Cambio Climático desenmarañando todos los puntos… Capacitación para Coaches de Conservación.
“Desenmarañando un sistema complejo: Alexandrium catenella ... · 230 Estaciones de muestreo...
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Dr. Leonardo Guzmán Méndez Centro de Estudios de Algas Nocivas (CREAN)
Departamento de Medio Ambiente
División de Investigación en Acuicultura Puerto Montt, 23 de agosto de 2017
Seminario Internacional Salud Pública y Mareas Rojas
“Desenmarañando un sistema complejo:
Alexandrium catenella y toxina paralizante”
ACCIONES OPERACIONALES, INVESTIGACIÓN
CIENTÍFICA
CONFIGURACIONES ESPACIO TEMPORALES
REGULARIDADES)
Expansión aparente de la distribución de
Alexandrium catenella, desde el sur hacia el
norte
Perfiles de la toxina paralizante según el
origen de A. catenella
Vinculación de la abundancia de A. catenella
y El Niño-Oscilación del sur (ENSO)
01/09/2017 3
0
10
20
30
40
50
60
70
PRIMAVERA VERANO OTOÑO INVIERNO
PO
RC
EN
TA
JE
36 casos fatales, la mayoría durante
los años noventa
Alrededor de 500 personas intoxicadas
1
12
23
Progress in Oceanography
Volume 129, Part A, December 2014, Pages 85-97
Diatoms and dinoflagellates macroscopic regularities shaped by
intrinsic physical forcing variability in Patagonian and Fuegian fjords
and channels (48°–56°S)
María Alejandra Paredes; Vivian Montecino; Vinka Anic; Miguel Egaña; Leonardo Guzmán
48.583 Km2
40°13’ – 43°03
109.444 Km2 43°38’ – 49°16’
-20
-40
-25
-30
-35
-45
-50
-55
-75 -71 -67
Los Lagos
Aysén
Programa de Manejo y Monitoreo de las Mareas Rojas en las regiones de Los Lagos, Aysén y Magallanes
230 Estaciones de muestreo
Monitoreo desde 2006
Magallanes
132.033 Km2
48°39’ – 56°32’
Ordenación nMDS de las estaciones de muestreo analizadas, obtenidas a partir de la matriz de
índices de similaridad euclidianas entre las variables ambientales promediadas mensualmente.
Normalise
Resemblance: D1 Euclidean distance
2D Stress: 0.1
Normalise
Resemblance: D1 Euclidean distance
Zonej
e
i
f
h
g
d
a
b
c
A01
A02
A03A04
A05
A05N1
A06
A07
A08
A09
A10 A11
A12
A13
A14
A16A17
A18
A19A20
A21A22
A23
A24
A25
A26
A27
A28
A29
A30
A31
A32
A33
A34
A35A36
A37
A38N1
A39A40
A41A42
A43A44
A45
A46
A47A48
A48N1
A49
A50A51
A52
A53
A54
A55
A56
A57A58
A59A60
A62L01
L02L02N1
L02N2
L02N3
L02N4
L03
L03N1
L04
L04N2
L04N3
L04N4
L05
L06
L06N1
L07
L08
L09
L10
L10N1
L10N2
L10N3
L11L12 L13
L14
L16
L16N1
L17
L17N1
L19
L19N2
L20
L20N1
L22
L22N1L22N2
L23
L23N1
L23N2
L24L24N1
L25
M01N
M04M05
M06
M07M08
M09
M10
M11M12M13
M14
M15M16
M17M18
M19M20
M21
M22
M23
M24
M24N
M25
M25N
M26M27M28M29
M29N1
M30M31
M32M33M34
M35
M36
M37
M38
M39
M40
M41M42
M43
M44M45M46
2D Stress: 0.1
Variables oceanográficas y meteorológicas
Los Lagos
Aysén
Magallanes
Fitoplancton Total
Non-metric MDSTransform: Square root
Resemblance: S17 Bray-Curtis similarity
A01
A02
A03
A04 A05A06A07 A08
A08N1
A09A10
A11
A12 A13A14
A15
A16
A17
A18
A18N1
A18N2
A18N3
A18N4 A19
A20
A21
A22
A23
A24A25
A26
A27
A28
A29
A30A31
A32
A33
A34
A35A36
A37
A38N1
A39A40A41
A42A43A44A45
A46
A47A48
A48N1A49
A50
A51A52A53
A54
A55A56
A57
A58
A59A60
A62
L01
L02
L02N1 L02N2
L02N3
L02N4
L03
L03N1
L04L04N2
L04N3
L04N4
L05
L06
L06N1
L06N2
L07
L08
L09
L09N1
L10
L10N1
L10N2
L10N3
L11
L12
L13
L13N1
L14
L16L16N1
L17
L17N1
L17N2
L19L19N1
L19N2
L19N3
L19N4
L20
L20N1
L21
L22L22N1
L22N2
L22N3
L23
L23N1L23N2L24
L24N1
L25
M01NM02N
M03N
M04M05
M06
M07
M08M09
M10 M11
M12M13
M14
M15
M16M17M18
M19
M20M21
M22
M23
M24
M24N
M24N1
M25
M25N
M26M27
M28
M29
M29N1
M30
M31M32
M33
M34M34N1
M35M36
M37
M38
M39M39C1
M39C3
M39N1
M39N2
M39N3
M40
M40N1
M41
M42
M43
M44
M44N1
M45
M46
M46N1
2D Stress: 0,16
Los Lagos
Aysén
Magallanes
Ordenación nMDS de las estaciones de muestreo analizadas, obtenidas a partir de la matriz
de índices de similaridad Bray-Curtis para el fitoplancton total promediado mensualmente.
