UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SANTA Departamento de Biología, Microbiología y Biotecnología

1. UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SANTADepartamento de Biología, Microbiología y Biotecnología Curso de Biología Acuática Blgº Rómulo Loayza Aguilar Diciembre, 2013 Chimbote

2. Marco referencial Se abarca las principales formas de vida de las comunidades acuáticas, planteándose desarrollar los tópicos referidos a las comunidades planctónica, bentónica y nectónica en un primer curso denominado Biología Acuática I y lo concerniente a organismos transformadores, biodiversidad y conservación de la biodiversidad, en un segundo curso denominado Biología Acuática II. Contenido Biología Acuática I UNIDAD I : Comunidad planctónica UNIDAD II : Sistema bentónico UNIDAD III: Comunidad nectónica Biología Acuática II UNIDAD I : Organismos reductores UNIDAD II : Biodiversidad UNIDAD III : Conservación de los recursos naturales Dirigido para: Estudiantes de la Escuela de Biología en Acuicultura que hayan desarrollado los cursos de Oceanografía y Limnologia

3. Docente Rómulo Eugenio Loayza Aguilar Biólogo Pesquero Magister Scientiarum en Ciencias Marinas Profesor Principal adscrito al Departamento de Biología, Microbiología y Biotecnología Facultad de Ciencias Universidad Nacional del Santa Av. Pacifico 508, Urb. Buenos Aires, Nuevo Chimbote, Perú e-mail: rloayza@uns.edu.pe

4. Curso de Biología Acuática II Unidad I Organismos reductores diciembre, 2013 Chimbote

5. Primera semana Organismos reductores, generalidades. Componentes. Características generales de las bacterias y su importancia.

6. fitoplancton un primer paso se produce el desmenuzamiento de la MO gruesa animales animales mineralización de la MO reductores una parte importante de esa materia pasa a formar parte del sedimento la comprensión de las interacciones complejas entre la biota del agua y el C orgánico es de vital importancia para entender la estabilidad del ecosistema y la acuicultura sostenible

7. cultivo de truchas en jaulas 100 kg alimento productividad primaria consumido no consumido (NO3, PO4) heces material soluble peces, otros resuspensión organismos bentónicos remineralización sedimento

9. aporte de nutrientes por la actividad piscícola equilibrio de masa de la producción de desechos capacidad de carga? profundidad del agua cantidad de desechos producidos velocidad y dirección de las corrientes relieve del fondo actuación bacteriana sedimento

10. cultivo intensivo de “tilapia roja” en jaulas

11. producción residuos sólidos por el cultivo en estanques restos de alimento heces bactericidas lodo incremento SST aporte de nutrientes, eutrofización determinación de los LMP? resistencia bacterias nativas?

12. boyas linternas pearl net líneas materia orgánica valvas biofouling producción de residuos sólidos en los sistemas de cultivo de “concha de abanico” “concha de abanico” biofouling biodeposiciones

13. módulo de producción de 100 ha 300 líneas ~ 9,0 x 106 org. captación de semilla colectores, 500 org. por bolsa 1 mes, hasta 5 mm cultivo intermedio 2 “desdobles” en 6 meses 60 - 80 org. piso-1, 35 – 40 mm 40 - 50 org. piso-1, 48 – 50 mm cultivo final 30 org. piso-1, hasta > 650 mm 300 org. por linterna peso promedio org. ~ 120 g 1 organismo produce biodeposiciones en ~ 3,9 veces su peso en periodo cultivo 1 modulo producción 1080 t por campaña aprox. 14 meses 1 campaña se produce 4212 t de heces y pseudoheces

14. producción de materia orgánica por organismos en cultivo y biofouling?

15. descomponedores de la materia orgánica provocan la descomposición de la materia muerta mediante digestión externa y se alimentan de los fluidos generados por dicha digestión actividades: desintegración, fermentación, putrefacción los típicamente descomponedores son los hongos, actinomicetos y bacterias: saprofitos los detritívoros, se alimentan de detritos, es decir, de materia muerta proveniente de la descomposición protozoarios , milpiés, caracoles, poliquetos, pequeños gusanos, lombrices de tierra, etc.

