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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
CENTRO INTERDISCIPLINARIO DE CIENCIAS MARINAS
DEPARTAMENTO DE PLANCTON Y ECOLOGÍA MARINA
INFORME FINAL
Programa de investigación: Efectos del enriquecimiento por nutrientes en sistemas costeros de la cuenca Lechuguilla-Ohuira-Navachiste, Sinaloa (FASE II)
Clave CGPI 651
Proyecto: Ecofisiología de especies productoras de toxinas del género Pseudo-nitzschia (Navachiste y Topolobampo)(FASE II)
Proyecto individual, mediano plazo, Clave CGPI 20071127
PRESENTA:
DRA. AIDA MARTINEZ LOPEZ
DIRECTORA DE PROYECTO
La Paz, B.C.S. enero de 2007.
4.1 Investigadores participantes
Número Nombre e institución Actividad específica a desarrollar 1 Aída Martínez López Director del proyecto
2 Ignacio Eduardo Maldonado Mendoza(IPN)
Análisis molecular de cepas de Pseudonizchia sp., redacción de artículo
3 Christine Johanna Band Schmidt (IPN)
Aislamiento de cepas de Pseudo-nitzschia y determinación de sus tasas de crecimiento, participación en publicación de resultados
4 Jose Ricardo Palomares García (IPN)
Realización de experimentos de campo para probar toxicidad de las especies de Pseudo-nitzschia. Participación en publicación de resultados
5 Ana Elsi Ulloa Pérez (IPN)
Analisis de nutrientes y clorofilas, participación en publicaciones
Resumen
Con el propósito de describir las condiciones ambientales bajo las cuales las especies
del género Pseudo-nitzschia señaladas como potencialmente toxicas, éste proyecto
estudio los sistemas lagunares de la parte norte del litoral de Sinaloa, una región en la
cual, los ingresos de macronutrientes son controlados en parte por los aportes de los
drenes que incorporan aguas residuales de diversos orígenes a estos sistemas.
Estudios recientes sugieren que en estas lagunas existe un riesgo potencial para la
salud pública debido a gran la cantidad de especies que pueden formar Floraciones
Algales Nocivas (FAN), incluyendo a las diatomeas del género Pseudo-nitzschia. Los
datos generados entre enero de 2004 y agosto de 2007 revelan que este género es
importante en los sistemas lagunares estudiados. El análisis cualitativo del fitoplancton
usando microscopia electrónica y de luz muestran que las especies identificadas
Pseudo-nitzschia multistriata, P. pseudodelicatissima, P. fraudulenta, P. sinica, P.
pungens, P heimii, P subfraudulenta y P. australis se encuentran regularmente en el
sitio de estudio. Sus mayores abundancias, se encontraron en el orden de 6 x 106 céls
L-1 se encontraron bajo la influencia directa de las descargas de aguas residuales. Las
proliferación observadas se presentaron en condiciones de relativamente bajas
concentraciones de nitratos, relación N/F y salinidad y alta concentración de silicio.
Siete de las ocho especies encontradas son productoras potenciales de toxinas de tipo
amnésico. Sin embargo, no se identificaron eventos tóxicos en los años analizados. La
presencia de estas diatomeas potencialmente tóxicas, algunas de las cuales se
manifestaron en forma de proliferación en la zona más afectada por las descargas de
aguas residuales, implica un nuevo problema para la salud pública, resultando
necesario el monitoreo de fitoplancton, en la región costera de Sinaloa.
