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Biogeographic and diversity patterns of pelagic copepods in the South Pacific Ocean
(Universidad de Concepción, 2024) Pérez Aragón, Manuela Isabel; Escribano Veloso, Rubén; Hernández Ulloa, Cristián Esteban
El zooplancton es un componente clave del ecosistema marino, principalmente por su papel como parte de la base de la vida en el océano, actuando como enlace trófico entre los productores primarios y otros niveles tróficos superiores, así como un componente del anillo microbiano y ejerciendo una función esencial en los ciclos biogeoquímicos. Además, debido a sus ciclos de vida relativamente cortos, responde rápidamente a las variaciones oceanográficas y ambientales asociadas con el cambio climático-oceanográfico. En general, el zooplancton ha sido ampliamente estudiado, especialmente los copépodos, que muestran una fuerte dependencia de sus tasas vitales con la temperatura y otros factores ambientales relacionados con el clima. En cuanto al impacto ambiental sobre el zooplancton, en el Océano Pacífico Sur existe una amplia variabilidad de la productividad superficial-oceánica y los regímenes físico-oceanográficos que dan forma a diferentes ambientes y condiciones tróficas dentro del océano costero y abierto; por lo tanto, estudiar los forzantes de la diversidad de especies de copépodos en esta región es útil para dilucidar cómo el zooplancton puede responder a un océano cambiante. El presente trabajo de tesis evaluó la diversidad del zooplancton en relación con la variación oceanográfica a gran escala en el Pacífico Sur. En el primer capítulo, se utilizó una base de datos de 27 años (1993-2019) de ocurrencia de especies de copépodos planctónicos en el Océano Pacífico Sur, junto con variables oceanográficas asociadas, para evaluar los patrones espaciales de biodiversidad en los 200 m superiores del océano. El objetivo de este estudio fue identificar las regiones ecológicas y los predictores ambientales que explican dichos patrones. Se encontró que los puntos calientes y fríos de diversidad y los conjuntos de especies distintivos se encuentran vinculados a las principales corrientes oceánicas y grandes regiones sobre la cuenca, con una creciente riqueza de especies en las áreas subtropicales de los lados este y oeste del Pacífico Sur. Los modelos espaciales señalan que los mejores predictores ambientales que contribuyen a la varianza de la diversidad y la composición de especies son la temperatura, la salinidad, la concentración de clorofila-a, la concentración de oxígeno y la autocorrelación residual. No obstante, se encontró que los patrones espaciales observados y los efectos ambientales derivados estaban fuertemente influenciados por la cobertura de muestreo en el espacio y el tiempo, lo que revela una cuenca altamente sub-muestreada. En el segundo capítulo, demostramos la hipótesis de que la estabilidad ambiental es el mecanismo modulador clave de los patrones de diversidad de copépodos en el Sistema de la Corriente de Humboldt (SCH), utilizando una base de datos de 17 años (1995-2011) de ocurrencia de especies y datos ambientales en los 500 m superiores (divididos en cinco estratos verticales) para la zona de surgencia frente a Chile, distinguiendo dos regiones (norte y sur) con diferentes regímenes estacionales de surgencia impulsada por el viento. Estimamos índices de diversidad de copépodos y su distribución, segregados por regiones y estratos de profundidad. Los índices fueron asociados con variables oceanográficas forzadas por la intensidad de surgencia, junto con una estimación de la energía cinética turbulenta (EKE), como un proxy de la estabilidad ambiental. En la comunidad, encontramos 18 especies dominantes ampliamente distribuidas en el área de estudio. Algunas corresponden a especies exclusivas para el estrato de profundidad superior con diferencias en el número de especies exclusivas por región y profundidad. Los modelos lineales mixtos revelaron que los índices de diversidad diferían significativamente entre regiones y estratos, y su varianza se explicaba principalmente por la temperatura, la salinidad, la concentración de oxígeno, la estabilidad de la temperatura y la energía cinética turbulenta (EKE). Tanto la estabilidad de la temperatura como la EKE fueron los predictores más eficientes de la diversidad de copépodos, lo que sugiere que la estabilidad climática-oceanográfica, forzada por la intensidad de surgencia, es el impulsor clave para promover y mantener la diversidad de copépodos en el SCH. La tesis en su conjunto entrega resultados que permiten apoyar la hipótesis principal, concluyendo que la estructuración de comunidades de copépodos a una escala espacial extensa en el Pacífico Sur está fuertemente asociada a una zonación significativa sobre los ejes horizontales y verticales en los cuales la estabilidad (varianza) de parámetros ambientales, tales como la temperatura y energía cinética aparecen como factores claves en la modulación de estos patrones biogeográficos y de diversidad.
