Dinámica espacio-temporal del fitoplancton de la bahía Samborombón y caracterización integral de especies ictiotóxicas

Abstract

El Río de la Plata forma uno de los sistemas estuarinos más grandes del continente. En su extremo sur se encuentra la bahía Samborombón (desde 35°27’S-56°45’O hasta 36°22’S-56°35’O), uno de los humedales mixohalinos más grandes de la región que alberga una gran biodiversidad y actúa como área de cría para distintas especies de peces, como la corvina rubia (Micropogonias furnieri), uno de los recursos pesqueros costeros más importantes de Argentina y Uruguay. El fitoplancton constituye la base de las tramas tróficas acuáticas y es la principal entrada de materia orgánica y energía a los ecosistemas costeros. En ocasiones, algunas especies de microalgas producen Floraciones Algales Nocivas (FAN) que impactan negativamente sobre el ambiente marino, ya sea por la producción de toxinas que se transfieren en las redes tróficas y afectan la salud humana, o por la generación de compuestos hemolíticos e ictiotóxicos que generan mortandades de peces. Analizar la estructura del fitoplancton y sus floraciones es esencial para comprender procesos ecosistémicos. En este sentido, los objetivos principales del presente trabajo de tesis son analizar la dinámica espacio-temporal del fitoplancton de la bahía Samborombón, su composición y variabilidad, y caracterizar especies ictiotóxicas y nocivas para peces debido a la importancia del área de estudio como zona de reclutamiento de recursos pesqueros. Para abordar estos objetivos, se colectaron desde embarcaciones y desde la costa muestras cualitativas y cuantitativas de distintas zonas de la bahía Samborombón durante las cuatro estaciones del año, entre 2016 y 2021. Las microalgas fueron identificadas con microscopio óptico y electrónico, y pertenecieron a once grupos taxonómicos de los cuales las diatomeas, clorofíceas, fitoflagelados, dinoflagelados, cianobacterias y prasinofíceas destacaron en términos de ocurrencia. Al analizar la abundancia y biomasa fitoplanctónica en las distintas estaciones del año, se encontraron altos valores anuales respecto a la literatura consultada, con un marcado incremento en primavera y verano. En general, los mayores valores de abundancia y biomasa estuvieron asociados a áreas con mayor salinidad y turbidez, con una dominancia de diatomeas de gran tamaño, clorofíceas y cianobacterias. Los valores hallados sugieren que la bahía Samborombón es un área con una alta acumulación de recursos alimenticios, crucial para el sustento de larvas y peces. En cuanto a las especies ictiotóxicas, fueron registradas, aisladas y cultivadas Chattonella marina, Fibrocapsa japonica y Heterosigma akashiwo (Clase Raphidophyceae), las cuales no habían sido previamente reportadas en la bahía Samborombón. Estas especies, reconocidas en la literatura por sus FANs asociadas a mortandades masivas de peces, son difíciles de identificar debido a la fragilidad de sus células, que comúnmente se destruyen al ser fijadas. Por esta razón, la caracterización morfológica y la variabilidad intraespecífica analizada durante distintas etapas de crecimiento del cultivo brindada en este trabajo sirven como herramienta para su identificación in vivo. Las secuencias genéticas de distintas cepas de estas especies obtenidas en el presente estudio representan las primeras para Argentina, y permitieron confirmar la agregación en sus respectivos clados con altos niveles de soporte. Los análisis pigmentarios mostraron variabilidad en la