16. detritívoros de ambientes acuáticos

17. hongos realizan digestión externa de sus alimentos, secretando enzimas, y que absorben luego las moléculas disueltas resultantes de la digestión: alimentación osmotrófica no son fotosintetizadores degradadores de polímeros vegetales (celulosa) dominantes en ecosistemas terrestres pueden ser saprofitos, parásitos y simbiontes viven en lugares húmedos, con abundante materia orgánica en descomposición y ocultos a la luz del sol también en medios acuáticos o en el interior de otros organismos vivos, parasitándolos

18. hongos acuáticos degradan proteínas, azúcares, almidón grasas, pectinas, hemicelulosa, celulosa, lignina y quitina (saprofitos) Chytridiales y Saprolegniales Saprolegnia algunos son parásitos y controlan las poblaciones algales Rhyzophydium no fijan nitrógeno atmosférico aerobios estrictos Rhodotorula sp. anaerobios facultativos Mucor sp. anaerobios estrictos Neocallimastix sp.

19. hongos marinos importantes intermediarios en el flujo de energía entre el material detrítico y los niveles tróficos superiores en los ecosistemas marinos, aunque muchos son parásitos unas 500 especies halófilas moderadas y halotolerantes, mayoritariamente Ascomicetos Labyrinthula se encuentran asociados a algas y plantas marinas (parásitos, comensales o mutualistas) Torpedospora radiata Labyrinthula

20. levaduras unicelulares crecimiento mucoide en medio de cultivo (aspecto similar a bacterias) reproducción sexuada y/o asexuada reproducción asexuada por gemación o fisión binaria reproducción sexuada por ascosporas o basidiosporas e.g.: Saccharomyces cerevisiae en ambientes acuáticos, la mayoría de las levaduras crecen en condiciones sub-óptimas, requiriendo de sedimentos, detritos o asociarse a organismos acuáticos en el ambiente marino hasta 4000 mbnm

21. actinomicetos fueron considerados grupo intermedio entre hongos y bacterias actualmente se consideran bacterias por sus características de procarionte especializados degradar polímeros como quitina, celulosa y hemicelulosa promueven la descomposición de plantas, algas macroscópicas y microscópicas forman filamentos que se ramifican algunos géneros desarrollan micelios Streptomyces Nocardia más del 70 % de los antibióticos comerciales provienen del los actinomicetos producen vitaminas B12, biotina, niacina, tiamina antibióticos estreptomicina, aureomicina, neomicina pigmentos pueden generar geosmina, 2-metil-isoborneol y otras sustancias, que confieren sabores y olores desagradables al agua de consumo

22. bacterias organismos unicelulares, protistos, de tamaño variable, entre 0,2m y 50m reproduccion por biparticion binaria

23. características generales relativamente simples y unicelulares fueron las primeras formas de vida sobre la Tierra tiene amplia distribución: aire, tierra, agua, aguas con temperaturas extremas pueden ser fotosintéticas, quimiosintéticas, heterótrofas (mayoría) pared celular de peptidoglucanos (proteína-carbohidratos) sin organelos con membrana ADN en forma de anillos (plasmidos), sin envoltura nuclear no hay formación de cromosomas

24. algunas bacterias poseen tanto flagelos como pili función de los pilis: fijación algunas muestran un pili sexual (participa en la conjugación: transferencia de genes) y pilis convencionales intercambio genético a tres bandas entre bacterias

25. morfología

26. la motilidad mediada por el flagelo, le permite girar por medio de un motor molecular localizado en la base del filamento velocidad de desplazamiento entre 20 y 30 veces el tamaño de su cuerpo por segundo pueden llegar hasta 200 µm s-1 cuando el flagelo rota a la izquierda, la bacteria se desplaza en una corrida, y cuando el flagelo rota a la derecha, la bacteria se reorienta por lo que se puede detectar un comportamiento consistente de corridas interrumpidas por paros E. coli v = 30 m s-1

28. importancia alrededor de 5-10 *106 especies saprofitas (benéficas = descomponedores) síntesis de vitaminas, enzimas y antibióticos equilibrio ecológico flora natural del cuerpo control de fitopatogenos industria de alimentos: yogurt solubilización de minerales absorción y translocación de nutrientes producción de compuestos promotores del crecimiento agregado y estabilidad del suelo algunas causan enfermedades Vibrio cholerae, Salmonella spp., Shigella spp., E. coli, S. aureus, Pseudomonas, Leptospira