Historias de una súper mariposa: ¿es realmente V. carye (Hübner 1812) (Lepidoptera: Nymphalidae) una mariposa migrante? análisis de la migración utilizando distintas fuentes de evidencia.
(Universidad de Concepción, 2024) Villalobos Leiva, Amado; Rodríguez Serrano, Enrique; Benítez de la Fuente, Hugo
Los movimientos migratorios han despertado el interés de los investigadores a través del tiempo, ya que las especies que migran poseen una serie de rasgos fisiológicos y ecológicos correlacionados, que determinan varios aspectos de sus historias de vida. Dentro de los movimientos migratorios, la conducta migratoria es de especial interés ya que es una estrategia biológicamente costosa que implica movimientos de cientos o miles de kilómetros, y que, a diferencia de otros procesos de dispersión, no están determinados por la disponibilidad de recursos, siguiendo rutas de viaje predeterminadas e inmutables, acompañadas de un movimiento incesante hasta el lugar de destino. En el caso particular de los invertebrados, como los insectos, estos movimientos suelen ser sólo de ida, y les toma varias generaciones completar los viajes de ida y vuelta, lo que hace que este comportamiento sea aún más enigmático. En cuanto a los insectos, las mariposas han sido un modelo clásico de migración, y particularmente, el género Vanessa ha sido bien estudiado, ya que seis de sus 22 especies se consideran migratorias debido a sus amplios rangos de distribución. Una de estas especies es V. carye, cuyo rango de distribución de ~7.000 Km va desde Venezuela a Tierra del Fuego, en Chile, volando desde el nivel del mar a por sobre los 5.200 msnm. No obstante, su estatus como migratoria es nominal, y se propone únicamente debido a la extensión de su rango de distribución, y las semejanzas que se observan con V. cardui, otra especie del género cuyo estatus de migratoria entre Europa y África ha sido ampliamente estudiado y documentado. En este trabajo se evalúa el estatus de migratoria de V. carye basándose en tres enfoques metodológicos. En primer lugar, usando un enfoque de ciencia ciudadana, se colectaron datos de presencia de individuos de V. carye a lo largo de Chile, registrando los avistamientos y modelando el movimiento de los individuos en Chile en un contexto temporal. A partir de estos datos, se observa el movimiento de individuos de norte a sur en los meses cálidos y de sur a norte en los meses más fríos. Así mismo, se detecta y se registra por primera vez un evento de movimiento masivo en Chile. En segundo lugar, se utilizaron marcadores moleculares de alto poder resolutivo (SNPs) para determinar la variabilidad genética de la especie a lo largo de su rango de distribución, así como detectar la presencia o ausencia de distintos linajes dentro de la especie y cómo estos se relacionan a posibles rutas migratorias. En tercer lugar, utilizando herramientas de morfometría geométrica, se evaluó la forma alar de la especie, con tal de detectar si existen variaciones a través de su rango latitudinal de distribución. Los resultados genómicos indican que V. carye es una unidad monofilética discreta a lo largo de su rango de distribución que tiende hacia la homogenización, separándose en dos grandes poblaciones independientes del aislamiento por distancia, en lo que se propone son dos rutas migratorias, una costera y una andina. Así mismo, los análisis de Morfometría geométrica no detectaron variación de la morfología alar de la especie, indicando que esta posee una forma alar más bien conservada y adaptada a los viajes de larga distancia. De igual modo, se realizaron comparaciones entre la forma alar de V. carye y especies modelo de baja y alta capacidad de desplazamiento, donde se observó que el ala de V. carye se agrupa con las de aquellas especies documentadas como de alta capacidad de desplazamiento, lo que indicaría que su forma alar posee las características necesarias para llevar a cabo viajes de larga distancia. Estos resultados, concordantes e independientes entre sí, respaldan la hipótesis de que Vanessa carye es una especie con conducta migratoria, la cual llevaría a cabo el viaje de larga distancia más extenso de las especies de mariposas en América. Finalmente, con la información de la variación de la forma alar de las especies con baja y alta capacidad de desplazamiento, se propone un índice numérico de Potencial de desplazamiento (D) y un Índice alar (Wi), los cuales podría resultar útiles para determinar a priori la ecología de movimiento de las especies de mariposa, en especial para aquellas en las existen vacíos en el conocimiento de su historia natural.
