Introducción
A través de una revisión de diversos estudios, expongo mi opinión científica sobre la instalación de boyas de ultrasonido para el control de la proliferación de algas en el lago de Coatepeque, un lago volcánico tropical. Esta opinión toma en cuenta la estructura y función que tienen las algas en los lagos, desde un punto de vista de la ecología de comunidades, la participación que tienen en la productividad primaria autóctona y de su ecofisiología en los ciclos biogeoquímicos del agua, su aporte energético en las redes tróficas, la función que tienen en la dinámica hídrica de los ambientes lagos y lagunas y su uso como indicadores biológicos.
Las algas son un grupo de organismos muy diversos que viven en sistemas acuáticos como ríos, lagos y mar. Pueden ser de tamaño muy pequeño (microscópicas) o formar grandes colonias y por tanto verse a simple vista (macroscópicas). También pueden estar constituidas por una sola célula (unicelulares), o por muchas células por lo que pueden formar colonias o filamentos.
Tienen funciones muy importantes en los sistemas acuáticos ya que son productores primarios. Esto quiere decir que pueden producir materia orgánica y oxígeno a través de la fotosíntesis. Las algas más abundantes que se encuentran en estos sistemas pueden ser diatomeas, algas verdes, cianobacterias y dinoflagelados.
La composición y abundancia de las poblaciones de algas en lagos tropicales son influenciadas por las características físicas y químicas del agua. Los lagos tienen ciclos internos físicos y químicos estacionales, que influyen en la disponibilidad de nutrientes como el fósforo y el nitrógeno, que son utilizados por las algas para su crecimiento y funcionamiento. También son importantes la temperatura, la transparencia del agua, y otras características como la conductividad y la concentración de iones.
El enriquecimiento de un lago con nutrientes a lo largo del tiempo se conoce como proceso de eutrofización. Este aumento de nutrientes está fuertemente influenciado por las actividades que se realizan en los terrenos que rodean a los lagos. Por ejemplo, el aumento en las cargas de materia orgánica, y especialmente de nutrientes como el nitrógeno y el fósforo provenientes de la actividad agrícola, o de los drenajes municipales que pueden tener detergentes, todo provoca la eutrofización de los lagos.
El exceso de nutrientes puede favorecer el crecimiento excesivo de algunas especies de algas, alterando el equilibrio y funcionamiento del ecosistema acuático. Cuando hay un exceso de biomasa de las algas, éstas al descomponerse consumen el oxígeno disuelto en el agua, lo cual puede afectar a los peces, anfibios y otros organismos acuáticos, debido a la disminución del oxígeno.
Así como en los ecosistemas terrestres el agua resulta el principal factor limitante para la productividad vegetal, en los ecosistemas acuáticos es la disponibilidad de nutrientes el principal factor limitante para el desarrollo algal.
El presente escrito está estructurado con los siguientes apartados: I. Índice de calidad del agua y el estado de la eutrofización del Lago de Coatepeque. II. Productividad primaria. III. interacciones tróficas. Finalmente una conclusión basada en cada uno de los 3 apartados. Con lo anterior, se pretende poner en evidencia la importancia que tiene la comunidad fotosintética algal en el lago de Coatepeque y cómo limitar su accionar por medio de elementos ajenos a sus ciclos naturales pueden llegar a alterar la productividad de un lago volcánico tropical. No sólo para la dinámica ecológica propia del lago, así como para otros sistemas biológicos.
I. Índice de calidad del agua y el estado de la eutrofización del Lago de Coatepeque
Una vez que se forma un lago, inmediatamente se establece una comunidad biótica. El lago progresa muy rápidamente hacia cierto equilibrio trófico (en relación con la concentración de nutrientes que contienen sus aguas), luego varía muy lentamente. Si la entrada de nutrientes es alta, el lago deviene eutrófico; y si los nutrientes son escasos, el lago se considera oligotrófico. El ecosistema puede oscilar alrededor del estado de equilibrio trófico, junto con las variaciones climáticas. El Lago de Coatepeque ha presentado a lo largo de los últimos diez años, en promedio, un estado de eutrofización oligotrófica – mesotrófico. Sin embargo, en algunos muestreos existen variaciones del índice de eutrofización que refleja un estado eutrófico.
