ADN ambiental y sus aplicaciones en la evaluación de conectividad en ecosistemas acuáticos

Abstract

Los ríos son un recurso fundamental para la sociedad. A lo largo de la historia, el ser humano ha establecido sus poblaciones en el entorno de los ecosistemas fluviales para su aprovechamiento y la obtención de agua, energía y otros servicios ecosistémicos. Por ello, los ríos están entre los ecosistemas más explotados del planeta. Los impactos antropogénicos sufridos por los ecosistemas fluviales han producido en ellos una serie de cambios tanto a nivel biológico como fisicoquímico. Entre las alteraciones antropogénicas cabe destacar la fragmentación del hábitat debida a la construcción de barreras, como presas y embalses, que desde mediados del siglo XX son un componente fundamental de los programas de gestión del agua, pero suponen una gran amenaza a la conservación de las especies fluviales. La interrupción de la conectividad fluvial afecta al movimiento de materia, energía y organismos, teniendo gran impacto tanto en la calidad del agua como en la biodiversidad. El mayor impacto que sufren los ecosistemas fluviales a nivel mundial es la construcción de grandes presas y embalses, aunque las pequeñas barreras también pueden afectar de manera muy significativa a la conectividad fluvial y la calidad del agua. Esta Tesis se centra en primer lugar en el desarrollo de herramientas basadas en ADN ambiental para su aplicación en el seguimiento de la calidad del agua fluvial, cumpliendo así con los requisitos de la Directiva Marco del Agua (DMA; 2000 CE). El uso del ADN ambiental, que implica un muestreo no invasivo, consiste en el seguimiento de las especies a través de los restos de ADN que dejan en el medio ambiente (agua, suelo o sedimentos) fruto de su actividad fisiológica y su interacción con el mismo. Se ha elegido el índice IBMWP (Iberian Bio-Monitoring Working Party), basado en la presencia de familias de macroinvertebrados y estandarizado dentro de los términos de la DMA, para su implementación en muestras ambientales. Se ha utilizado el método de secuenciación de última generación (Next Generation Sequencing, NGS) en ADN extraído de muestras de agua y se han comparado los resultados con los obtenidos mediante métodos convencionales de muestreo e identificación de visu de los macroinvertebrados. Los resultados obtenidos a partir de ambos métodos están significativamente correlacionados, y los datos de ADN ambiental permiten distinguir entre zonas fluviales contaminadas y no contaminadas, confirmando que esta técnica resulta apropiada para la evaluación biológica de la calidad de agua en los ríos. El ADN ambiental y las técnicas de NGS se emplearon para la evaluación biológica de la calidad del agua en el Río Nalón (Asturias, Cornisa Cantábrica), que resultó ser menor en los tramos afectados por embalses que en los tramos libres. La composición de familias de macroinvertebrados encontrada fue diferente aguas arriba y aguas abajo de los embalses. El incremento progresivo de biodiversidad aguas abajo esperable en un río íntegro sin alteraciones no se ha encontrado, ya que las zonas localizadas entre embalses mostraron un nivel severo de degradación. Los resultados de este estudio basados en ADN ambiental han demostrado el impacto que suponen los grandes embalses, tanto en la calidad del agua como en la conectividad fluvial. Las zonas de interés para la conservación se definen legalmente como espacios naturales protegidos para reducir los impactos antropogénicos sobre ellas. Europa posee una de las redes de espacios protegidos más amplia, la Red Natura 2000. En esta Tesis se han aplicado técnicas basadas en ADN ambiental dentro del espacio Natura 2000 Reserva de la Biosfera y Parque Natural de Redes (Asturias, España), en el cual se incluyen dos grandes presas. Se usaron técnicas de PCR cuantitativa (qPCR) y de PCR-RFLPs para el seguimiento de las especies de salmónidos. La qPCR resultó tener una alta sensibilidad, revelando la presencia de ADN de la trucha exótica Oncorhynchus mykiss en agua corriente y siendo capaz de detectar la trucha nativa Salmo trutta en zonas donde la técnica de PCR-RFLP resultó ineficaz. El ADN ambiental también confirmó la existencia de escapes de piscifactorías de trucha arco iris (Oncorhynchus mykiss) dentro de la zona protegida en estudio. También dentro de esta Reserva de la Biosfera de Redes se emplearon técnicas de muestreo convencionales como la electropesca, y se contó con la colaboración de pescadores locales que aportaron muestras de sus capturas deportivas. Combinando estos datos junto con análisis de ADN ambiental, se pudo demostrar la existencia de introducciones ilegales de especies exóticas de peces dentro del Parque Natural. Además, se ha visto que las especies de Ciprínidos introducidas se encuentran en expansión, probablemente debido a una combinación del aumento de temperaturas debido al cambio climático junto con repetidas sueltas ilegales de peces. Los estudios realizados en esta Tesis permiten la recomendación de una serie de acciones para la gestión de los ecosistemas fluviales. La más sencilla es evaluar sistemáticamente los ecosistemas fluviales, vigilando tanto la calidad del agua como la introducción de especies. Una metodología basada en ADN ambiental similar a la empleada en este trabajo podría utilizarse en primera instancia como método exploratorio de elección, ya que es una técnica no invasiva y proporciona una visión global de la biota. Al aplicarla en muestras de agua del río se encuentra ADN no sólo de especies acuáticas obligadas, sino también de especies terrestres que viven en la cercanía del río, lo que sugiere que se podrían hacer evaluaciones a mayor escala espacial con un esfuerzo de muestreo relativamente pequeño. Otra recomendación que se desprende de los resultados de esta Tesis es la necesidad de un mayor control para evitar escapes de piscifactorías dentro de las áreas protegidas. Finalmente, la restauración de la conectividad mediante escalas para especies migratorias sería la principal medida de gestión recomendada para el mantenimiento de la biodiversidad, a la vista de los resultados obtenidos. Este trabajo constituye un ejemplo de la utilidad potencial del ADN ambiental para la evaluación sistemática de los ecosistemas fluviales. Aunque aún hay que validar y estandarizar las técnicas de análisis en diversos aspectos, como la mejora de las bases de datos de referencia y de paneles de cebadores con amplio espectro taxonómico, se espera que los desarrollos futuros del ADN ambiental permitan su aplicación en numerosas áreas que van desde la evaluación de la conectividad hasta los inventarios de biota en espacios protegidos, e incluso en genética de poblaciones.