Diversity and historical biogeography of colletotrichum (ascomycota, glomerellales) species from natural and semi-natural forests in South-Central Chile.
(Universidad de Concepción, 2024) Zapata Quiroga, Mario Eduardo; Palfner, Götz; Damm, Ulrike; Rodríguez Serrano, Enrique
Colletotrichum is one of the most prevalent and economically significant plant-pathogenic genera worldwide. A considerable number of species cause anthracnose on a wide host range, including woody and herbaceous plants. While most studies focus on species infecting crops of high commercial interest, there are few studies on wild plants. The diversity of Colletotrichum on native trees in natural and semi-natural forests in Chile has been insufficiently studied, although the genus has been frequently detected in native forests by the by the Servicio Agrícola y Ganadero (SAG), the national plant protection organization. However, some of these strains are conserved in the Chilean Collection of Microbial Genetic Resources (RGM) and were available for a comprehensive study, especially since most of them have only been identified at the species complex level. Interestingly, many of them show a close relationship with species known from Oceania suggesting a potential biogeographical connection. This dissertation therefore examines the existing knowledge of Colletotrichum in natural ecosystems, the diversity of species in native forests in south-central Chile, and the most probable origin of their diversification. To achieve these objectives, first, a synthesis of published research on Colletotrichum in native vegetation is provided, following the PRISMA protocol for systematic reviews. Secondly, the identification of Colletotrichum species occurring in native woody plants was determined using a polyphasic approach that included the comparison of morphological characters, multi-locus phylogenetic analyses, and coalescent-based species delimitation methods. Finally, the most probable temporal and spatial diversification of the Chilean Colletotrichum species and the complexes to which they belong was inferred through a biogeographic approach using a time-calibrated phylogeny and a Dispersal-Extinction-Cladogenesis (DEC) model of range evolution. The main results revealed that research on Colletotrichum in natural ecosystems is scarce, predominantly conducted in tropical regions, and mainly focused on ecological aspects. The diversity study based on 50 strains examined in the C. acutatum and C. boninense complexes identified six known species, which were recorded as C. arboricola, C. brassicicola, C. godetiae, C. pyricola, C. rhombiforme and C. roseum. Additionally, four species new to science were described as C. americanum, C. laurosilvaticum, C. palki, and C. perseicola. The biogeographic analyses indicated a potential Chilean-Patagonian origin of the C. acutatum complex and a clear Holarctic origin of the C. boninense complex. Most of the Chilean species with disjunct distribution in Oceania, or those closely related to oceanic taxa, according to our analysis, diverged from common ancestors that inhabited the Chile-Patagonian, Neotropical, and Novozealandic floristic realms. However, the divergence time of these ancestors was too late to support a Gondwanan origin. Therefore, the current distribution was explained by in long-distance dispersal events that occurred after the Gondwana Era.
Physiological responses to upwelling-induced hypoxia in epipelagic copepods inhabiting the coastal zone in central-southern Chile.
