Ecology and taxonomy of benthic diatoms in continental aquatic ecosystems

Abstract

Human activity and the changes that naturally occur in aquatic ecosystems affect their biological communities. Algal communities, in particular, are influenced by factors such as light, temperature, pH, current velocity, and nutrients. Benthic algae constitute the base of the predatory food chain, since they assimilate dissolved nutrients and use solar energy in the production of organic matter. Diatoms are eukaryotic, unicellular organisms and their main characteristic is the presence of an external silica wall (frustule), which is normally used to differentiate the different genera and species. The analysis of the structure of algae associations and their function in the ecosystem is of great interest for the interpretation of the energy balance, water quality and ecosystem management. The characteristics that make diatoms ideal organisms for use as ecological indicators are: 1) they are cosmopolitan and very diverse; 2) they have short life cycles, which allows them to colonize substrates in a short space of time; 3) react quickly and sensitively to changes in water chemistry; 4) they are easy to collect, handle and preserve, due to the resistance of their frustule and 5) the counting techniques are fast, obtaining comparable and reproducible results in the long term. The main objective of this work is to deepen in the taxonomy and ecology of the different diatom species, using all the databases available within the RE1 (Aquatic Ecology) research group, as well as new data from sampling and in situ experiments. These data include data on the composition and abundance of diatoms from areas with Atlantic climate (Galicia, Asturias, the Basque Country, Portugal, etc.), and with Mediterranean climate (Balearic Islands), which will allow the ecological profiles of communities and species to be studied in a broad manner in different environmental gradients. Likewise, the inclusion of databases taken over different years will allow the identification of the variation in their spatio-temporal distribution. These data will allow the comprehensive and comparative analysis of the diatom associations and the indication provided by the existing diatomological indices, to test their efficiency in detecting impacts to aquatic ecosystems through the ecological status based on diatoms; in urban aquatic ecosystems (urban lagoons), and in Atlantic and Mediterranean river basins. Thus, it is intended to evaluate the use of the different metrics and the optimization of their correct use in environmental monitoring campaigns in different regions. All this work will be accompanied by field work with different sample collections and different field and laboratory experiments, with the aim of studying those variables derived from human pressures that may influence diatom species; alterations in land uses derived from eucalyptus plantations, nutrient enrichment, light, etc.

A actividade humana e os cambios que se producen naturalmente nos ecosistemas acuáticos afectan ás súas comunidades biolóxicas. As comunidades de algas, en particular, están influenciadas por factores como a luz, a temperatura, o pH, a velocidade da corrente e os nutrientes. As algas bentónicas constitúen a base da cadea alimentaria depredadora, xa que asimilan os nutrientes disoltos e utilizan a enerxía solar na produción de materia orgánica. En particular, as diatomeas son organismos eucariotas e unicelulares e a súa principal característica é a presenza dunha parede externa de sílice (frustula), que normalmente se usa para diferenciar os diferentes xéneros e especies. A análise da estrutura das asociacións de algas e a súa función no ecosistema é de grande interese para a interpretación do balance enerxético, a calidade da auga e a xestión dos ecosistemas. As características que fan das diatomeas organismos ideais para o seu uso como indicadores ecolóxicos son: 1) son cosmopolitas e moi diversas; 2) teñen ciclos de vida curtos, o que lles permite colonizar substratos nun curto espazo de tempo; 3) reaccionan de forma rápida e sensible aos cambios na química da auga; 4) son fáciles de recoller, manipular e conservar, debido á resistencia da súa frustula e 5) as técnicas de reconto son rápidas, obtendo resultados comparables e reproducibles a longo prazo. O obxectivo principal deste traballo é afondar na taxonomía e ecoloxía das distintas especies de diatomeas, utilizando todas as bases de datos dispoñibles dentro do grupo de investigación RE1 (Ecoloxía Acuática), así como novos datos procedentes de mostraxes e experimentos in situ. Estes datos inclúen datos sobre a composición e abundancia de diatomeas de áreas con clima atlántico (Galicia, Asturias, País Vasco, Portugal, etc.), e un clima mediterráneo (Illas Baleares), que permitirá un estudo amplo e en diferentes gradientes ambientais os perfiles ecolóxicos das asociacións e das especies de diatomeas. Así mesmo, a inclusión de bases de datos tomadas ao longo de diferentes anos permitirá identificar a variación na súa distribución espazo-temporal. Estes datos permitirán a análise comprensiva e comparativa das asociacións de diatomeas e a indicación proporcionada polos índices diatomolóxicos existentes, para probar a súa eficiencia na detección de impactos nos ecosistemas acuáticos a través do estado ecolóxico baseado nas diatomeas; en ecosistemas acuáticos urbanos (lagoas urbanas), e en concas fluviais atlánticas e mediterráneas. Deste xeito, preténdese avaliar o uso das diferentes métricas e a optimización do seu uso correcto en campañas de vixilancia ambiental en diferentes rexións. Todo este traballo irá acompañado de traballo de campo con diferentes coleccións de mostras e diferentes experimentos de campo e de laboratorio, co obxectivo de estudar aquelas variables derivadas de presións humanas que poidan influír nas especies de diatomeas; alteracións nos usos do solo derivados de plantacións de eucalipto, enriquecemento de nutrientes, luz, etc.

