Respuestas eco-fisiológicas de Daphnia frente a la radiación ultravioleta y variables ambientales - Wolinski, Laura Isabel (2019)
Los grandes lagos del norte de la Patagonia Andina se caracterizan por ser muy profundos, ultraoligotróficos y albergar especies zooplanctónicas con estrategias para enfrentar a bajas calidades y cantidades de alimento y altas radiaciones de luz. Por otra parte, en la región también se pueden encontrar numerosos pequeños lagos someros con características diferentes; ya que poseen una mayor concentración de materia orgánica disuelta que disminuye la penetración de luz. A pesar de los contrastes entre estos ambientes, ambos son sensibles a los cambios climáticos globales vinculados a incrementos en la Radiación Ultravioleta (RUV); lo que produce que los organismos exhiban respuestas frente a estos cambios. El objetivo de esta Tesis fue analizar las estrategias fisiológicas que poseen dos especies planctónicas del género Daphnia (D. commutata y D. dadayana) frente a escenarios actuales y futuros de incremento en la RUV en interacción con otros factores. Estas dos especies habitan ambientes contrastantes, D. commutata es característica de lagos profundos y transparentes mientras que D. dadayana de lagos someros y con mayor concentración de materia orgánica disuelta. Una vez que llega a la superficie de la Tierra y a un cuerpo de agua, una parte de la luz solar penetra la columna de agua atenuándose a medida que llega a mayor profundidad. Además de la propia molécula de agua, la materia orgánica disuelta y la particulada son los factores que mayor efecto ejercen en la atenuación de la luz. En particular, las longitudes de onda que comprenden entre los 280 y 380 nm se caracterizan por su gran reactividad con el agua y con moléculas orgánicas generando subproductos reactivos de oxígeno (EROs, ?especies reactivas de oxígeno?) que causan daño celular afectando a los organismos. El estrés oxidativo resulta del desbalance entre la manifestación de EROs y la capacidad biológica del sistema de neutralizarlos. Para hacer frente a este estrés, los organismos pueden exhibir diferentes estrategias. Dentro de ellas pueden aumentar sus defensas, como por ejemplo las enzimas antioxidantes o los pigmentos fotoprotectores, con la finalidad de neutralizar la reactividad de las EROs y su potencial daño celular. Esta Tesis fue organizada en 6 capítulos. En el primero se presentan e introducen los conceptos teóricos a analizar a lo largo del trabajo, las hipótesis planteadas y los objetivos generales y específicos. En el segundo capítulo se analiza en Daphnia commutata el efecto de la RUV en la actividad de una enzima involucrada en el proceso de muda. En el tercer capítulo se analiza también en D. commutata, el efecto interactivo de la RUV con la calidad de alimento y la temperatura sobre una enzima antioxidante (Glutation S-Transferasa, GST) y otra encargada de hacer disponible un nutriente limitante como el fósforo (fosfatasa alcalina). En el cuarto capítulo se analiza la respuesta enzimática antioxidante de Daphnia dadayana frente a la exposición a RUV y se evalúa la importancia de la melanina como pigmento fotoprotector. En el quinto capítulo se analiza también en D. dadayana si la respuesta a la RUV se afecta por el desarrollo de estructuras anti-depredatorias (yelmo). Por último, en el sexto capítulo se incluyen las conclusiones finales de la Tesis.La quitobiasa (QB) es una enzima encargada de degradar la quitina del exosqueleto en artrópodos para que pueda desprenderse adecuadamente de la nueva cutícula en el momento de la muda. En ese momento el zooplancton se encuentra expuesto y vulnerable. Por esta razón, en el segundo capítulo se evaluó el efecto de la RUV en la enzima QB y el consecuente efecto en el proceso de muda de D. commutata. Para llevar a cabo esto, se expuso a neonatos de D. commutata de la misma cohorte a 2 h de RUV por día durante 8 días y se extrajeron ejemplares a diario para las determinaciones de la actividad de la QB. Los resultados obtenidos indicaron que la RUV produce una desincronización, tanto para la actividad de QB como para la sincronización de la cohorte para mudar. También se observó una disminución en el crecimiento de los individuos expuestos a RUV en particular a los cuatro días de exposición. Este efecto de la RUV en la sincronización de la muda se podría ver reflejado, no sólo en el crecimiento, sino también en la reproducción, ya que los neonatos tendrían dificultades para poder salir del nuevo caparazón.Mediante un experimento de laboratorio se analizó cómo D. commutata responde a la combinación de factores de estrés utilizando la actividad de la fosfatasa alcalina (AFA) como un proxy del requerimiento de fósforo y a la Glutation-S-Transferasa (GST) como un biomarcador del estrés oxidativo. Los experimentos de laboratorio consistieron en criar durante una semana individuos de D. commutata desde neonatos con tres calidades de alimento (baja, media y alta) y