(Universidad de Concepción, 2024) Frederick Figueroa, Leissing; Escribano Veloso, Rubén; Urbina Foneron, Mauricio
Los sistemas de surgencia de borde oriental (EBUS) son regiones marinas del océano mundial de importancia ecológica y económica. En estos sistemas, el zooplancton desempeña un papel clave en la transferencia de energía en las tramas tróficas. Estudios recientes muestran que el calentamiento global está provocando una desoxigenación gradual de los océanos del mundo, mientras que en EBUS una expansión vertical de la zona mínima de oxígeno subsuperficial (OMZ) lo que exacerba aún más las condiciones hipóxicas para el zooplancton que habita en la zona de surgencia costera. La hipoxia puede afectar al zooplancton al alterar sus tasas metabólicas, migración, reproducción y desarrollo. Sin embargo, estos efectos dependen de algunas adaptaciones específicas de los organismos que han evolucionado en hábitats, permanente o episódicamente, sujetos a aguas con poco oxígeno. En el capítulo 1 se analizó las respuestas diferenciales en las tasas metabólicas de tres especies de copépodos, Calanoides patagoniensis, Paracalanus cf. indicus y Acartia tonsa expuestos a condiciones experimentales de hipoxia. Estas condiciones de bajo oxígeno, fueron asociadas a dos periodos del año: surgencia activa (primavera-verano) y no surgencia (otoño-invierno). Los resultados muestran que Calanoides patagoniensis duplicó su tasa metabólica durante la temporada de surgencia, indicando que aprovecha mejor la floración de fitoplancton de primavera-verano para alimentarse y reproducirse, manteniendo su presión parcial de oxígeno crítica sin cambios entre estaciones. Por el contrario, Paracalanus cf. indicus y Acartia tonsa, mantuvieron sus tasas metabólicas a lo largo de las estaciones, pero aumentaron significativamente su presión parcial crítica de oxígeno durante el período de surgencia activa, volviéndose menos tolerantes a la hipoxia en primavera-verano. Al contrastar estos hallazgos con observaciones de series de tiempo, podemos ver que los niveles de oxígeno igual o inferior a la presión parcial crítica de oxígeno es una condición común (aproximadamente el 70% de la probabilidad de ocurrencia) para los copépodos durante un ciclo anual mientras habitan la capa superior de los 50 m. Estos resultados sugieren la existencia de un balance dependiente de la especie entre la tasa metabólica y la presión parcial crítica de oxígeno. Estas respuestas adaptativas dependientes de las especies, sugieren que la hipoxia exacerbada, impulsada por la desoxigenación del océano y el aumento de la surgencia, conducirá a un cambio en la distribución vertical de los copépodos como consecuencia de una compresión del hábitat, y aumentando su mortalidad, con consecuencias potencialmente drásticas para las tramas tróficas marinas. En el capítulo 2 se realizó una síntesis bibliográfica de las respuestas adaptativas del zooplancton para resistir a la hipoxia leve o grave y el eventual estrés oxidativo derivado de condiciones de oxígeno altamente fluctuantes, en sistemas de surgencia de borde oriental (EBUS). Estudios recientes dan cuenta de una expansión vertical de la zona de mínimo oxígeno junto con una intensificación de la surgencia costera impulsada por el viento, exacerbando las condiciones hipóxicas para el zooplancton que habita la zona de surgencia costera. La presencia o ausencia de respuestas adaptativas puede desempeñar un papel crucial en la dinámica del zooplancton en EBUS con importantes consecuencias para su red alimentaria y su productividad biológica.
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
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 (costa océano) 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; Avaria Llautureo, Jorge
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; Toro Núñez, Oscar
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; Avaria Llautureo, Jorge
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 Alarcón, Sergio; Gómez-Uchida, Daniel
The salmonid fish invasion has been recognized as one of the world's worst due to its detrimental effects on native biota. Salmonids are native to the northern hemisphere; however, they have been widely translocated and are now considered one of the most introduced fish groups worldwide. In South America, the biomass of salmonids may exceed the biomass of native fishes. The presence of salmonids in both freshwater and oceanic ecosystems has led to the development of new interspecific interactions between these fishes and the native Chilean fauna. Throughout three chapters, this thesis addressed the genetic-population dynamics of Chinook (Oncorhynchus tshawytscha) salmon and the interactions between the three most abundant feral salmonid species in Chile, rainbow trout (Oncorhynchus mykiss), brown trout (Salmo trutta) and Chinook salmon and the native fauna inhabiting the Toltén River (38°59′ S 72°38 W) and the adjacent coastal zone (Araucanía Region, Chile). In chapter one, the genetic-population structure of salmon was studied using genetic markers of single nucleotide polymorphisms (SNPs) and bayesian clustering