PRIMER CASO
HIPOTESIS 1:
Si Alexandrium catenella ha estado presente en los
fiordos y canales en los últimos cientos de años,
entonces los sedimentos debieran mantener un registro
de los quistes de resistencia de este dinoflagelado,
registro que debiera estar presente desde Los Lagos
hasta la región de Magallanes
Expansión aparente de la distribución de
Alexandrium catenella, desde el sur hacia el norte
COBERTURA GEOGRÁFICA
FRECUENCIA
INTENSIDAD
Mehuin 39°
Islotes Mariotti 55°
2002 (1998)
2016 (2009)
Alexandrium catenella y Toxina
Paralizante de los Mariscos (TPM)
en aguas chilenas (Modificado de Guzmán et al., 2002)
Concepción
LOS LAGOS AYSÉN MAGALLANES
2002 ¿? 1972
2006 ¿? 1983
2009 1992 1986
2016 1994 1991
01/09/2017 11
1894 (octubre), 9 casos fatales (Peric, 1984)
1896, 4 casos nuevos (Benavides et al., 1994)
¿Pero A. catenella y TPM son
recientes en los fjordos chilenos?
Canal Beagle: dos grupos de yámanas
murieron a fines del siglo 19 con
sintomatología típica de intoxicación con
TPM, luego de consumir cholgas
(Aulacomya atra)
01/09/2017 12
Sureste de la Isla de Chiloé , los
quistes de resistencia de
Alexandrium catenella han sido
datados al menos desde 1930
¿Pero A. catenella es realmente reciente
en los fiordos y canales del sur de Chile?
(tomado de Salgado, 2011)
¿Cuáles son los hechos? • Expansión aparente sur norte en la distribución
geográfica de Alexandrium catenella (forma vege-
tativa), en los últimos 45 años
• Evidencias en el registro sedimentario (quistes) y
• Evidencias históricas (casos fatales y síntomas)
HIPOTESIS 1:
Si Alexandrium catenella ha estado presente en los
fiordos y canales en los últimos cientos de años,
entonces los sedimentos debieran mantener un registro
de los quistes de resistencia de este dinoflagelado,
registro que debiera estar presente desde Los Lagos
hasta la región de Magallanes (columna de sedimentos)
Estamos frente a una colonización o esta microalga ha
estado en los fiordos y canales desde hace cientos de años
SEGUNDO CASO
HIPOTESIS 2:
Los genes responsables de la expresión de los distintos
compuestos de la toxina paralizante de Alexandrium catenella
se manifestarían diferencialmente dependiendo del origen
geográfico de los taxones y los perfiles no estarían
modulados primariamente por condiciones ambientales, sino
por factores endógenos.