Los resultados del índice de calidad de agua en los últimos cuatro años muestran que el Lago de Coatepeque posee agua REGULAR, no es potable, pero tampoco es agua MALA o muy MALA.
Al mismo tiempo la medición de los parámetros para determinar el grado de eutrofización, en los últimos años, nos indican que el estado de eutrofización del lago de Coatepeque es Oligotrófico – Mesotrófico, debido a los valores bajos de elementos como el fósforo y nitrógeno.
El lago alberga una gran diversidad de fitoplancton, se registran hasta la fecha 99 especies de microalgas, que incluyen cianobacterias y diatomeas. A lo largo de sus ciclos de vida estas especies han consumido nutrientes del lago y muestran procesos locales de ciclo de muerte y la posterior deposición de algas en el fondo del lago, produciendo incluso espumas endógenas (figura 1). La presencia de períodos de deposición de cúmulos de cuerpos de algas, (figura 2) que tornan el paisaje con un aspecto marrón está más asociados a las variaciones de temperatura; que entre 2016 y 2024, tuvieron un promedio de 26.7 C° a 28.5 C°, en los meses más cálidos del año.
Foto 1: Espumas endógenas: conformadas principalmente de compuestos orgánicos (ácidos húmicos, lípidos, proteínas, etc…) producto de la descomposición NATURAL de materia vegetal o exudados de organismos acuáticos (generalmente fitoplancton como las cianobacterias y micro algas). Estos compuestos orgánicos naturales tienen propiedades tenso activas (“surfactantes”) similares a los jabones, y al batirse el agua por el oleaje en días de fuerte viento, se generan estas espumas que se acumulan en forma de bandas en las zonas abiertas o a lo largo de las playas.
Foto 2: En períodos de cúmulos de cuerpos de algas, el paisaje se torna con un aspecto marrón. Ésto se asocia a las variaciones de temperatura. En los meses más cálidos en el período de 2016 a 2024, se han mantenido entre 26.7 C° a 28.5 C°, respectivamente. El cambio climático ha sido vinculado a la expansión mundial de las cianobacterias a través de los cambios de temperatura y precipitación.
Tabla 1. El índice de estado trófico (Carlson) del agua del lago de Coatepeque, lo clasifica como Oligotrófico (Mohamed, 2023). Concentración de clorofila “a” y nutrientes en muestras de agua en diferentes puntos del lago tomadas el 11 de abril de 2024. LABTOX-UES. Chl “a”: clorofila “a”, LC: Límite de cuantificación P Tot: fósforo total, N Tot: nitrógeno total, IET: Índice de Estado Trófico.
Tabla 2. Temperatura (C°) 2020, 2021, 2022. Promedio de 10 puntos diferentes del agua del lago de Coatepeque (FUSADES – LABOTOX-UES- Fundación Coatepeque)
II. Algas y la productividad primaria en el agua del lago de Coatepeque
La incorporación de energía a las redes tróficas en el lago de Coatepeque puede ser de dos formas: una, mediante el ingreso de materia orgánica de origen terrestre (sobre todo de los suelos y la infiltración de nutrientes desde los volcanes, montañas y terrenos circundantes); y dos, mediante la producción de energía de los autótrofos que habitan en el agua: algas, musgos y plantas vasculares acuáticas. En términos de productividad primaria la comunidad de algas son el soporte energético básico de las redes tróficas del lago de Coatepeque, ya que el rendimiento de sus algas le permite sostener a la comunidad de zooplancton, herbívoros y depredadores.