composición y concentración de pigmentos entre diferentes cepas dentro de una misma especie, indicando que esta metodología no es confiable para la determinación específica en este grupo. Los experimentos de tasas de crecimiento bajo distintas condiciones de temperatura y salinidad presentados en este trabajo mostraron gran variabilidad intraespecífica y adaptabilidad a estas variables, y podrían servir como base para futuros análisis fisiológicos. Este es el primer trabajo que demuestra el potencial citotóxico de las cepas argentinas pertenecientes a la Clase Raphidophyceae, detectado a partir de bioensayos realizados con líneas celulares RTgill–W1 utilizando como tratamientos células lisadas (intracelular) e intactas (sobrenadante). Las cepas analizadas de las tres especies halladas disminuyeron la viabilidad de las líneas celulares y el tratamiento sobrenadante fue el que, generalmente, mostró mayor efecto citotóxico, sugiriendo que las células liberan activamente al medio metabolitos y sustancias tóxicas. Las especies reactivas de oxígeno (reactive oxygen species, ROS) fueron asociadas en la literatura a la ictiotoxicidad de estas especies. En el presente trabajo, la producción de ROS se analizó únicamente en Chattonella marina, y los resultados obtenidos no explicaron las diferencias en la citotoxicidad entre las cepas. Debido a que actualmente se desconoce el mecanismo exacto por el cual estas especies producen mortandades, es necesario caracterizar otros metabolitos que pueden estar contribuyendo a su citotoxicidad. Estos resultados sugieren que las especies marinas pertenecientes a la Clase Raphidophyceae deben ser consideradas como especies objetivo en los programas de monitoreo de fitoplancton nocivo en Argentina, especialmente en áreas con bancos naturales de peces. Dos cepas de dinofíceas, Gymnodinium catenatum y G. impudicum, conocidas en la literatura por producir FANs, fueron aisladas y analizadas. G. catenatum es productora de toxinas paralizantes de moluscos (TPM) y fue asociada en la literatura a un episodio de mortandad de peces, mientras que G. impudicum es no toxígena y se presenta en este trabajo la primera cita para Argentina y el Atlántico Sudoccidental. Estas especies, formadoras de cadena y morfológicamente similares, fueron caracterizadas para distinguirlas bajo microscopía óptica. La reconstrucción filogenética confirmó que las secuencias de ambas cepas pertenecen a dos clados diferentes, separados por una gran distancia genética, y se presentan las primeras secuencias para Argentina de ambas especies. Los resultados de los análisis de TPM confirmaron que G. impudicum no es toxígena, y que G. catenatum presentó un perfil dominado por C1/C2, seguido por dcGTX2/dcGTX3, GTX2 y GTX3, siendo menos tóxica que otras cepas de la misma especie provenientes de distintas regiones geográficas. Esta tesis constituye el primer estudio que aborda específicamente el fitoplancton de la bahía Samborombón y su dinámica espacio-temporal en ciclos anuales, y el análisis de especies ictiotóxicas pertenecientes a las rafidofíceas y de especies asociadas a FANs pertenecientes a las dinofíceas, mediante un enfoque integral que incluyó microscopía óptica, electrónica de barrido y de transmisión, análisis moleculares, pigmentarios, fisiológicos, citotóxicos y toxinológicos. Los resultados obtenidos proporcionan una base para futuras investigaciones tanto en la bahía Samborombón como en otras regiones de Argentina, donde las especies ictiotóxicas pueden tener un impacto significativo.