INTRODUCCION
El reconocimiento de que las Floraciones Algales Nocivas (FANs) se han incrementado
en los últimos años en el mundo. Uno de los géneros que producen eventos FANs es
Pseudo-nitzschia, el cual es un género que comúnmente forma proliferaciones. El
estudio de estas diatomeas toxigenicas, las cuales pueden producir eventos de
envenamiento amnesico por moluscos debido a la producción de Acido domóico, cobro
auge a finales de los 80s y principios de los 90`s, cuando ocurrieron varios eventos de
intoxicaciones y muerte de varias personas que consumieron mejillones, así como de
mamíferos marinos y aves en Canadá y en California. Posteriormente la ocurrencia de
estos eventos se ha extendido a otras regiones del mundo. No obstante la relevancia
del género Pseudo-nitzschia, hasta la fecha existe un conocimiento limitado de la
ecofisiología del mismo. Históricamente, se ha asumido que el crecimiento del
fitoplancton costero (diatomeas principalmente) está limitado por la disponibilidad de
nitrógeno, no obstante recientemente se ha reconocido que la disponibilidad de
silicatos podrían ser otro factor regulador entre otros de la respuesta fisiológica
asociada con la formación de proliferaciones. De igual forma se ha sugerido que las
condiciones limitantes de nutrientes pueden desencadenar un incremento en la
concentración de toxinas por estas diatomeas. En México de igual forma que en el
mundo, se ha reconocido el incremento de los eventos FAN`s (Morquecho et al., 2002),
incluyendo el género Pseudo-nitzschia. Este género desarrolla proliferaciones en el
Golfo de California (Alonso-Rodríguez y Ochoa, 2004). Sin embargo, las
observaciones de estos eventos son limitados por la falta de estudios en general. En
particular para la parte norte del litoral de Sinaloa, se ha documentado la ocurrencia de
un componente importante de especies potencialmente toxicas o nocivas, sobretodo a
principios de invierno-primavera. Este componente incluye a Pseudo-nitzschia, para
quien hace falta resolver la identificación de las especies que solo se han documentado
a nivel de morfotipos. Su correcta identificación requiere de técnicas especiales, como
es el caso del uso de la microscopia electrónica o de la biología molecular. Una vez
resuelto el problema de la identificación a nivel de especie, se tendrá una idea mas
precisa del riesgo potencial que existe en la zona de estudio de que ocurran eventos
tóxicos. (Anderson et al. 1990; Bates et al. 1991, Bates and Douglas 1993). Por lo
tanto, el objetivo de este proyecto fue describir las condiciones ambientales bajo las
cuales las especies del género Pseudo-nitzschia, señaladas como potencialmente
toxicas, se registraron en aguas costeras de Sinaloa
MATERIALES Y METODOS
Trabajo de campo
Se realizaron monitoreos mensuales durante enero de 2004 hasta diciembre del 2007
en 5 puntos del Sistema Lagunar Topolobampo y en dos sitios del Sistema Lagunar
Navachiste. En cada sitio se determinó in situ la temperatura, salinidad y pH mediante
un medidor de calidad de agua marca Horiba modelo U-10. En las estaciones
seleccionadas se recolectaron muestras de agua con un tubo muestreador segmentado
(TMS) descrito por Sutherland et al. (1992), modificado por Orellana et al. (1999) y
validado estadísticamente por Montiel Nieves (1998), que permite obtener un perfil
vertical de la columna de agua por segmentos. Del agua colectada por el tubo
segmentado se tomaron muestras para el análisis de nutrientes (nitratos, nitritos,
amoniaco, fósforo reactivo y silicatos) y clorofila a. Las muestras de agua se
almacenaron en hielo en un contenedor plástico y se transportaron al Laboratorio de
Análisis Ambiental del IPN-CIIDIR Sinaloa, para su posterior análisis. Adicionalmente,
de cada segmento se tomó una muestra de agua de 125 ml para la estimación de la
abundancia del fitoplancton fijándose con una solución de Lugol al 1%, a la cual
después de 24 horas se le agregó una solución de formol al 4%, neutralizado con
borato de sodio.
Análisis de laboratorio
Las muestras para la determinación de nutrientes, se analizaron de acuerdo a la
metodología y recomendaciones de Strickland y Parsons (1972). La determinación del
amoniaco se llevó a cabo inmediatamente después del muestreo siguiendo el método
de Solórzano (1969), la de los nitratos según la técnica de Morris y Riley (1963)
modificada por Grasshoff (1964). Para los nitritos se siguió el método de Shinn (1941),
aplicado al agua de mar por Bendschneider y Robinson (1952). Para el fósforo reactivo
se siguió la metodología de Murphy y Riley (1962), mientras que el silicato reactivo se
determinó de acuerdo a Riley (1963). Todas las lecturas de los nutrientes se realizaron
en un espectrofotómetro Termo Spectronic Genesys 2.
Las muestras de agua para determinar la concentración de clorofila a (Cla) fueron
filtradas con filtros de fibra de vidrio Whatman (GF/F 0.7 µm), los cuales se congelaron
a -20º C hasta efectuar la extracción del pigmento con acetona al 90% durante 24 h,
según lo recomendado por Strickland y Parsons (1972). Los cálculos de la
concentración de Cla se realizaron de acuerdo a las ecuaciones propuestas por Jeffrey
y Humprey (1975).