La actividad humana y los cambios que de forma natural ocurren en los ecosistemas acuáticos afectan a sus comunidades biológicas. Las comunidades de algas, en particular, se ven influidas por factores como la luz, la temperatura, el pH, la velocidad de corriente y los nutrientes. Las algas bentónicas constituyen la base de la cadena trófica depredadora, ya que asimilan nutrientes disueltos y utilizan la energía solar en la producción de materia orgánica. En particular, las diatomeas son organismos eucariotas, unicelulares y su principal característica es la presencia de una pared externa de sílice (frústulo), que se utiliza normalmente para diferenciar los distintos géneros y especies. El análisis de la estructura de las asociaciones de algas y su función en el ecosistema es de gran interés para la interpretación del balance energético, la calidad del agua y la gestión del ecosistema. Las características que hacen de las diatomeas organismos idóneos para su uso como indicadores ecológicos son: 1) son cosmopolitas y muy diversas; 2) tienen ciclos de vida cortos, que les permite colonizar sustratos en un breve espacio de tiempo; 3) reaccionan con rapidez y sensibilidad a cambios en la química del agua; 4) son fáciles de recoger, manipular y conservar, debido a la resistencia de su frústulo y 5) las técnicas de recuento son rápidas, obteniendo resultados comparables y reproducibles a largo plazo. El principal objetivo de este trabajo es profundizar en la taxonomía y ecología de las diferentes especies de diatomeas, utilizando para esto todas las bases de datos disponibles dentro del grupo de investigación RE1 (Ecología acuática) así como datos nuevos de muestreos y de experimentos in situ. Estos datos incluyen, datos de composición y abundancia de diatomeas de zonas de clima atlántico (Galicia, Asturias, País Vasco, Portugal, etc.), y de clima mediterráneo (Islas Baleares), lo que permitirá estudiar de forma amplia y en distintos gradientes ambientales los perfiles ecológicos de las asociaciones y especies de diatomeas. Así mismo, la inclusión de bases de datos tomadas a lo largo de distintos años permitirá la identificación de la variación en su distribución espacio-temporal. Estos datos permitirán el análisis integral y comparativo de las asociaciones de diatomeas y de la indicación suministrada por los índices diatomológicos existentes, para testar su eficiencia en la detección de impactos a los ecosistemas acuáticos mediante el estado ecológico basado en diatomeas; en ecosistemas acuáticos urbanos (lagunas urbanas), y en cuencas fluviales atlánticas y mediterráneas. Así, se pretende evaluar el uso de los distintos métricos y la optimización de su uso correcto en las campañas de seguimiento ambiental en diferentes regiones. Todo este trabajo irá acompañado de trabajo de campo con diferentes recogidas de muestras y distintos experimentos de campo y laboratorio, con el objetivo de estudiar aquellas variables derivadas de las presiones humanas que puedan influir sobre las especies de diatomeas; alteraciones en los usos del suelo derivados de las plantaciones de eucalipto, enriquecimiento en nutrientes, luz, etc.