Fluctuación temporal de la estructura de la comunidad microbiana planctónica en la zona eufótica del Canal Beagle (Tierra del Fuego, Argentina)

Abstract

Los organismos planctónicos unicelulares que conforman los primeros niveles de la trama trófica marina presentan, en distintas escalas, respuestas rápidas ante las fluctuaciones ambientales y las interacciones biológicas. Los cambios en la estructura de las comunidades se propagan indefectiblemente hacia los niveles tróficos superiores. La producción de carbono orgánico del fitoplancton representa la base de la trama trófica y, condicionada por los distintos regímenes climáticos, determina los niveles de productividad de los ecosistemas marinos. Los ecosistemas costeros, a su vez, más productivos que los oceánicos, están bajo la influencia directa de los procesos que ocurren en el ambiente terrestre circundante. En este contexto, el Canal Beagle, ubicado en un régimen templado con marcada estacionalidad, presenta características semi-estuarinas dado que su columna de agua recibe aportes de aguas continentales de origen glaciario y de ríos, exhibiendo un incremento de la salinidad oeste-este. El Canal cobra singular importancia por los recursos bajo explotación comercial. Sin embargo, la estructura del plancton unicelular, los niveles de biomasa y su relación con las condiciones físicas y químicas de la columna de agua y la estacionalidad climática han sido escasamente investigados en la escala espacial y temporal. En este contexto, el objetivo general del presente estudio fue analizar la distribución vertical y la fluctuación temporal de los niveles de carbono aportado por los principales grupos taxonómicos del bacterioplancton, fitoplancton y protozoos en dos sitios fijos del sector argentino del Canal durante más de dos años consecutivos (agosto 2012-diciembre 2014). Los sitios se ubicaron dentro del canal interno, y fueron seleccionados según el grado de influencia del ingreso de aguas de derretimiento glaciar y descarga de ríos, aunque relativamente alejados del efecto costero. En cada sitio se realizaron muestreos en tres niveles de la columna de agua con una frecuencia bimensual. Mediante distintos métodos se estimó la densidad y biomasa de bacterias heterótrofas, picocianobacterias, algas picoeucariotas, dinoflagelados, diatomeas, ciliados, silicoflagelados, euglenofitas, criptofitas y nanoflagelados, entre otros, enfatizando en los cambios en la estructura (grandes grupos y clases de tamaño) y su relación con las condiciones ambientales (temperatura ambiental, velocidad del viento, Irradiancia Incidente y PAR) y de la columna de agua (temperatura, salinidad, pH, sólidos disueltos totales, nutrientes inorgánicos y clorofila). En un período más acotado (agosto 2013-diciembre 2014) se investigó la columna de agua de un sitio adicional más próximo a la boca del canal (canal externo) y, en agosto 2013 y febrero 2014, las variables biológicas. Los dos sitios del canal interno revelaron tendencias similares: todas las variables investigadas en la zona eufótica fueron notablemente homogéneas en la columna de agua. En promedio, más del 99% de la densidad total se atribuyó a bacterias heterótrofas (BH) y la biomasa total alcanzó niveles de magnitud del orden de 102 µgC L-1 (atribuidos a contribuciones similares de BH y diatomeas). Las variables meteorológicas, físicas y químicas siguieron el patrón asociado a la estacionalidad. Los valores más elevados de temperatura (aire y agua), velocidad del viento y PAR junto con la biomasa de criptofitas y otros nanoflagelados se registraron en verano. Las picocianobacterias y algas picoeucariotas destacaron al periodo otoñal, junto a los valores más bajos de precipitaciones. La salinidad y sólidos totales disueltos exhibieron máximos en invierno, y la biomasa total y clorofila en primavera, atribuidos principalmente a floraciones efímeras de diatomeas que ocurren en el mes de octubre. Se destacó un único pulso de incremento de biomasa restringido al periodo primaveral (con dominio de células microplanctónicas) y niveles relativamente bajos y estables durante el resto del año atribuidos mayormente a organismos de la fracción picoplanctónica (principalmente en abril del 2013) y nanoplanctónica (0,2-20 µm). En el canal interno, el máximo de biomasa total de todo el periodo se registró en octubre del 2012 y fue tres y dos veces superior al estimado para el 2013 y 2014, respectivamente. En el año 2013, el verano fue comparativamente más cálido y el invierno más frío, la salinidad fue menor, las condiciones de estratificación de la columna de agua fueron distintas, y se reflejaron en una mayor concentración de nutrientes y menores valores de clorofila total. A su vez, la estructura de la comunidad fue diferente (densidades generales más bajas y distinta composición de diatomeas dominantes). El canal exterior siguió las mismas tendencias de homogeneidad vertical y de estacionalidad observadas para el canal interior. Se observó un incremento de salinidad hacia el este y la concentración de nutrientes máxima fue similar en los tres sitios, aunque los valores mínimos fueron siempre mayores en el canal exterior.