29. fijación biológica de nitrógeno (FBN) nódulos en raíces conteniendo Rhizobium fijación de nitrógeno por Rhizobium sobre los radicales de leguminosas

30. formación de mantillo colonizadores pioneros de sustratos forman consorcios microbianos que producen efectos sinérgicos incapaces de ser originados por las especies en forma aislada MO bacterias microalgas protozoarios balanus, mejillones, esponjas corrosión, obstrucción

31. los microorganismos que sustentan la vida en el planeta reciclan los nutrientes: ciclos biogeoquímicos son fuente de energía y nutrientes para otros organismos

32. en el “microbial loop” las bacterias heterotrofas y el resto del picoplancton son predados por flagelados y ciliados disponible para organismos moluscos, crustáceos, gusanos, etc. “microbial loop” fracción importante de la MOD disponible para niveles tróficos superiores ingresa al sistema a través del consumo por bacterias que son predadas posteriormente por flagelados y ciliados producción de auxinas, vitaminas, antibióticos MOD ácido glucólico, carbohidratos, polisacáridos, aminoácidos, péptidos, fosfatos orgánicos, enzimas, vitaminas, inhibidores y toxinas protoplasma bacteriano 10 a 100 veces mas que fitoplancton

33. conocimiento de medios extremos obtención de productos (enzimas, antibióticos, antitumorales...) investigación espacial estudios sobre el origen de la vida biodegradación y reciclaje depuración de aguas residuales tratamiento de residuos sólidos alteración microbiana de alimentos biodeterioro de materiales biodegradación de productos recalcitrantes aprovechamiento económico y aplicaciones agrícolas producción de energías alternativas renovables biominería y recuperación de metales obtención de alimentos y suplementos de la dieta aplicaciones agrícolas (micorrizas, fertilizantes,..) control biológico de plagas

34. bacterias indicadoras de calidad de agua coliformes fecales: indican contaminación fecal aerobias mesófilas: determinan efectividad del tratamiento Pseudomonas: señalan deterioro en la calidad o recontaminación coliformes habitan el tracto intestinal de mamíferos y aves fermentan lactosa a 35°C Escherichia, Klebsiella, Enterobacter, Serratia, Citrobacter, Edwardsiella coliformes fecales incluye a coliformes de origen exclusivamente intestinal con capacidad de fermentar lactosa a 44,5 °C indicadoras de contaminación de origen intestinal E. coli es el indicador universal coliformes totales incluye a coliformes de cualquier origen indicadoras de contaminación sin asegurar su origen

35. biotransformación y biodegradación son capaces de degradar y/o remover tóxicos como: crudo y derivados de petróleo degradar y/o remover tóxicos como: pesticidas fertilizantes polímeros naturales y sintéticos combustibles y derivados detergentes compuestos alifáticos clorados (TCE tricloroetileno, PCE percloroetileno), PAH (Hidrocarburos poliaromáticos), PCB (Hidrocarburos aromáticos clorados) metales pesados bacteria reportera – biosensor bacterias del género Pseudomonas son utilizadas como microorganismo bioreportero porque fue diseñada para emitir fluorescencia cuando metaboliza algunos hidrocarburos aromáticos como naftaleno (ORNL)

36. problemática estudio bacterias acuáticas cultivos en barcos tomas de muestras a gran profundidad técnicas de laboratorio comunes, son inadecuadas para bacterias acuáticas control y manejo de la temperatura y presión cultivos de bacterias marinas: elementos químicos, ósmosis mayor atención a bacteriología medica, del suelo, genética, fisiológica

37. Segunda semana Las bacterias acuáticas: diversidad ecológica y metabólica

38. diversidad ecológica habitan aguas dulces, estuarinas, marinas, saladares, termales adaptadas a amplias variaciones de temperatura, presión, salinidad, pH bacterias marinas la mayoría requieren concentraciones específicas de Na+ (33-35 g l-1) son halófilos moderados la mayoría psicrófilas o psicrotróficas (el 90-95 % del medio marino tiene temperaturas inferiores a 5 ºC) capaces de crecer a muy bajas concentraciones de nutrientes algunos han de soportar presiones hidrostáticas enormes (barófilos o barotolerantes)

