Universidad de Los Andes Departamento de Ciencias Biológicas
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Universidad de Los Andes Departamento de Ciencias Biológicas Diversidad de bacterias como indicadoras de contaminación en el lago de Tota- Boyacá, Colombia Gina Paola Infante Cortes Agosto 2005
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Universidad de Los Andes
Departamento de Ciencias Biológicas
Diversidad de bacterias como indicadoras de contaminación en el lago de Tota- Boyacá, Colombia
Gina Paola Infante Cortes
Agosto 2005
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1. INTRODUCCIÓN
El lago de Tota esta constituido como un ecosistema acuático, dentro del cual coexisten factores bióticos y abióticos que le otorgan características especificas. Dentro de los factores bióticos la comunidad bacteriana constituy e un componente fundamental para el mantenimiento de los ciclos biogeoquímicos. Las bacterias acuáticas han despertado un interés preferente en relación con los ciclos de varios elementos. Los elementos C, N, S, han sido los más estudiados, tanto por su importancia para la vida, como por los paralelismos que existen entre sus ciclos y la condición reducida en que se encuentran dichos elementos dentro de los organismos. (Margalef, 1983). El nitrógeno es uno de los contaminantes más importantes del agua, pues las activ idades agrícolas e industriales han aumentado casi al doble la concentración de nitrógeno fijado anualmente en la biosfera. Parte importante de este nitrógeno llega a los diferentes cuerpos de agua en la forma de amonio, nitrato y nitrito, creando problemas de tox icidad para los organismos acuáticos, además de cambios ambientales como la eutrofización de lagos. (Cervantes, Pérez, Gómez, 2000) Ex isten métodos fisicoquímicos y biológicos para la eliminación del nitrógeno del agua. Los primeros, en la mayoría de los casos, no resuelven el problema ya que trasladan el contaminante de un ambiente a otro. Los métodos biológicos si eliminan el contaminante y, en condiciones idóneas, sus productos finales son CO2 y N2. Los dominios Eubacteria y Archea conforman las bacterias que en un sistema acuático pueden llegar a tener fundamental importancia tanto por su densidad y diversidad así como por el tipo de bacterias asociadas al cuerpo de agua. Por ejemplo la abundancia de los microorganismos se ha utilizado como indicadores de la calidad de agua en particular las bacterias nitrificantes, que son las encargadas de oxidar el amonio y el nitrito en estos ecosistemas. siendo un buen estimativo del nivel de contaminación por nitratos en el lago de Tota, Boyacá Colombia.
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2. MARCO TEÓRICO
2.1. BACTERIAS
Las bacterias son procariotas de dimensiones generalmente muy pequeñas, del orden de una micra. El interior de una célula no esta compartimentado, o bien solo hay simples invaginaciones de la membrana periférica. La región nuclear procariota también llamada nucleoide no esta protegida por una membrana, esta constituida por una sola molécula de DNA de doble cadena y su división no es mitótica. Los ribosomas son pequeños y no están ordenados en un retículo endoplasmatico. Las características del RNA de los ribosomas se están usando para reconocer las afinidades dentro de los distintos grupos de bacterias. Además de esto ex isten otras maneras mas sencillas de agrupar o clasificar taxonimicamente a los procariotas, entre estas características están: la tinción Gram, el tipo de nutrición (fototropia, quimioorganotrofia y quimiolitotrofía), la estructura química de la pared celular, la presencia de inclusiones celulares y la acumulación de productos de reserv a, la estructura química de la capsula, los pigmentos, los requerimientos nutritiv os, la capacidad para usar diferentes compuestos de carbono, nitrógeno y azufre, los productos de fermentación, los requerimientos de gases, de temperatura y de pH, la sensibilidad a los antibióticos, la patogenicidad, las relaciones simbióticas, las características inmunológicas y el hábitat. (Margalef, 1983) (Madigan, Martinko y Parker, 1998) El desarrollo de las Bacterias en el agua esta íntimamente ligado a las condiciones ambientales en la cuales viven, destacándose en particular, la temperatura, el pH y el oxigeno.
