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Composición de esteroles en el fiordo adyacente al glaciar montt, campo de hielo sur, patagonia chilena p. Riquelme


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COMPOSICIÓN DE ESTEROLES EN EL FIORDO ADYACENTE AL GLACIAR MONTT, CAMPO DE HIELO SUR, PATAGONIA CHILENA
P. Riquelme1, 2, M. H. Gutiérrez1 y S. Pantoja1

1 Laboratorio de Geoquímica Orgánica, Departamento de Oceanografía y COPAS Sur-Austral. Universidad de Concepción. Concepción, Chile.

2 Programa de Postgrado en Oceanografía, Departamento de Oceanografía, Universidad de Concepción, Concepción, Chile.

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Autor expositor: priquelmeg@udec.cl



El Campo de Hielo Patagónico Sur (41.5 - 55,9 ° S), con una superficie aproximada de 240.000 km2 es considerada la tercera mayor reserva de agua dulce. En las últimas décadas, se ha evidenciado un retroceso sostenido en la mayoría de los glaciares de los Campos de Hielo Patagónicos, lo que podría contribuir en ca. 0.067 mm al aumento del nivel del mar (Willis et al., 2012). Uno de los glaciares que ha mostrado un mayor retroceso es el Jorge Montt, con ca. 19 kilómetros durante el siglo pasado (Rivera et al., 2011) y una tasa de pérdida de hielo anual de ca. 1 kilometro en los últimos años (Rivera et al., 2012). Este flujo de agua dulce produce cambios en la hidrografía del fiordo adyacente (Moffat, 2014) y por tanto cambios en las características químicas y biológicas en la columna de agua, como ha sido observado en la composición de la comunidad microbiana (Gutiérrez et al., 2015). Suponiendo que las variaciones estacionales en la magnitud de la capa de agua de deshielo superficial representan escenarios contrastantes de derretimiento glaciar, se analizó la composición y distribución de esteroles a lo largo del fiordo para determinar una señal característica de la materia orgánica del agua de deshielo que de cuenta de su origen y permita estimar la importancia de la descarga de agua del glaciar como fuente orgánica para la columna de agua del sistema de fiordos y canales adyacentes.

Los esteroles son biomarcadores orgánicos específicos de eucariontes, frecuentemente utilizados para trazar el origen de la materia orgánica en ambientes acuáticos y sedimentos (Li et al., 1995; Wakeham et al., 1997). Estas moléculas son componentes estructurales de la membrana celular y tienen por función regular la fluidez y permeabilidad de la membrana en eucariontes (Stryer, 1997). La distribución de esteroles en el ambiente está determinada por la abundancia de los organismos precursores y su degradación, la que es controlada por procesos bióticos como la actividad enzimática extracelular, realizada por bacterias (Chróst, 1991) y Hongos (Gutiérrez et al. 2011), y abióticos como su oxidación por radicales libres (OH-) y radiación solar (Rontani, 2012). En altas latitudes, se han logrado identificar esteroles característicos de diatomeas (Volkman & Hallegraeff, 1987), dinoflagelados (Martins et al., 2002; Villinski et al., 2008), y material terrestre asociado a plantas vasculares (Wakeham et al., 1997) en agua y sedimentos, lo que indicaría la influencia de fuentes autóctonas (microalgas) y alóctonas (plantas vasculares) sobre la composición de la materia orgánica en ambientes sometidos a entradas de agua dulce. Los glaciares presentan una microbiota característica que incluye virus, bacterias y microalgas (Anesio et al., 2007), además son reservorios de la materia orgánica alóctona que es transportada por el viento y depositada en su superficie (Wharton et al., 1985). Así, el flujo de agua de deshielo puede representar una importante fuente de microorganismos y moléculas orgánicas hacia los fiordos adyacentes. Considerando la especificidad de esteroles como biomarcadores se propone identificar el potencial aporte de moléculas orgánicas desde el glaciar bajo diferentes escenarios de descarga de agua de deshielo e identificar la importancia relativa de éstas respecto a aquellas de origen autóctono.