La productividad primaria de las algas del lago de Coatepeque son el soporte energético de la trama trófica de este ecosistema. Esto se debe principalmente a: 1. Las algas y cianofitas (cianobacterias) son los organismos autótrofos de mayor abundancia en el lago de Coatepeque. 2. Son el alimento más importante para la fauna y flora, por su fácil digestión para los invertebrados y peces. 3. Al tener una menor relación carbono-nitrógeno (C:N), las algas se convierten en un alimento de mayor calidad, en comparación con los detritos.
Para entender cómo las cianobacterias del lago de Coatepeque pueden llegar a asimilar el fósforo de un lago con poca productividad, o sea oligotrófico; un estudio de 2015, realizado por Wood y colaboradores, pone de manifiesto el papel crucial que tiene en el proceso la vaina mucilaginosa de los cuerpos de las cianobacterias. Los autores realizaron estudios con el Phormidium que crece en ríos oligotróficos de Nueva Zelanda, observaron que los filamentos de Phormidium tienen una delgada y adherente matriz mucilaginosa con el sustrato y observaron que en el día la actividad fotosintética eleva el pH dentro de las matas y por las noches la respiración reduce el oxígeno disuelto. Estas condiciones permiten la liberación de los fosfatos de los sedimentos, posibilitando su incorporación dentro de los filamentos, mismos que Phormidium emplea para su crecimiento. Los resultados que Wood y colaboradores obtuvieron mostraron que los sedimentos finos son una fuente de fósforo que posibilita el desarrollo y la proliferación de los crecimientos de Phormidium.
III. Interacciones en las redes tróficas
Dentro de la comunidad bentónica las biopelículas (comunidades de microorganismos que crecen agregados) tienen un rol importante en las redes tróficas de los lagos tropicales, ya que los organismos que habitan dentro de la biopelícula soportan mejor algunas condiciones estresantes como la disminución de nutrientes, cambios de pH, temperatura, humedad, velocidad de corriente e irradiación lumínica; que los organismos que habitan fuera de ésta (Boney, 1981; Burkholder, 1996).
Debido a ello, las biopelículas son la comunidad más abundante y permanente de estos sistemas, por lo que contribuyen de manera importante en las funciones del ecosistema incluso en los flujos de carbono a gran escala (Besemer et al., 2009). Además, son la fuente de alimento de mayor importancia para los protozoarios, macro invertebrados, algunos peces y crustáceos (Fuller et al., 1986; Bott, 1996; Pusch et al., 1998; Julius, 2007; Lefrancois et al., 2011).
Las biopelículas están compuestas por hongos, bacterias, cianobacterias, algas eucariotas y microfauna (Romaní et al., 2008), la abundancia de estos organismos varía de acuerdo a la sucesión en la que se encuentra la biopelícula, Sin embargo, en varios estudios se reporta que la comunidad de microalgas es el componente mayoritario de las biopelículas (Romaní et al., 2004; Besemer et al., 2009).
La composición de la biopelícula será modificada por la interacción de sus poblaciones, la depredación, la herbivoría y las características fisicoquímicas del medio ambiente. A su vez, la estructura física y calidad nutricional de la biopelícula influye en la composición y abundancia de los herbívoros que, junto con los factores ambientales, determina las interacciones de las redes tróficas.
Conclusión
La degradación de la productividad del agua del lago de Coatepeque mediante el impacto de ultrasonido en su área de influencia y la columna de agua por medio de boyas flotantes, limitará la productividad natural del agua, también afecta la salud ecológica de este sistema.
El uso de organismos indicadores tiene ventajas sustanciales sobre los análisis físico-químicos, ya que dan información del estado histórico del cuerpo de agua y no sólo del momento de la toma de la muestra. Modificar o incidir en sus procesos productivos como la fotosíntesis por medio de ultrasonido anula el uso de las algas como indicadores biológicos que nos permitiría comprender mejor los procesos de alteración de las aguas.
Tener un buen conocimiento de la comunidad algal del lago de Coatepeque nos permite mantener un sistema con alta biodiversidad que nos brinda servicios ecosistémicos como agua para uso humano, agricultura, regulación del clima, importante como referente en un escenario de cambio climático global, además de valor del paisaje.