Fitoplancton (análisis cuantitativo)
Se realizo siguiendo el método de Utermöhl (Hasle, 1978). Para ello se tomaron 10 cm3
de la muestra los cuales se depositaron en una cámara de sedimentación con tapa de
vidrio por 24 h, con la finalidad de que todo el material que compone la muestra se
sedimente en el fondo para su posterior identificación y cuantificación. Posteriormente
se procedió a realizar el análisis, en un microscopio invertido Olympus® CK2 con
objetivos Olympus® 10x, 20, 40x y 100x, con contraste de fases.
Identificación por microscopia electrónica
Para la observación de células de Pseudo-nitzschia en el microscopio electrónico de
barrido (MEB) se el material colectado fue tratado de acuerdo con la técnica de Hasle y
Fryxell (1970) para eliminar la materia orgánica. El material limpio se filtro en
membranas nucleopore y se seco a temperatura ambiente. Posteriormente estas
membranas se montaron sobre los soportes para observar al MEB y se recubrieron con
oro para su análisis. Las identificaciones se basaron en características morfométricas
Aislamiento
Se colectaron muestras de fitoplancton vivo mensualmente mediante arrastres
verticales utilizando una red de 20 μm de luz de malla, se tamizaron a través de una
malla de 60 μm para eliminar organismos de mayor tamaño. Las células se inocularon
en 250 mL de medio f/2 modificado (Anderson et al. 1984). Las células vegetativas se
aislaron mediante la técnica de micropipeta utilizando un microscopio invertido Carl
Zeiss, se transferieronn a celdas de poliestireno conteniendo medio de cultivo y se
mantuvieron a 21 + 1°C, en un ciclo de luz-oscuridad (12:12) a 150 μEm2s1 de
intensidad luminosa. Una vez que se obtuvo una densidad adecuada se transferireron
las células a tubos de cultivo de 50 mL de capacidad con 20 mL de medio f/2.
RESULTADOS Y DISCUSION
Del análisis de la serie de observaciones entre enero de 2004 y diciembre de 2007, se
puede observar una alta variabilidad entre años (Fig. 1 y 2). De manera general se
encontraron las menores concentraciones en 2004. Temporalmente las
concentraciones de fosfatos, nitrógeno inorgánico disuelto (NID) y silicatos tienden a
incrementarse desde finales de verano a primavera, decreciendo sus valores en el
resto de los meses (Fig. 1y 2 a).
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Fig. 1 Distribución temporal de silicatos y fosfatos a); nitratos mas nitritos y clorofila b) y Pseudo-nitzschia
y temperatura c), en el Sistema Lagunar Navachiste durante 2004 a 2007. El sombreado representa los
periodos de proliferaciones de Pseudo-nitzschia.
En cuanto al género Pseudo-nitzschia, este se presentó a lo largo del año,
incrementándose desde finales de verano hasta alcanzar su valor máximo (3 x 105 céls
L-1) en invierno, asociado con incrementos de nitritos y nitratos y con valores bajos de
temperatura (Fig. 1y 2 b, c). Los valores de abundancia más altos, no coincidieron con
las concentraciones más altas de clorofila (2-18 mg m-3) (Fig. 1y 2 b, c). Pseudo-
nitzschia spp. co-ocurrió en invierno-primavera en proliferaciones mixtas junto con
dinoflagelados del género Prorocentrum. En tanto que en las proliferaciones de finales
de verano principios de otoño, Pseudo-nitzschia spp. estuvo acompañada por otros
géneros de diatomeas de talla pequeña como Cylindrotheca y Nitzschia.
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Fig. 2 Distribución temporal de silicatos y fosfatos a); nitratos mas nitritos y clorofila b) y Pseudo-nitzschia y temperatura c), en el Sistema Lagunar Topolobampo durante 2004 a 2007. El sombreado representa los periodos de proliferaciones de Pseudo-nitzschia
En cuanto a los valores medios de la razón Si/F se encontró un valor promedio de 24,
el cual fue superado durante el periodo de de invierno primavera, destacándose los
valores entre 2005 y 2006, cuando alcanzaron el valor máximo de 87. Con base en
Dortch & Whitledge (1992) y Justic et al. (1995), los valores de la razón Si/N �20
implican condiciones limitantes por fosforo para el crecimiento del fitoplancton (Fig.3).
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Fig. 3 Razones de Si/PO4 durante el periodo enero de 2004 a diciembre de 2007 en Sistema Lagunar
Navachiste. El sombreado representa los periodos de proliferaciones de Pseudo-nitzschia.
Este hecho es relevante dado que en general no se presenta limitación por fosforo en
ambientes marinos. Esta condición puede estar ligada con el proceso de eutrofización,
desencadenado en la zona.