Este estudio, que representa el primer reporte de esteroles en fiordos y canales patagónicos, incluye la información de cuatro transectas latitudinales realizadas en otoño, invierno, primavera y verano austral entre los años 2012 y 2013 en el fiordo adyacente al glaciar Jorge Montt, ubicado en el extremo norte del campo de hielo Patagónico Sur (Fig. 1). Se filtró aprox. 40 L. de agua superficial y de fondo a través de filtros de 0.7 µm previamente calcinados (4 h, 450 °C). Alícuotas de100 ml fueron almacenadas a -20° para el análisis de nutrientes por el método de espectrofotometría (Strickland & Parsons, 1960). Los filtros fueron también congelados para el análisis de esteroles. Adicionalmente, se filtró 1 L de agua para el análisis de clorofila-a por el método de fluorometría (Parsons et al., 1984). Los lípidos fueron extraídos con solventes orgánicos a alta temperatura y presión (en un “accelerated solvent extractor”, ASE 35). La fase que contiene los esteroles se separó del extracto total por polaridad en una columna cromatográfica la que se derivatizó con BSTFA)/pyridine (Bligh & Dyer, 1959). Alícuotas de 1 µL fueron inyectadas en un cromatógrafo de gases acoplado a un espectrómetro de masas (GC-MS) para su identificación y cuantificación. Se realizó un análisis de correlación de Spearman y además de un análisis de regresión para detectar los esteroles que explicaban la mayor variabilidad de la muestra y de la concentración total en cada periodo. Las características hidrográficas de la columna de agua se midieron utilizando un CTD RBR XR-200 Ruskin.

Los resultados del análisis de salinidad y temperatura en la columna de agua (Fig. 2) evidenciaron la presencia de una capa de agua fría (< 9 °C) y dulce (< 10 psu) que se extendió entre los 4 y 10 m de profundidad en los periodos de abril 2012 y noviembre 2013. Bajo la capa superficial un aumento en la salinidad y temperatura reflejó la menor influencia de agua dulce y por lo tanto una transición hacia aguas más marinas (26 a 34 psu). La estructura estratificada de la columna de agua observada es consistente con el patrón general de circulación en la Patagonia chilena (Silva et al., 1997; Silva et al., 2011). Variaciones estacionales fueron observadas en la extensión vertical y horizontal de la capa superficial de agua de deshielo proveniente del glaciar Jorge Montt. Así, en abril del 2012, esta capa fría (0.7- 3 °C) y de baja salinidad (2 - 5 psu) alcanzó 4 m de espesor y se extendió hasta aproximadamente 26 km desde la boca del glaciar hasta el canal Baker, lo que fue interpretado como un escenario de mayor derretimiento glaciar (Fig. 2, a y b). Contrario a esto el periodo de noviembre presentó una mayor temperatura superficial (hasta 11°C) y una mayor salinidad superficial (hasta 7 psu) y se interpretó como el escenario de menor deshielo (Fig. 2, c y d).


b

a


c



d

Fig. 1 Área de estudio, puntos rojos señalan los sitios de muestreo (48.1-48.3°S, 73.4-74.5°W).




Fig. 2. Sección Vertical de temperatura y salinidad en la zona de estudio durante abril 2012 (A, B) y noviembre 2013 (C, D).


group 24






Fig. 3 Distribución de la concentración total de esteroles (ng L-1) en aguas superficiales y de fondo a lo largo del fiordo durante todos los periodos (48.05-48.3°S).

