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Los factores de estrés múltiple provocan una reorganización de la cadena alimentaria en los ecosistemas acuáticos

Investigadores del grupo de ecotoxicología de IMDEA Agua han demostrado por primera vez que la reorganización de las interacciones entre las especies que forman una comunidad es clave para entender su respuesta a los factores de estrés múltiple. El estudio ha sido publicado en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences y proporciona herramientas para entender como los contaminantes y otros factores de estrés ambiental, como aquellos relacionados con el cambio climático global, pueden afectar a las comunidades que habitan nuestros ríos y lagos a largo plazo.

La biodiversidad de los ecosistemas acuáticos se encuentra cada vez más amenazada por las presiones antropogénicas. Tales presiones pueden alterar la cantidad de especies que viven en un ecosistema, su biomasa total, así como su abundancia relativa. Diversos estudios han demostrado que, después de una perturbación puntual, el número de especies que componen una comunidad, así como su biomasa total, pueden recuperarse rápidamente, incluso después de una disminución significativa inicial. Sin embargo, no ocurre lo mismo con su abundancia relativa, la cual requiere un mayor tiempo para poder recuperarse o incluso puede no llegar a recuperarse en absoluto.

A menudo, las actividades antropogénicas resultan en impactos que son consecuencia de varios factores de estrés diferentes. Cuando estos factores de estrés actúan a la vez, pueden producir efectos aditivos (simple suma de sus efectos individuales), antagónicos (impacto menor que la suma de varios) o sinérgicos (impactos mayores que la suma de éstos). Estudios recientes demuestran que las interacciones no aditivas entre los factores de estrés están intrínsecamente relacionadas con el momento en el que se evalúan, lo que significa que pueden aparecer en una etapa posterior al inicio de la perturbación, o incluso después del cese de esta. Por ejemplo, a menudo se detectan efectos sinérgicos o antagónicos tardíos en ecosistemas naturales. Sin embargo, aún se carece de métodos adecuados para comprender qué procesos pueden estar impulsando los efectos no aditivos (a largo plazo) de los factores de estrés que afectan a las comunidades acuáticas. En el reciente trabajo llevado a cabo por el grupo de Ecotoxicología del Instituto IMDEA Agua se ha aplicado por primera vez un análisis cuantitativo basado en redes tróficas para tratar de dilucidar los mecanismos que impulsan la disimilitud entre las comunidades afectas por factores de estrés múltiple a largo plazo. Para ello se realizó un experimento siguiendo un diseño factorial en la estación de mesocosmos del instituto (Fig. 1). Dicho experimento contó con diversos factores de estrés: la aplicación de nutrientes constante (P y N, durante todo el tiempo experimental), y la aplicación de un insecticida (clorpirifós 1 µg/L) y un herbicida (diurón 18 µg/L). En dicho experimento se evaluó la respuesta de la comunidad acuática formada por fitoplancton, zooplancton y macroinvertebrados en tres momentos diferentes: antes de la aplicación de los pesticidas, en la fase máximo efecto, y en la fase de recuperación posterior a la exposición.
 

Estación experimental de mesocosmos ubicada en el Instituto IMDEA Agua. 
Fig. 1. Estación experimental de mesocosmos ubicada en el Instituto IMDEA Agua. 

Observamos que, en el momento de máximo efecto, el número de especies, la biomasa total y la estructura de la cadena trófica se vieron significativamente afectados por los factores de estrés aplicados de forma individualizada. En la fase de recuperación, el número de especies, la biomasa total y la estructura de la red trófica no mostró diferencias significativas en relación con el control. Sin embargo, la composición (multivariante) de la comunidad tratada por los pesticidas estudiados era significativamente diferente del control. Esto significa que las abundancias relativas de las diferentes especies todavía mostraban diferencias en comparación a las condiciones previas a la perturbación. De modo similar, también se observó que la fuerza de las interacciones entre las especies había sido modificada significativamente. Se deduce, por tanto, que la reorganización de la intensidad con la que las especies interactúan es un mecanismo clave que impulsa la disimilitud a largo plazo en la composición de las comunidades acuáticas afectadas por algún tipo de estrés. 

Además, los factores de estrés múltiple (insecticida y herbicida) interactuaron de forma no aditiva solo en la fase de recuperación, reduciendo el número total de especies y cambiando sus abundancias relativas. Tras analizar los cambios en la fuerza de las interacciones entre las especies en la fase de recuperación, se encontró que fueron modificadas significativamente por la mezcla de los pesticidas. Además, se descubrió que los flujos de energía salientes (nuestra forma de medir la fuerza de interacción entre las especies) en las comunidades afectadas por la mezcla de pesticidas estaban dominados (> 80 %) por especies basales, mientras que los principales depredadores disminuyeron tanto su biomasa como su presión depredadora sobre las especies situadas en niveles tróficos inferiores, lo que resultó en una reorganización completa de la fuerza de las interacciones que forman la comunidad acuática (Fig. 2). 

Representación de la red trófica y los flujos de energía en la fase de recuperación del experimento
Figura 2. Representación de la red trófica y los flujos de energía en la fase de recuperación del experimento. Tanto la red trófica como las interacciones entre las especies representadas muestran un cambio estructural y en la fuerza de las interacciones tras haber sido impactadas por diversos factores de estrés. N: nutrientes, I: insecticida, H: herbicida.
 

Francesco Polazzo, Tomás I. Marina, Melina Crettaz-Minaglia, Andreu Rico. Este estudio ha sido publicado en Proceedings of the National Academy of Sciences 119, no. 17 (Abril 26, 2022): e2117364119. https://doi.org/10.1073/pnas.2117364119.

Este trabajo ha sido realizado en el marco de los proyectos:

  • ECORISK2050 "Riesgos ecológicos de los productos químicos en el futuro". Proyecto financiado por el programa de investigación e innovación Horizonte 2020 de la Unión Europea bajo el acuerdo de subvención Marie Skłodowska-Curie Nº 813124.
  • CICLIC-ECOREST "Herramientas y tecnologías inteligentes para la evaluación del destino ambiental y el riesgo de los contaminantes en un escenario de cambio climático". Proyecto RTI2018-097158-A-C32 financiado por MCIN/AEI/10.13039/501100011033/ y por FEDER Una manera de hacer Europa.