En tanto que limitación por silicio, solo se observo durante el periodo de agosto a
octubre de 2006 (Fig. 4).
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Si/N
ID
Fig. 4 Razones de Si/NID durante el periodo enero de 2004 a diciembre de 2007 en Sistema Lagunar
Navachiste.
El género de diatomeas Pseudo-nitzschia estudiado en este proyecto es
potencialmente toxico es común dentro del Golfo de California, comúnmente forma
proliferaciones mixtas en combinación con otras diatomeas como el género
Chaetoceros. Durante los eventos observados entre 2004 y 2007, no se encontró
evidencia de toxicidad. Sin embargo, Pseudo-nitzschia debe de considerarse y
observarse como un género potencialmente productor de toxinas amnésicas.
Las especies identificadas hasta el momento son 8 e incluyen a Pseudo-nitzschia
multistriata, P. pseudodelicatissima, P. fraudulenta, P. sinica, P. pungens, P heimii, P
subfraudulenta y P. australis. Siete de estas han sido reportadas como productoras de
envenenamiento de tipo amnésico debido a la producción de Acido domóico. Debido a
la dificultad para identificarlas es necesario combinar observaciones al microscopio de
luz y de microscopia electrónica de barrido y de transmisión. Las láminas 1 y 2 ilustran
un par de las 8 especies identificadas.
Lámina 1. Pseudo-nitzschia fraudulenta; observaciones con microscopio
electrónico de barrido (1) y con microscopio de luz (2 y 3)
Lámina 1. Pseudo-nitzschia pungens; observaciones con microscopio
electrónico de barrido (1) y con microscopio de luz (2)
Varios estudios siguieren que las proliferaciones de Pseudo-nitzschia podrían estar
relacionadas con agua enriquecida proveniente de eventos de surgencia o bien con los
escurrimientos de agua enriquecida posteriores a periodos de lluvias intensas. En los
sistemas lagunares del litoral norte de Sinaloa, las temperaturas registradas durante la
proliferación de Pseudo-nitzschia estuvieron cercanas al mínimo anual, durante un
periodo de incremento de silicio y fosfatos. El inicio de las proliferaciones ocurrió
durante la temporada de secas de la región, de tal forma que las lluvias no tienen
relación con estos eventos. Por el contrario, las prácticas agrícolas de la región aledaña
a estos cuerpos de agua costeros, descargan el excedente del agua de riego
(enriquecida) durante este periodo. Por lo que el agua enriquecida proveniente de esta
actividad parece ser más probable que contribuya a la formación de las proliferaciones
de Pseudo-nitzschia.
La mayor entrada de N y PO4 provenientes del valle Agrícola podrían llevar a un
enriquecimiento de estos micronutrientes en comparación al Silicio. Dentro de este
género existen especies que tienen la habilidad de crecer y competir con otros
fitoplánctontes a bajas concentraciones de silicio relativas al nitrógeno. Asimismo son
capaces de crecer en ambientes ricos en amonio como es el caso de las lagunas
estudiadas, en donde el amonio es la principal forma nitrogenada inorgánica (Martínez
et al., 2007). Esta capacidad le confiere una relevancia a la presencia de estas
especies potencialmente toxicas, en estas lagunas costeras ya que, representan un
riesgo potencial y justifica el que se continúe su monitoreo.
IMPACTO
En diversas partes del mundo se ha establecido que el avance en el deterioro de los
ambientes costeros conlleva inevitablemente problemas ambientales, que afectan a las
comunidades asentadas en sus márgenes y a las actividades económicas que
dependen de estos cuerpos de agua, como la pesca o la acuacultura. El proponer
medidas de manejo requiere del conocimiento amplio de la problemática integral que
presentan estas áreas, y una de ellas sin duda, tiene que ver con entender como está
respondiendo la base de la cadena alimentaria (fitoplancton), a las alteraciones
provocadas por las descargas de aguas residuales. Este proyecto ha sido exitoso en
reconocer que el periodo del año asociado con el inicio de las actividades agrícolas es
potencialmente riesgoso, debido a la proliferación de las especies de Pseudo-nitzschia.
La presencia de este género implica un riesgo potencial para la salud humana, debido
a que durante la eventualidad de un evento toxico, es posible observar concentración
de toxinas en diferentes recursos marinos que son consumidos por el hombre. El
encontrar la asociación entre la actividad agrícola y los incrementos en estas especies
es un elemento mas que puede ser usado como criterio para implementar medidas de
manejo para estos cuerpos de agua.
ANEXOS Los comprobantes de las actividades se enviaran en papel posteriormente