a dos temperaturas distintas (10 ºC y 20 ºC). El día siete fueron expuestos a RUV y luego medir la actividad enzimática antioxidante (GST) y la respuesta en la AFA. Se observó que la calidad del alimento afecta las respuestas frente a factores de estrés, como la RUV y la temperatura. Los resultados mostraron que cuando D. commutata se encuentra con baja calidad de alimento y a una temperatura de 20 ºC se ve limitada su actividad antioxidante. Bajo estas condiciones se registró una baja capacidad de respuesta frente al efecto de la radiación ultravioleta en comparación con el mismo tratamiento con media y buena calidad de alimento. Por otra parte, también disminuyó la capacidad de adquirir fósforo del alimento (AFA) y este efecto se vio incrementado aún más por la exposición a RUV. En cambio, a 10 ºC, hubo una clara respuesta al incrementar la AFA en las calidades de alimento baja y media en comparación con alta calidad. La calidad del alimento resultó un factor muy importante para los escenarios futuros donde según las predicciones del cambio climático podría aumentar la temperatura y la incidencia de RUV en los ambientes acuáticos.Los pigmentos fotoprotectores son la primera barrera contra el posible daño causado por la RUV. En la región se observaron individuos melánicos de Daphnia, por lo cual en el cuarto capítulo se planteó analizar la respuesta plástica de aumento de la concentración de melanina vs la actividad de antioxidantes frente a la exposición a RUV. Para ello se expusieron o no (tratamiento y control) individuos del cladócero melánico D. dadayana desde neonatos, a RUV por 2 horas todos los días, durante una semana. A través de fotografías laterales se midió la intensidad del pigmento del caparazón de D. dadayana día a día y al finalizar el experimento se midió la actividad de GST para determinar el nivel de estrés oxidativo de D. dadayana. Los resultados mostraron que hay un incremento de la concentración de melanina en el tiempo cuando D. dadayana está expuesta a RUV, indicando el carácter inducible de esta defensa. Por otro lado, la actividad de GST no presentó diferencias significativas entre control y tratamiento de RUV. Este resultado podría estar reflejando la efectividad de la melanina que sintetiza D. dadayana ya que no hubo diferencias en la actividad antioxidante por exposición a las dosis de RUV suministradas.Las defensas frente a la depredación intra-zooplanctónica significan una inversión de energía sobre todo cuando involucran estructuras morfológicas, siendo éstas inducidas por señales químicas (kairomonas) que los depredadores liberan al medio. Daphnia dadayana fue registrada en la región patagónica con formas con o sin yelmo. En el quinto capítulo se planteó analizar si la producción del yelmo afectaba a la respuesta frente a la RUV a través de la actividad de GST. Para llevar a cabo este objetivo se expusieron hembras con huevos partenogenéticos a señal química del copépodo depredador Parabroteas sarsi para inducir la defensa morfológica en forma de yelmo en los neonatos. En primer lugar, se logró verificar que la presencia de P. sarsi efectivamente induce la formación de yelmo, lo cual explicaría la existencia de los dos morfos de D. dadayana en la naturaleza. En presencia de P. sarsi, D. dadayana incrementó su tamaño en un 25% debido al yelmo. Sin embargo, el costo de producir esta defensa no reveló diferencias significativas en la respuesta de GST cuando es expuesta a RUV.Las conclusiones generales de esta Tesis indican que la RUV condiciona numerosas respuestas en las poblaciones de Daphnia de Patagonia Norte sobre todo en aquellas especies no melánicas como D. commutata. Estos cladóceros habitan lagos profundos y transparentes y con presencia de depredadores visuales (peces), por lo tanto, el melanismo no es una estrategia posible frente a la RUV. A pesar que para evitar la exposición a la RUV permanecen durante el día en regiones profundas afoticas durante la noche también quedan expuestas a EROS generadas por la RUV durante el día. Por lo tanto, las respuestas frente al estrés de esta especie resultan vitales para el mantenimiento de las redes tróficas lacustres. En tal sentido, la RUV afecta el crecimiento de esta especie a través de la desincronización de la muda y las respuestas antioxidantes se vieron afectadas también por la temperatura y la calidad de alimento. En contraposición, las especies melánicas que habitan lagunas someras (D. dadayana) parecen exhibir un bajo grado de estrés frente a la exposición directa de RUV. Además, las estrategias morfológicas frente a la depredación intra-zooplanctónica no afecta sus niveles de respuesta frente al estrés lumínico. Por último, las actividades enzimáticas resultan biomarcadores muy sensibles para visualizar efectos celulares en el zooplancton y son una herramienta muy eficaz a la hora de determinar efectos sub-letales como los generados por la RUV y otros factores ambientales como los estudiados en este trabajo.