la abundancia de los estadios de vida y la estructura comunitaria de las comunidades de eufáusidos del norte de Chile. Se analizaron 234 muestras nocturnas de mesoozoplancton obtenidas en 16 cruceros científicos (8 en primavera austral, 8 en otoño austral) desde 2010-2017, en el norte de Chile. Se cuantificaron los estadios de vida (huevos+estadios naupliares, calyptopis, furcilia, y juveniles+adultos), y se cuantificaron e identificaron los adultos a nivel taxonómico más preciso posible. Se exploró la variabilidad interanual (2010-2017), estacional (primavera-otoño), climática (asociada a ENSO y PDO), transversal a la costa (1, 5, 10, 20 y 40 mn), y latitudinal, (grupos 1-5 desde norte a sur, definidos según características topográficas y batimétricas). Se perfiló la columna de agua con un CTD-O, y se obtuvieron datos satelitales de viento (y transporte de Ekman derivado de ellos), temperatura y clorofila-a. En el Capítulo 1 se exploró la asociación entre las oscilaciones climáticas y la oceanografía local con las abundancias de los estadios de vida de los eufáusidos, durante la primavera austral de 2010-2017. Durante la fase positiva de ambas oscilaciones (periodo 2014- 2016) se observó un aumento en la temperatura, salinidad, y oxígeno disuelto de la columna de agua, lo cual generó una disminución en las abundancias de todos los estadios de vida. Los gradientes hidrográficos derivados de la surgencia costera determinaron la distribución transversal a la costa. Los estadios tempranos (desde huevos hasta furcilia) presentaron mayores ii abundancias en las estaciones más alejadas de la costa, sugiriendo que son transportados costa afuera a través de la capa de Ekman, proceso que ha sido previamente descrito en el Sistema de Corrientes de California (SCC). Los adultos y juveniles, en cambio, presentaron mayores abundancias cerca de la costa, puesto que su distribución vertical más profunda, junto a las migraciones verticales diarias, les permiten evitar la advección superficial. El Análisis Canónico de Correspondencia Parcial indicó que las variables que más influyeron en la distribución y abundancia de los estadios de vida fueron la concentración de oxígeno disuelto, la profundidad del fondo marino, y la temperatura de la columna de agua (MeanTemp). En el Capítulo 2 se describió la variabilidad temporal y espacial en la estructura comunitaria asociada a la dinámica de la surgencia costera y las oscilaciones climáticas. Se identificaron un total de 17 especies. Euphausia mucronata, E. eximia, E. tenera, S. affine, y Nematoscelis spp. sumaron el 98% de la abundancia total. La diversidad de la comunidad aumentó significativamente con la distancia a la costa y la latitud. Los taxa analizados presentaron máximos de abundancia a 20 mn de la costa, excepto por E. mucronata, especie endémica y numéricamente dominante, cuyos máximos se encontraron a 5 mn. El principal cambio interanual en la comunidad se observó en el evento El Niño de 2015-2016, producto de la disminución en la abundancia de E. mucronata y E. eximia. E. mucronata fue la única especie que mostró mayores abundancias a menor temperatura y salinidad. Tanto la distancia a la costa, como la latitud, el año, y la estación de muestreo tuvieron un efecto significativo sobre la estructura comunitaria, cuyas fluctuaciones estuvieron moduladas principalmente por la profundidad del límite superior de la zona de mínimo oxígeno (dOMZ), y MeanTemp. En el Capítulo 3 se exploró el efecto de las condiciones ambientales y de la densidad acústica de la anchoveta, uno de los principales depredadores de los eufáusidos en el SCH, sobre la abundancia de los eufáusidos, aplicando Modelos Aditivos Generalizados Jerárquicos (HGAM). Los resultados de los modelos coincidieron con los encontrados en el Capítulo 2, ya que mostraron que el principal predictor de la abundancia de todos los taxa fue dOMZ, seguido de MeanTemp. E. mucronata fue el único taxa que se relacionó negativamente con ambos predictores, evidenciando su asociación a condiciones de surgencia. La densidad hidroacústica de la anchoveta tuvo un efecto negativo y no lineal sobre la abundancia de E. mucronata, aunque de menor relevancia que los predictores ambientales. Se observó que ambas especies tienen patrones de distribución similar, con altas abundancias sobre la plataforma costera, sin embargo, iii 2 de los 3 principales núcleos de agregación de E. mucronata se encontraron desacoplados a los “hotspots” de anchoveta, sugiriendo un potencial efecto depredatorio local. Por otro lado, no se observó un efecto significativo de la concentración de clorofila-a sobre ningún taxa. La concentración de clorofila-a superficial se mantuvo en niveles altos durante todo el periodo de muestreo, incluso durante el evento El Niño de 2015-2016. Esto, sumado a los hábitos de alimentación principalmente omnívoros de los eufáusidos, sugieren que no existiría limitación por alimento en este sistema. Los resultados proveen evidencia que respaldan las 3 hipótesis planteadas, demostrando que la abundancia de todos los estadios de vida, y la diversidad de los adultos está controlada en la escala espacial por la dinámica de la surgencia costera, y en la escala interanual por las oscilaciones climáticas que modifican las condiciones oceanográficas. Además, se comprueba que existe un efecto negativo de la anchoveta sobre E. mucronata. Si bien se requiere aumentar la disponibilidad y la resolución, espacial y temporal, de las bases de datos disponible sobre abundancia y distribución de eufáusidos para mejorar el ajuste de los modelos, los resultados sugieren que las interacciones tróficas son un factor adicional que debe incorporarse al estudiar las comunidades de zooplancton costero, las cuales responden a múltiples factores externos, actuando a diversas escalas temporales y espaciales.

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