40. Thiobacillus sp. y Cyanidium sp. (alga), pueden crecer a pH 0 Sulfolobus acidocaldarius Sulfolobus es un termófilo extremo de manantiales ácidos volcánicos, con temperaturas entre 60º - 95 ºC y pH 1 a 5

41. viven en ambientes naturales como el Mar Muerto, el Great Salt Lake (Colorado USA), o salineras, donde la concentración de sal es muy alta (hasta 5 molar o 25 por ciento de  NaCl) Halobacterium salinarium es una halofila extrema crece a  4 - 5 M NaCl pero no por debajo de 3 M NaCl Mar Muerto en anchoita (Engraulis anchoita) salada-maduradas, se han encontrado bacterias halófilas 71 % de las colonias fueron halófilas extremas (3,0-5,0 M; 18-30% ClNa) 31% Halococcus sp.; 15% Haloferax sp., 5% Halobacterium sp. y 7% Haloarcula sp. 30% tienen actividad proteolítica, 30% lipolítica y 15% proteolítica y lipolítica

42. requerimiento de oxigeno aerobias aerobios estrictos requieren oxígeno en concentraciones similares a la atmosférica (20%) microaerófilas requieren tensiones de oxígeno inferiores a la atmosférica (2 al 10% de O2) microaerófilas estrictas microaerófilas condicionales se comportan como microaerófilas sólo cuando crecen usando determinadas fuentes de energía química o de nitrógeno anaerobias estrictas el oxígeno es tóxico ya que carecen de catalasa y peroxidasa y no pueden eliminar los productos nocivos resultantes del oxígeno (Clostridium, arqueobacterias metanogénicas) o realizan fermentación o respiración anaerobia aerotolerantes presentan un metabolismo anaerobio, pero soportan el oxígeno ya que poseen enzimas detoxificadoras bacterias del ácido láctico: Streptococcus, Leuconostoc, Lactobacillus fermentativos anaerobios facultativos pueden realizar metabolismo aerobio o anaerobio, dependiendo del ambiente y la disponibilidad de aceptores finales de electrones enterobacterias como Escherichia coli

43. materia orgánica transformación medio aeróbico medio anaeróbico CO2 H2O sales citoplasma bacteriano NO3 CH4 NH3 H2S mercaptanos citoplasma bacteriano * Si descarga de MO muy alta, medio anaeróbico

44. formas de vida eubacterias tamaño promedio oscila entre 1 y 10 micras adaptadas a vivir en ambientes terrestre y acuático arqueobacterias fósiles vivientes hábitat muy especiales, parecidos a la primitiva Tierra e.g.: ambientes termales Pyrococcus furiosus, temperatura óptima de crecimiento a 104 ºC en fumarolas, en medios halófilos ( medios muy salados)... autótrofas fuente de carbono CO2 fotosintéticas fuente de energía la luz quimiosintéticas fuente de energía la que desprenden ciertos compuestos al oxidarse ( reacciones redox ) heterótrofas fuente de carbono: compuestos orgánicos saprobiontes viven sobre la materia orgánica muerta comensales asociados a otros organismos parásitas simbiontes

46. infrarrojo infrarrojo

47. desde el punto de vista biosintético fotótrofas crecen sintetizando sus materiales a partir de sustancias inorgánicas sencillas fotoheterótrofas su fuente de carbono es orgánica organotrofas requieren compuestos orgánicos (hidratos de carbono, hidrocarburos, lípidos, proteínas, alcoholes...) quimiolitotrofas aquellas que sólo requieren sustancias inorgánicas sencillas (SH2 S0, NH3, NO2-, Fe, etc.) fuentes de C mas comunes

48. diversidad metabólica de las bacterias

49. Tercera semana Participación de las bacterias acuáticas en los procesos de remineralización de la materia

50. a. bacterias autótrofas fotosintéticas CO2 + H2X (CH2O)n + H20 + X CO2 + H2O (CH2O)n + H20 + 02 CO2 + H2S (CH2O)n + H20 + S