Perfiles de la toxina paralizante según el origen de
Alexandrium catenella
LOCALIDAD
L22N2 BAHÍA INÍO / CHILOÉ SUR
L24N1 I. GUAPIQUILÁN /CHILOÉ SUR
A50 TRONADOR / AYSÉN SUR
A08 I. FITZ ROY / AYSÉN SUR
A58 I. PORCIA / TORTEL
M19 BA. ISTHMUS / MAGALLANES NORTE
M44 PTO. NAVARINO / MAGALLANES SUR
Toxinas ACL22N2I09 ACL24N1I09 ACAC08I09 ACA50I08 ACA58I09 ACM19.3I09 ACM44I09
Neo STX 29,2 0,0 40,8 11,1 0,0 0,0 0,0
STX 19,2 0,0 36,1 13,4 30,4 12,6 0,0
GTX4 19,6 35,0 6,4 25,9 3,7 10,8 16,6
GTX1 0,0 0,0 0,0 1,9 0,0 0,0 0,0
GTX3 25,9 42,6 12,8 41,2 6,6 10,3 13,6
GTX2 5,5 12,3 3,8 6,6 2,7 2,1 2,2
C1 0,0 0,0 0,0 0,0 17,9 11,3 11,3
C2 0,7 10,1 0,0 0,0 38,8 52,9 56,3
Total 100 100 100 100 100 100 100
neoSTX+STX 48,3 0,0 76,9 24,5 30,4 12,6 0,0
GTXs 51,0 89,9 23,1 75,5 12,9 23,2 32,4
C1-C2 0,7 10,1 0,0 0,0 56,7 64,2 67,6
fmol cél-1 51 31 34 86 60 63 69
Composición porcentual del contenido de toxinas durante la fase exponencial en los clones estudiados (ordenados de norte a sur).
Toxinas ACL22N2I09 ACL24N1I09 ACAC08I09 ACA50I08 ACA58I09 ACM19,3I09 ACM44I09
Neo STX 11,3 16,8 13,4 13,4 0,0 0,0 0,0
STX 8,4 7,8 13,3 7,6 15,5 3,7 0,0
GTX4 31,1 34,9 20,1 28,3 6,4 14,6 14,8
GTX1 0,0 6,0 5,3 6,6 0,0 3,4 4,7
GTX3 39,9 28,1 37,4 34,7 10,9 12,1 11,8
GTX2 9,4 6,0 10,5 9,4 2,7 3,1 3,6
C1 0,0 0,0 0,0 0,0 13,3 6,5 6,9
C2 0,0 0,3 0,0 0,0 51,1 56,6 58,2
Total 100 100 100 100 100 100 100
neoSTX+STX 19,6 24,6 26,7 21,1 15,5 3,7 0,0
GTXs 80,4 75,1 73,3 78,9 20,1 33,2 34,9
C1-C2 0,0 0,3 0,0 0,0 64,4 63,1 65,1
fmol cél-1 61 30 47 58 51 59 55
Composición porcentual del contenido de toxinas durante la fase estacionaria en los clones estudiados (ordenados de norte a sur).
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
%
Fase exponencial
neoSTX+STX GTXs C1-C2
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
%
Fase estacionaria
neoSTX+STX GTXs C1-C2
Hay diferencias entre clones de
acuerdo a su composición y
contenidos en toxinas: según
Análisis de conglomerados y
escalamiento multidimensional
Esta ordenación geográfica de los clones,
derivada de la composición y contenidos
en toxinas, es aún más manifiesta al
representar mediante escalamiento
multidimensional (MDS), que muestra una
bondad de ajuste ideal ya que la
estimación del estrés = 0
¿Cuáles son los hechos? • No se aprecian diferencias significativas en el contenido de toxinas estimado por clon
entre ambas fases de crecimiento (Wilcoxon, P> 0,05).
• La composición porcentual de STX+NeoSTX, GTXs y C1+C2 por clon, muestra diferen-
cias entre las fases exponencial y estacionaria, y según el origen geográfico de los clones.
• El contenido de toxinas tiene una cierta relevancia, pero el tipo de toxinas es el que define
la toxicidad de cada clon.
• La toxicidad por clon no estuvo en función de la latitud como ocurre con la composición y
contenidos de toxinas, sino que dependiente del perfil y contenido de toxinas.
• Las dos cepas de Los Lagos presentaron una baja concentración de toxinas, entre 39 y
47 fmol cél-1, en tanto que aquellas de Magallanes mostraron un contenido medio entre
73 y 85 fmol cél-1.
Estamos frente a una microalga que presenta perfiles toxicológicos diferentes y distintas
cantidades de toxinas dependiendo de su origen geográfico. El Golfo de Penas parece ser un
hito geográfico HIPOTESIS 2:
Los genes responsables de la expresión de los distintos compuestos de la
toxina paralizante de Alexandrium catenella se manifestarían diferen-
cialmente dependiendo del origen geográfico de los taxones y los perfiles no
estarían modulados primariamente por condiciones ambientales, sino por
factores endógenos.