La comunidad de algas bentónicas y, en particular, las biopelículas constituyen una comunidad ecológicamente importante, ya que contribuyen a los procesos físicos, químicos y biológicos del lago de Coatepeque a través de los procesos biogeoquímicos e hidrodinámicos locales. Por lo que su estudio es importante para hacer un buen manejo de los sistemas lénticos, que son de gran importancia para la civilización humana, por ser una fuente de agua potable y responsables del mantenimiento de buena parte de los ecosistemas terrestres.
Los estudios sobre ecofisiología de algas, ponen de manifiesto la necesidad de conocer la composición de especies y sus respuestas a nutrientes como nitrógeno y fósforo, como una base fundamental para el monitoreo de las aguas que posibiliten tomar medidas apropiadas y coordinadas para mantener y mejorar las condiciones de los ríos.
En conclusión, con lo expuesto anteriormente queda claro que el estudio de las comunidades de algas en ambientes como el lago de Coatepeque es atractivo desde distintos enfoques. Desde la perspectiva ecológica es posible comprender el funcionamiento de los ecosistemas en los lagos de caldera, mientras que desde el punto de vista ambiental su composición y estructura pueden ser utilizadas como indicadores de la calidad del agua y para evaluar procesos de contaminación que afectan a los ecosistemas. Además, con un adecuado plan de manejo, una amplia variedad de recursos naturales pueden ser aprovechados para solventar demandas de alimentación y agua que requieren las poblaciones humanas, lo que tiene un impacto directo en la economía de las sociedades y en la salud de los ecosistemas.
Referencias
- Besemer, K., G. Singer, I. Hödl & T. J. Battin. 2009. Bacterial community composition of stream biofilms in spatially variable-flow environments. Applied Environmental Microbiology 75 (22): 7189-7195.
- Boney, A. D. 1981. Mucilage: The ubiquitous algal attribute. British Phycological Journal 16 (2): 115-132.
- Bott, T. L. 1996. Algae in microscopic food webs. In: Stevenson, R.J., M.L. Bothwell & R.L. Lowe (Eds). 1996. Algal ecology: freshwater benthic ecosystems. Academic Press, San Diego, California, USA, pp. 574-607.
- Burkholder, J. M. 1996. Interactions of benthic algae with their substrata. In: Stevenson, R.J., M.L.
- Fuller, R.L., J.L. Roelofs & A.T. Fry. 1986. The importance of algae to stream invertebrates. Journal of North American Benthological Society 5 (4): 290-296.
- Julius, M. L. 2007. Why sweat the small stuff: the importance of microalgae in Hawaiian stream ecosystems. Biology of Hawaiian streams and estuaries. In: Evenhuis N.L. & J.M. Fitzsimons (Eds.). Bishop Museum Bulletin in Cultural and Environmental Studies 3: 183-193.
- Lefrancois, E., S. Coat, G. Lepoint, N. Vachiéry, O. Gros & D. Monti. 2011. Epilithic biofilm as a key factor for small-scale river fisheries on Caribbean islands. Fisheries Management and Ecology 18: 211-220.
- Pusch, M., D. Fiebig, I. Brettar, H. Eisenmann, B. K. Ellis, L. L. Kaplan, M. A. Lock, M. W. Naegeli & W. Traunspurger. 1998. The role of micro-organisms in the ecological connectivity of running water. Freshwater Biology 40: 453-495.
- Romaní, A. M., K. Fund & J. Artigas. 2008. Relevance of polymeric matrix enzymes during biofilm formation. Microbial Ecology 56: 427-436.
- Romaní A. M., H. Guasch, I. Muñoz, J. Ruana, E. Vilalta, T. Schwatrz, F. Emtiazi & S. Sabater. 2004. Biofilm structure and function and possible implications for riverine DOC dynamics. Microbial Ecology 47: 316-328.
- Stevenson, R.J., M.L.