methods and population genetic identification. For this chapter we worked under the hypothesis that Chinook salmon remained in the adjacent coastal area near their spawning grounds with a low level of mixing with other naturalized populations. To test this hypothesis, samples from two separated coastal areas with Chinook salmon presence, the areas in front of the Toltén River (n= 53) and the Gulf of Ancud (n= 42), were used. In addition, collections of individuals with known genotypes from the main naturalized Chinook salmon populations in Chile were used as reference populations. Samples from coastal sites were test against the reference populations in order to assign coastal samples to the known naturalized populations. As a result, for Chinook salmon, both the individuals captured in the coastal zone and the returning adults captured in the estuarine zones belonged to the naturalized population from the river closest to the coastal zone where the samples were captured. This result would indicate that adult Chinook salmon individuals naturalized in Chile, like those individuals native to the northern hemisphere, present a high philopatry with respect to their river of origin. In addition, our analysis of coastal non-returning individuals Chinook salmon suggests that they may remain in the vicinity of their river of origin during ocean feeding, probably due to the high availability of food in those areas. Chapter two present a study about the trophic relationships among three salmonid species (Chinook salmon (n= 43), brown trout (n= 43) and rainbow trout (n= 53)), and between these salmonids and native fish (Aplochiton zebra (n=2), Galaxias maculatus (n=2), Trichomycterus areolatus (n=3)) of the Toltén River. In this chapter, the objective was to characterize the diet and trophic relationships of Chinook salmon in order to understand how they interact with native fauna during their oceanic phase. To study the trophic relationships between salmonids and native fauna, analyses based on stable isotope (carbon, nitrogen and sulfur) and stomach content analysis methodologies were performed. The results of the study of trophic relationships between salmonid species, and between salmonids and native fish in the Toltén River, revealed different degrees of trophic niche overlap in comparisons between salmonid species, and between salmonids and native fish. This could suggest that the early stages of both Chinook salmon, rainbow trout and brown trout are preying on resources that are also part of the diet of native fish species. The magnitude of the impacts of these interactions between salmonids and native fish could be related to the different life history traits present in naturalized salmonid species in Chile, since there are large differences in the residence time of these species in freshwater. Chapter three present a characterization of the trophic interactions of Chinook salmon and native fauna during their oceanic phase, using samples of adult individuals captured in the Toltén River estuary (n= 35) and in the adjacent coastal zone (n= 35), native estuarine fish (n= 37) and marine mammals (n= 25). In this chapter, the objective was to characterize the trophic relationships and diet of Chinook salmon in order to understand how they interact with native fauna during their oceanic phase. To study the trophic relationships between salmonids and native fauna, analyses were carried out based on stable isotope analysis methodologies (carbon, nitrogen and sulfur) and stomach contents, which made it possible to describe part of the trophic interactions of this introduced species with the community of species present in the coastal zone in front of the Toltén River. As results of this chapter, it was found that Chinook salmon prey on small pelagic species, mainly sardine and anchovy. On the other hand, information was found suggesting that Chinook salmon could also be preyed upon by native predators, such as sea lions. As a general conclusion, naturalized salmonids in Chile have developed interspecific interactions with species of the communities that received them. Among these interactions, predation on native species and trophic overlap with them are some of the most relevant to study in order to understand and monitor the impacts of salmonids on native fauna. Native fauna is affected to different extents by the effects of salmonids, depending mainly on the salmonid species, its life history traits, and the environment in which it interacts. In freshwater, resident salmonid species-such as brown trout and rainbow trout-have no natural predators and have the potential to generate greater negative effects on native fauna because they interact with more vulnerable species and species of conservation concern. In the coastal zone, anadromous species such as Chinook salmon would not be a major threat to the marine community, because this species feeds particularly on small pelagic fish species that are not in conservation states of concern, such as sardines and anchovies, and their populations show removals of adult individuals by artisanal fishing and natural predators such as sea lions.