TERCER CASO
El Niño – La Niña, abundancia del fito-
plancton total, abundancia de A. catenella y
niveles de toxina paralizante en los mariscos:
Dos situaciones distintas:
a) Situación en el extremo sur de los fiordos
(área norte de la Magallanes): efectos por
teleconexión (El Niño 1997-98) y
b) Situación en el extremo norte de los
fiordos (región de Los Lagos, Isla de
Chiloé): efectos directos (El Niño 2015-16)
HIPOTESIS 3a:
• En el área norte de Magallanes, durante El Niño intensos
(e.g. 1997-98) la abundancia del fitoplancton y de A.
catenella, incrementaría, por aumento de la precipitación y de
la T° del aire (y del agua superficial), determinando una
mayor fusión de glaciares y un mayor aporte de nutrientes al
medio marino. Ello estaría determinado por teleconexión de
tipo atmosférica (climática). .
Efectos por teleconexión (El Niño 1997-98): región de
Magallanes
ENGRANAJES INTERCONECTADOS
TELECONEXIONES
El clima, oceanografía y El Niño
-3,0
-2,0
-1,0
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
1950
1952
1954
1956
1958
1960
1962
1964
1966
1968
1970
1972
1974
1976
1978
1980
1982
1984
1986
1988
1990
1992
1994
1996
1998
2000
2002
2004
2006
2008
2010
AN
OM
AL
ÍA
ES
TA
ND
AR
IZA
DA
AÑO
An MEI moda An SOI min An Fito prom
-3,0
-2,0
-1,0
0,0
1,0
2,0
3,0
1950
1952
1954
1956
1958
1960
1962
1964
1966
1968
1970
1972
1974
1976
1978
1980
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1984
1986
1988
1990
1992
1994
1996
1998
2000
2002
2004
2006
2008
2010
AN
OM
AL
ÍA
ES
TA
ND
AR
IZA
DA
AÑO
An MEI max An ab. rel. A. catenella
Rs MEI moda-Fito = 0.60; p = 0.007
Rs SOI min-Fito = -0.28; NS
Rs MEI max- ab. Rel. A. catenella =
0.61; p = 0.007
-3,0
-2,0
-1,0
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
1950
1952
1954
1956
1958
1960
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1974
1976
1978
1980
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1984
1986
1988
1990
1992
1994
1996
1998
2000
2002
2004
2006
2008
2010
AN
OM
AL
ÍA
ES
TA
ND
AR
IZA
DA
AÑO
An Tº prom An PP prom An Fito prom
-3,0
-2,0
-1,0
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
1950
1952
1954
1956
1958
1960
1962
1964
1966
1968
1970
1972
1974
1976
1978
1980
1982
1984
1986
1988
1990
1992
1994
1996
1998
2000
2002
2004
2006
2008
2010
AN
OM
AL
ÍA
ES
TA
ND
AR
IZA
DA
AÑO
An Tº prom An PP prom An ab. rel. A. catenella
Rs pp prom-Fito = 0.43, p = 0.007
Rs Taire ºC prom-Fito = 0.48; p = 0.044
R pp prom- ar A.catenella = 0.24, NS
R Taire ºC prom -ar A. catenella = 0.001, NS
HIPOTESIS 3a:
• En el área norte de Magallanes, durante El Niño intensos (e.g.
1997-98) la abundancia del fitoplancton y de A. catenella,
incrementaría, por aumento de la precipitación y de la T° del
aire (y del agua superficial), determinando una mayor fusión de
glaciares y un mayor aporte de nutrientes al medio marino. Ello
estaría determinado por teleconexión de tipo atmosférica
(climática).
.
¿Cuáles son los hechos? • En el área norte de la región de Magallanes se aprecian correlaciones
positivas entre las anomalías estandarizadas del índice MEI con la
abundancia del fitoplancton (P<0.05) y con la abundancia de Alexandrium
catenella (P<0.05).
• Las anomalías estandarizadas del nivel de precipitación registrado en Punta
Arenas y el promedio de la abundancia del fitoplancton presentan una
correlación significativa (P<0.05), no así con la abundancia de A. catenella
(P>0.05)
• Las anomalías estandarizadas muestran que la T°del aire durante 1997-98
en Punta Arenas fue 1° más alta, y en bahía Pecket, Estrecho de
Magallanes fue 0,9° más alta.
El Niño – La Niña, abundancia del fito-
plancton total, abundancia de A. catenella y
niveles de toxina paralizante en los mariscos:
Dos situaciones distintas:
a) Situación en el extremo sur de los fiordos
(área norte de la Magallanes): efectos por
teleconexión (El Niño 1997-98) y
b) Situación en el extremo norte de los
fiordos (región de Los Lagos, Isla de
Chiloé): efectos directos (El Niño 2015-16)
• 2015-16 El Niño (fase final)
• Centro Anticiclónico de Altas Presiones (desplazamiento hacia el sur)
• Inhibición del ingreso de frentes de mal tiempo, un verano benigno, alta irradiación, temperaturas más altas, periodo de calma, estabilidad de la columna de agua.