Unicellular planktonic organisms that conform the first levels of the trophic marine web present, in different scales, immediate responses to changes in environment and biological interactions. Changes in community structure unfailingly propagate to higher trophic levels. Phytoplankton organic carbon production represents the base of the trophic web and, subject to climatic regimes, determines marine ecosystems productivity levels. Coastal systems, by the way, more productive than oceanic ones, are under direct influence of the surrounding terrestrial environment. In this context, Beagle Channel, located in a highly seasonal temperate region, presents semiestuarial characteristics due to the fresh water inputs, from glaciers and rivers, with an increasing West-East salinity gradient. Moreover, it’s important due to the commercially exploited marine resources. Notwithstanding, unicellular plankton structure, biomass levels and its relationships to physical and chemical conditions of the water column and climatic seasonality have been understudied in spatial and temporal scales. Therefore, main objective of this study was to analyze vertical distribution and temporal fluctuation of plankton-originated carbon levels, pitched in by main bacterioplankton, phytoplankton and protozoa taxonomic groups. These groups were studied in two permanent stations located in the Argentine Beagle Channel over a period of two and a half consecutive years (August 2012 to December 2014). Sampling sites were inside the inner channel and were selected according to its glacier-melting and river-discharge influence, but relatively away from coastal effect. In each site the water column was sampled at three different depths, bimonthly. Diverse methodologies were used to estimate density and biomass of heterotrophic bacteria, picocyanobacteria, picoeukariotic algae, dinoflagellates, diatoms, ciliates, silicoflagellates, euglenophytes, cryptophytes and nanoflagellates, among others, with special emphasis on structure (taxonomic groups and size classes) changes and its relationships with atmospheric (air temperature, wind speed, incident Irradiance, PAR) and water column (water temperature, salinity, pH, total dissolved solids, inorganic nutrient concentration and chlorophyll) conditions. During a shorter period (August 2013-December 2014), the water column of another site (external channel) was sampled, and biological variables were studied on August 2013 and February 2014. Both inner channel sites showed a similar pattern: all variables investigated in the euphotic zone were homogeneous throughout the water column. On average more than 99% of total density corresponded to heterotrophic bacteria (HB) and total biomass reached values of 102 µgC L-1 (attributed to similar contributions of HB and diatoms). Atmospheric, physical and chemical variables followed a seasonal pattern. Higher values for temperature (air and water), wind speed and PAR together with cryptophytes and nanoflagellate biomass were registered in summer. Autumn conditions were characterized by higher picocyanobacteria and picoeukaryotes densities together with lower precipitation values. Salinity and total dissolved solids reached higher values in winter, and total biomass and chlorophyll in spring, mainly due to ephemeral diatom bloom that take place in October. Overall, only one highbiomass peak, restricted to the spring period, outstands over year-round relatively low and stable values, mainly attributed to picoplanktonic and nanoplanktonic organisms (0,2-20 µm), highlighting picoplanktonic contributions in April 2013. All in all-total biomass maximum was registered in October 2012 and was similar in both sites; three times larger than the 2013 maximum and twice the 2014 peak. In 2013, summer was comparatively warmer and winter cooler with lower salinity, stratification in the water column was different and changes were reflected in higher nutrient concentration and less total chlorophyll concentration. Moreover, community structure was different (generally lower densities and differences in the dominant diatom genera). The external channel followed the same vertical homogeneity and seasonality observed in the inner channel. Generally, an increase in salinity towards the East was observed, and maximum nutrients concentration were similar in all three sites, nevertheless minimum values were always higher in the exterior channel.