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
Salmon farming, as one of the most important economic activities in Chile, faces constant challenges such as infectious diseases and the environmental impact generated by treatments. Among the main diseases affecting Atlantic salmon farming are caligidosis and rickettsial salmonid septicemia. The use of vaccines as an active immunostimulation strategy in Atlantic salmon is a promising solution to prevent diseases and reduce pollution. Understanding how Atlantic salmon responds at the molecular level to these stimuli or the presence of pathogens is crucial for developing effective management and control strategies. In this regard, RNA transcriptome sequencing technology (RNA-seq) has greatly contributed to understanding the molecular and functional changes that occur in an organism in the presence of stimulation, leading to a structural and functional remodeling of its transcriptomic response as a defense mechanism. In this context, this doctoral thesis aims to evaluate the transcriptomic, structural, and functional remodeling mechanisms of the response of Atlantic salmon to different immunological stimuli, whether pathogenic infections or vaccination processes. For this, in vitro and in vivo study models were used to evaluate the different potential mechanisms of remodeling the immune response of Atlantic salmon against different immunomodulatory stimuli. As a first stage, the transcriptomic response of the SHK-1 cell line stimulated with the recombinant protein Cr-cathepsin from Caligus rogercresseyi and the Atlantic salmon head kidney injected with the same protein were compared. The results of this study showed a differential transcriptomic profile of both study models, however, 24.15% of the transcriptomic response was shared, which was mainly associated with antigen stimulation. Enriched pathways related to the immune system and signal transduction were identified in both tissues, highlighting the MAPK signaling pathway, Toll-like receptor signaling, and melanogenesis, among others. In addition, expression analysis of lncRNAs revealed a specific transcription pattern for each model, where the main shared lncRNAs were found to be highly correlated with various transcripts involved in the immune response, iron homeostasis, the inflammatory response, and apoptosis, evidencing a possible functional remodeling through lncRNA caused by stimulation of the recombinant protein Cr-cathepsin. In turn, this study demonstrates that it is possible to use cell lines for the initial detection of antigens to develop vaccines against sea lice, reducing the time consumption associated with antigen selection. As a second stage of the study, the transcriptomic remodeling, based on alternative splicing (AS), of these two study models against infection with Psicirickettsia salmonis was explored. For this, SHK-1 cells were infected with the bacterium, and samples were taken at 0, 7 and 14 days after infection (dpi) for transcriptome sequencing. On the other hand, RNA-Seq data sets from Atlantic salmon head kidney infected with the same P. salmonis strain was used. For both study models, the highest number of differential alternative splicing (DAS) events was observed at 7 dpi. In SHK 1 cells infected with P. salmonis, a high presence of DAS genes related to nucleotide metabolism was observed, evidencing the competition of the bacteria for these micronutrients. Therefore, the cells would increase their production capacity to supply the nucleotide deficit, where AS processes would play a fundamental role. In contrast, the salmon head kidney exhibited many GO terms associated with the immune response, indicating the functional importance of AS in the functional remodeling of complex processes against bacterial infection. As a third stage of this study, the transcriptomic response in Atlantic salmon blood cells to vaccination and exposure to C. rogercresseyi and P. salmonis was evaluated. Four experimental groups were designed that included vaccination with the recombinant IpathÒ chimera and two commercial vaccines against P. salmonis: BlueGuard + Livac, BlueGuard + Livac + IpathÒ, IpathÒ and Control (adjuvanted PBS). Each group was infested with C. rogercresseyi, and after 25 dpi was infected with P. salmonis. Fish blood cells from each group were extracted at 12 dpi and used for transcriptome sequencing. In this work, the global transcriptomic patterns of Atlantic salmon blood cells from the four experimental groups showed differential expression levels. The experimental group vaccinated with IpathÒ showed a higher transcriptomic response compared to the commercial vaccines used. Notably, the annotations of the differentially expressed genes (DEGs) shared by the three experimental groups showed an enrichment of genes related to iron homeostasis and metabolism. Additionally, the behavior of different signaling pathways and their possible transcriptomic remodeling in each experimental group were analyzed, with the group vaccinated with IpathÒ being the most represented in all pathways, in terms of DEGs. The HIF-1 signaling pathway and ferroptosis were significantly activated, which could predict that vaccination with IpathÒ could be regulating hypoxia due to iron deficiency, or cell death due to ferroptosis, which could occur in Atlantic salmon during a C. rogercresseyi and P. salmonis exposition. The present study revealed transcriptomic remodeling in response to different immunostimulations, allowing us to delve into the molecular mechanisms involved in the immune response of Atlantic salmon. This approach explores in detail the changes in gene expression and AS that occur in different tissues, providing valuable information on the adaptive immune response and plasticity of the Atlantic salmon immune system. In addition, it highlights the importance of integrating different study models to obtain a comprehensive view of the immune response at different levels and contexts. This work provides valuable information to contribute to the development of disease management strategies in salmon farming, including the identification of molecular markers of immune response, the selection of resistant strains, and the design of more effective vaccines.
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
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.

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