• Una mayor proporción de vientos del sur
• Surgencia costera, enfriamiento de aguas superficiales
• Enriquecimiento con nutrientes de las aguas costeras • Alta productividad (Intensa floración de diatomeas)
• Relajación de la surgencia
• Sucesión fitoplanctónica
• Floración de Alexandrium catenella en la costa expuesta al océano
Pacífico, ingreso desde el norte de Aysén y sur de Chiloé
• Transporte hacia el norte de A. catenella por procesos advectivos
MANDALA OF MARGALEF
HIPOTESIS 3b: floración de Alexandrium catenella 2016
por la costa expuesta al océano Pacífico
MANDALA DE MARGALEF
Turbulencia
Nu
trie
nte
s
Diatomeas
Dinoflagelados
Floración
dinoflagelados
Vacío
CENTRO ANTICICLÓNICO DE ALTAS PRESIONES
ENOS: EL NIÑO OSCILACIÓN DEL SUR
PERÍODOS NO ENOS ENOS 2015-16
CALBUCO
Intensidad del viento e irradiación solar
Promedios mensuales de Enero
Velocidad del viento costa afuera (ms-1)
Irra
dia
ció
n s
ola
r P
ata
go
nia
(W
m-2
)
Figura de R. Garreaud
Ubicación -45°S -75° W
Período 1948-2016
Símbolo rojo es Enero de 2016
Datos: re-análisis NCEP-NCAR
GFS vientos para Marzo - Abril
2016
Anomalías positivas de TSM generadas por El Niño durante el verano, evidencian mayor radiación
solar, menor precipitación, estabilidad en la columna de agua. A partir de marzo la surgencia costera
mantiene la alta productividad. Se generan condiciones favorables para una floración nociva.
+1
+1
Nov 15 Dic15 Ene 16 Feb 16 Mar 16
EVIDENCIAS AMBIENTALES QUE GATILLAN FAN
Espinoza et al., 2016
MA
ND
AL
A O
F M
AR
GA
LE
F H
IPÓ
TE
SIS
FL
OR
AC
IÓN
20
16
ENOS 2015-16 (El Niño)
CENTRO ANTICICLÓNICO DE ALTAS PRESIONES (desplazamiento hacia el sur)
INHIBICIÓN DEL INGRESO DE FRENTES DE MAL TIEMPO (un verano benigno: alta irradiación, temperaturas más altas, estabilidad de la columna de agua, vientos menos intensos, pero aumenta proporción de vientos del sur)
SURGENCIA COSTERA (Enfriamiento de las aguas de las capas superficiales, Enriquecimiento con nutrientes de las aguas costeras)
ALTA PRODUCTIVIDAD (Intensa floración de diatomeas, alta producción actual)
RELAJACIÓN DE LA SURGENCIA
SUCESIÓN FITOPLANCTÓNICA
En la fase final de la sucesión FLORACIÓN DE A. catenella EN LA COSTA EXPUESTA AL OCÉANO PACÍFICO (y luego, la microalga es transportada hacia el norte por procesos advectivos)
Leonardo Guzmán Méndez
Oscar Espinoza González
Pamela Carbonell Arias
Rodrigo Martínez González
Valentina Besoaín Meneses
Jorge Mardones Sánchez
Gemita Pizarro Nova
Elías Pinilla Matamala
Ximena Vivanco Tapia
María José Calderón Nash
Loreto López Rivera
Luis Iriarte Bustamante
Verónica Muñoz Ojeda
Hernán Pacheco Valle
Cesar Alarcón Zapata
Carolina Toro Ruiz
María Fernanda Cornejo Acevedo
Julia Cáceres Chamizo
Gissela Labra Holzapfel
Mauricio Palma Alarcón
Héctor Tardón Sepúlveda
Lorena Ramirez Epple Karen Correa Sepúlveda
Roberto Raimapo Raimapo
Adán Navarro Vera
Pedro Calabrano Miranda
Raúl Hernández Torres
Jorge Toro Mancilla
Manuel Moya Vega
César Loncón Lemus
Patricio Salas Salas
Sergio Martínez Sistac
José Ojeda Millaldeo
MUCHAS GRACIAS
Nicole Pesse Lastra
MUCHAS GRACIAS