Influencia de los pingüinos barbijo (Pygoscelis antarctica) sobre la comunidad procarionte y el gremio de microorganismos diazotróficos en suelos de Isla Decepción, Antártica

Abstract

Los pingüinos transfieren (ej. mediante guano, huevos, etc) cantidades significantes de nutrientes y contaminantes desde el ecosistema marino al ecosistema terrestre. Las deposiciones de estas aves influencian fuertemente las propiedades fisicoquímicas del suelo, formando lo que se denomina como suelo ornitogénico, el cual es rico en nitrógeno combinado proveniente principalmente del guano en forma de ácido úrico. Estas condiciones pueden producir cambios en la estructura y composición de las comunidades microbianas de estos suelos, que son uno de los mayores reservorios de carbono y nitrógeno en el ecosistema antártico. En general, en los suelos sin influencia de pingüinos, el dinitrógeno (N2) puede ser convertido en amoniaco (NH3), en un proceso llamado fijación biológica de nitrógeno, el cual es realizado específicamente por los microorganismos denominados diazótrofos. Estos microorganismos presentan los genes nif, los cuales codifican para la enzima nitrogenasa, siendo el gen nifH el más conservado y por tanto utilizado como marcador de diversidad genética en estos organismos diazótrofos. En muchos de estos microrganismos, la fijación de nitrógeno es inhibida en presencia de altas concentraciones de NH3, por lo que los pingüinos podrían estar modulando la presencia y actividad de estas poblaciones a través de su contribución significativa al ingreso de nitrógeno combinado al ecosistema antártico. En esta tesis se utilizó como modelo de estudio la colonia de pingüinos barbijo (Pygoscelis antarctica) ubicada en Punta Descubierta, Isla Decepción, Antártica, para evaluar el efecto de los pingüinos sobre las comunidades procariontes y en particular el gremio de organismos diazótrofos del suelo. Para ello, se delimitó un transecto de trabajo de aproximadamente 1200 metros de distancia desde la pingüinera, considerando la presencia de vegetación como un factor propio del suelo, y por ello tomándose muestras tanto de suelo desnudo como con patrón de vegetación, donde se determinó la composición y estructura de la comunidad procarionte total, y el gremio de microorganismos diazotróficos en particular. Los resultados obtenidos de esta tesis, determinan que la presencia de la pingüinera efectivamente puede influenciar la comunidad procarionte presente en estos suelos, donde principalmente la presencia de NH4+ y NO3- impactan notablemente la estructura de esta comunidad en el suelo más cercano a la pingüinera. En el sitio más influenciado por la colonia de los pingüinos se observa una mayor abundancia de Proteobacterias y Bacteroidetes, mientras que presentan una disminución en la abundancia relativa de Acidobacteria y Gemmatimonadetes, los cuales se mantienen abundantes en el resto de los suelos del transecto. Además, predominan miembros de las familias Chitinophagaceae y Rhodanobacteraceae que pueden estar cumpliendo un rol en el proceso de desnitrificación de este suelo (en especial Rhodanobacter). Finalmente, al evaluar particularmente el gremio de organismos diazótrofos en estos suelos, se identifican secuencias anotadas como Nostocales, Frankiales, Burkholderiales y Clostridiales, que se encontraron en lugares específicos a lo largo del transecto. Algunas como los Clostridiales o Frankiales no están reportados en estudios antárticos previos como fijadores de nitrógeno, y por tanto su presencia se revela como una novedad en estos suelos. Los potenciales fijadores de nitrógeno observados en este estudio, se encuentran más abundantes en sitios a 200-300 metros de la pingüinera y no así en los sitios más distantes (400-1200 metros), reflejando una distribución no homogénea, donde los lugares intermedios (algunos con vegetación) reflejan el aumento de fijadores de nitrógeno, sugiriendo una mayor actividad de los mismos en estos suelos con menos aporte de nitrógeno combinado por parte de los pingüinos

Penguins transfer (eg through guano, eggs, etc.) significant amounts of nutrients and pollutants from the marine ecosystem to the terrestrial ecosystem. The depositions of these birds strongly influence the physicochemical properties of the soil, forming what is called ornitogenic soil, which is rich in combined nitrogen, mainly from guano in the form of uric acid. These conditions can produce changes in the structure and composition of the microbial communities of these soils, which are one of the largest carbon and nitrogen reservoirs in the Antarctic ecosystem. In general, in soils not influenced by penguins, dinitrogen (N2) can be converted into ammonia (NH3), in a process called biological nitrogen fixation, which is carried out specifically by microorganisms called diazotrophs. These microorganisms present the nif genes, which code for the nitrogenase enzyme, the nifH gene is the most conserved and therefore used as a marker of genetic diversity in these diazotrophic organisms. In many of these microorganisms, nitrogen fixation is inhibited in the presence of high concentrations of NH3, so the penguins could be modulating the presence and activity of these populations through their significant contribution to the entry of combined nitrogen to the Antarctic ecosystem. In this thesis, the chinstrap penguin colony (Pygoscelis antarctica) located in Punta Descubierta, Deception Island, Antarctica, was used as a study model to evaluate the effect of penguins on prokaryotic communities and in particular the guild of diazotrophic organisms of the soil. To do this, a working transect of approximately 1200 meters of distance from the penguin colony was delimited, considering the presence of vegetation as a factor inherent to the soil, and therefore taking samples of both bare soil and with vegetation pattern, where we determinate the composition and structure of the total prokaryotic community, and the guild of diazotrophic microorganisms in particular. The results obtained from this thesis determine that the presence of the penguin rookery can effectively influence the prokaryotic community present in these soils, where mainly the presence of NH4+ and NO3- notably impact the structure of this community in the soil closest to the penguin rookery. In the site most influenced by the penguin colony, a greater abundance of Proteobacteria and Bacteroidetes is observed, while this site presents a decrease in the relative abundance of Acidobacteria and Gemmatimonadets, which remain abundant in the rest of the soils of the transect. In addition, members of the Chitinophagaceae and Rhodanobacteraceae families predominate and may be playing a role in the denitrification process of this soil (especially Rhodanobacter). Finally, by particularly evaluating the guild of diazotrophic organisms in these soils, we identified sequences annotated such as Nostocales, Frankiales, Burkholderiales, and Clostridiales, which were found at specific location along the transect. Some, such as Clostridiales or Frankiales, are not reported in previous Antarctic studies as nitrogen fixers, and therefore their presence is revealed as a novelty in these soils. The nitrogen-fixing potentials observed in this study are more abundant in sites 200-300 meters from the penguin colony and not in the most distant sites (400-1200 meters), reflecting an not homogeneous distribution, where intermediate places (some with vegetation) reflect the increase of nitrogen fixers, suggesting a higher activity of the same in these soils with less combined nitrogen contribution from the penguins