The Río de la Plata forms one of the largest estuarine systems in South America. At its southern end lies Samborombón bay (35°27'S-56°45'W to 36°22'S-56°35'W), one of the region’s largest mixohaline wetlands, which supports high biodiversity and serves as a nursery area for various fish species, including the whitemouth croaker (Micropogonias furnieri), a key coastal fishery resource for Argentina and Uruguay. Phytoplankton forms the foundation of aquatic food webs, representing the primary input of organic matter and energy into coastal ecosystems. Occasionally, some microalgae species cause Harmful Algal Blooms (HAB), which negatively impact human activities through the production of toxins that enter the food webs and affect human health, or by releasing hemolytic and ichthyotoxic compounds that results in fish mortality. Analyzing the structure of phytoplankton and their blooms is essential for understanding ecosystem processes. Accordingly, the main objectives of this thesis are to analyze the spatiotemporal dynamics of the phytoplankton in Samborombón bay, the community composition and variability, and to characterize ichthyotoxic and fish-harmful species, given the importance of the study area as a recruitment zone for fishery resources. To achieve these objectives, qualitative and quantitative samples were collected from vessels and coastal zones across Samborombón bay during the four seasons between 2016 and 2021. Microalgae were identified using light and electron microscopy, and they were classified into eleven taxonomic groups. Diatoms, chlorophyceae, phytoflagellates, dinoflagellates, cyanobacteria, and prasinophyceae were the most prevalent. Analyzing phytoplankton abundance and biomass across seasons revealed high annual values compared to the literature, with marked increase during spring and summer. Higher abundance and biomass values were generally associated with areas of higher salinity and turbidity, dominated by large diatoms, chlorophyceae, and cyanobacteria. These findings suggest that Samborombón bay is an area of high food resource accumulation, critical for sustaining fish larvae and juveniles. The ichthyotoxic Raphidophyceae Chattonella marina, Fibrocapsa japonica, and Heterosigma akashiwo were recorded, isolated, and cultivated. These species are reported in this thesis for the first time in Samborombón bay. The species of this Class are known for their association with massive fish kills, and they are challenging to identify due to cell fragility, as they are often destroyed during fixation. Thus, the morphological characterization and intraspecific variability analyzed during different growth stages provided in this work serve as tools for in vivo identification. Genetic sequences from various strains of these species, obtained in this study, are the first for Argentina and confirmed clustering within their respective clades with high support levels. Pigment analyses revealed variability in pigment composition and concentration among strains of the same species, indicating that this method is unreliable for species determination in this group. Growth rate experiments under varying temperature and salinity conditions revealed significant intraspecific variability and adaptability, forming a basis for future physiological studies. This is the first study demonstrating the cytotoxic potential of Argentinean Raphidophyceae strains through bioassays with RTgill–W1 cell lines with lysed cells (intracellular) and intact cells (supernatant) as treatments. Strains of all three species reduced cell viability, with supernatant treatments generally exhibiting higher cytotoxicity, suggesting active release of metabolites and ichthyotoxic substances into the medium. Reactive oxygen species (ROS) have been linked in the literature to the ichthyotoxicity of this group. In this study, ROS production was assessed only in Chattonella marina, however the results did not explain differences in cytotoxicity among strains. Since the exact mechanism by which these species cause fish mortalities remains unknown, further characterization of other metabolites contributing to their cytotoxicity is needed. These findings suggest that marine Raphidophyceae should be considered target species in harmful phytoplankton monitoring programs in Argentina, particularly in areas with natural fish stocks. Two dinoflagellate strains, Gymnodinium catenatum and G. impudicum, known in the literature for producing HAB, were isolated and analyzed. G. catenatum produces paralytic shellfish toxins (PST) and has been associated with fish mortality episode in literature, while G. impudicum is non-toxic and is reported for the first time in Argentina and the southwestern Atlantic in this work. These chain-forming and morphologically similar species were characterized through distinctive traits under light microscopy. Phylogenetic reconstruction confirmed that the sequences from both strains belong to two distinct clades, separated by a significant genetic distance, and the first sequences for Argentina of both species are presented. PST analysis confirmed that G. impudicum is non-toxic, while G. catenatum displayed a profile dominated by C1/C2, followed by dcGTX/dcGTX3, GTX2 and GTX3, being less toxic than other strains from different geographic regions. This thesis constitutes the first study specifically addressing the phytoplankton of Samborombón bay and its annual spatiotemporal dynamics across yearly cycles. It also provides a comprehensive analysis of ichthyotoxic Raphidophyceae species and HAB-associated dinoflagellates through an integrative approach, which included optical, scanning and transmission electron microcopy, as well as molecular, pigmentary, physiological, cytotoxic, and toxinological analyses. The results provide a foundation for future research in both Samborombón bay and other regions of Argentina, where ichthyotoxic species could have significant impacts.