Se identificaron 17 esteroles durante el período estudiado (Tabla 1). La concentración de esteroles en la columna de agua en todas las campañas varió entre 35,3 y 1726,2 ng L-1 (Fig. 3), estos valores se encuentran dentro del rango reportado para sistemas de altas latitudes como lagos de la antártica (Matsumoto et al., 1984; Matsumoto, 1989) y el océano austral (Green et al., 1992; Villinski et al., 2008). La mayor concentración de esteroles se observó en el mes de Marzo 2013 y coincidió con las máximas concentraciones de clorofila-a, mientras que la menor concentración se observó en ese mismo periodo en área del canal Baker, en el sitio más alejado del frente del glaciar. Se observó una correlación positiva significativa entre clorofila-a y la concentración de esteroles (Spearman= 0.4, p < 0.05), por el contrario la salinidad mostró una correlación negativa con la abundancia de esteroles (Spearman = -0.4, p < 0.05).

La composición de esteroles (Fig. 4) se caracterizó por una predominancia de colesterol (colesta-5-en-3β-ol, C27Δ5), Brasicasterol (24-metil-colest-5,22-dien-3β-ol, C28Δ5, 22), Metileno-colesterol (24-metilene-colest-5-en-3β-ol, C28Δ5, 24(28)), β-sitosterol, β-sitostanol (24-etil-colesterol, C29Δ5+ C29Δ0) y Fucosterol (Stigmasta-5,24(28)-dien-3β-ol, C29Δ5, 24(28)), los cuales representaron más del 70 y hasta 90 % en los periodos estudiados. La composición de esteroles varió estacionalmente, así en otoño (considerado el periodo de mayor deshielo) dominó β-sitosterol (alrededor del 50%) el cual ha sido identificado como indicador de aporte terrígeno por tener su origen en plantas vasculares (Li et al., 1995; Wakeham et al., 1997). En el periodo de menor deshielo fucosterol, un esterol identificado solo en organismos marinos (Lee et al., 2004), constituyó un 40% del total de esteroles, lo que sugiere la prevalencia de componentes autóctonos en épocas del año con menor influencia glaciar. En marzo de 2013, el periodo de mayor concentración de esteroles y clorofila-a, el metileno-colesterol fue el esterol predominante. Esta molécula ha sido identificada en microalgas marinas del grupo de las diatomeas (Kamenarska et al., 2003; Rampen et al., 2010). En agosto 2013, brasicasterol, también considerado un marcador de microalgas marinas y diatomas (Rampen et al., 2010), representó una mayor fracción en la zona cercana al glaciar, mientras que en la zona del canal Baker el β-sitosterol fue predominante.




Fig. 4. Composición de esteroles (% de los esteroles más representativos) en aguas superficial durante marzo 2013 (M), Noviembre 2013(N), Abril 2012 (A) y Agosto 2012 (AG). Los sitios de muestreo están numerados en orden creciente desde el área más cercana al glaciar hacia el Canal Baker.

CONCLUSIONES:

Nuestros resultados sugieren que la biomasa de fitoplancton (clorofila-a) contribuiría mayormente a la abundancia de esteroles en el fiordo adyacente al glaciar Jorge Montt durante el periodo de verano. Durante épocas de mayor deshielo se observó un aumento de la concentración de β-sitosterol (50%) en la zona del fiordo adyacente al glaciar, lo que indica una predominancia de esteroles que provienen de plantas vasculares. Esto sugiere que una fracción importante del material orgánico proveniente de eucariontes descargado por el agua de deshielo tendría una señal terrígena, y contrario en los periodos de menor deshielo la señal de esteroles de origen marino (metileno-colesterol y fucosterol) se hace más importante, lo que sugiere una predominancia de materia orgánica de origen autóctono (microalgas).

Considerando que el material terrígeno (en particular plantas) es considerado menos disponible que aquel producido in situ por microalgas, sugerimos que un eventual escenario de mayor deshielo puede modificar la biodisponibilidad de sustratos orgánicos y por lo tanto impactar la actividad heterotrófica y la composición de la comunidad microbiana de los fiordos patagónicos


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