• La temperatura es uno de los factores ambientales más importantes que influy en en la proliferación y supervivencia de las bacterias. A medida que la temperatura aumenta también sus reacciones enzimáticas y las tazas de reproducción. Sin embargo, lo anterior tiene un límite donde las proteínas y los ácidos nucleicos se pueden inactivar de manera irreversible. Por el contrario las bajas temperaturas limitan el crecimiento hasta su detención (Roldan, 1992)
• El pH. Cada organismo tiene un límite de pH dentro del cual su crecimiento se hace posible. La mayoría
de los ecosistemas acuáticos naturales tienen un pH que oscila entre 5.0 y 9.0. Muy pocas especies pueden crecer a pH inferiores a 2.0 o superiores a 10 (Roldan, 1992)
• El oxigeno es un gas muy importante, ya que es esencial para la respiración de la mayoría de los
organismos. Sin embargo, para ciertos organismos anaeróbicos, puede ser letal. Los ambientes de bajo potencial de reducción o anaeróbicos, como cienos y sedimentos de lagos y ríos, se deben a la acción de ciertas bacterias que consumen el oxigeno durante la respiración. Si no hay una fuente que lo sustituy a, estos ambientes permanecen anaeróbicos (Roldan, 1992)
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En el agua las bacterias no están distribuidas uniformemente, pero sí muestran una ex traordinaria tanto como las del suelo. En los lagos fuera de las bacterias acuáticas se pueden encontrar bacterias de otros hábitats, por ejemplo del suelo, por donde las aguas fluy en. Además, una constante lluvia de bacterias cae del aire a la superficie de las aguas. Otras fuentes de bacterias para el agua son los v egetales, los animales y el hombre. De acuerdo con la clase de hábitat acuático la composición de la flora bacteriana difiere ampliamente, dependiendo no solo del contenido en el agua de material orgánico e inorgánico, sino también de las fuentes que pueden introducir microorganismos al agua (Roldan, 1992). La mayoría de las bacterias acuáticas son heterotróficas, o sea que viven de sustancias orgánicas procedentes de material muerto, de origen vegetal o animal. El número de bacterias parasitas es pequeño. También se encuentran en el agua bacterias foto y quimioautotroficas, las cuales solamente necesitan nutrientes inorgánicos. Estas bacterias son capaces de llevar acabo la fotosíntesis o reducir el dióxido de carbono y sintetizar material orgánico por medio de energía química.
2.1.1. PSEUDOMONAS. Todos los géneros de este grupo son Bacilos rectos o ligeramente curvos con flagelación polar. Las Pseudomonas son un grupo importante de bacilos Gram Negativos que crecen quimioorganotróficamente a pH neutro y a temperaturas en la zona de la mesófila. Son organismos aeróbicos que no muestran nunca un metabolismo fermentativo, pueden producir aeróbicamente pequeñas cantidades de acido procedentes de glucosa; utilizan compuestos orgánicos de bajo peso molecular, no polímeros; algunos son quimiolitotroficos utilizando el H2 o el CO como únicos donadores de Electrones y algunos usan Nitrato como aceptor de Electrones anaerobicamente (Madigan, Martinko y Parker, 1998) . Filogenéticamente, los diferentes géneros de Pseudomonas pueden considerarse incluidos en las proteobacterias. Es probable que las Pseudomonas deriven de bacterias Fototróficas ancestrales que han dejado de ser fotosintéticas en el proceso ev olutiv o que las llevo a colonizar hábitats en los que la fotosíntesis anox igénica no presentaba ninguna ventaja (Madigan, Martinko y Parker, 1998).
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2.1.2. MESOFILAS. La temperatura es uno de los factores ambientales más importantes que afecta el crecimiento y la supervivencia microbiana. Puede afectar a los microorganismos vivos de dos formas muy diferentes. A medida que la temperatura sube, las reacciones enzimáticas son más rápidas y el crecimiento se hace más rápido. Sin embargo, por encima de una cierta temperatura, las proteínas, ácidos nucleicos y otros componentes celulares pueden dañarse irreversiblemente. Por encima de este punto las funciones celulares paran. Por tanto, para cada microorganismo ex iste una temperatura mínima por debajo de la cual no ex iste crecimiento, una temperatura optima a la cual el crecimiento es el más rápido posible y una temperatura máxima, en la cual no existe crecimiento (Madigan, Martinko y Parker, 1998) . Aunque los microorganismos constituy en algo continuo, es posible distinguir cuatro grupos microbianos en relación con su temperatura óptima: Psicrófilos, con temperaturas óptimas bajas, Mesófilos con temperaturas óptimas medias, Termófilos con temperaturas óptimas más altas. Los mesófilos se encuentran en animales de sangre caliente y en ambientes de latitudes templadas y tropicales, creciendo adecuadamente entre los 10 y 45°C (Madigan, Martinko y Parker, 1998) .
2.1.3. QUIMIOLITOTROFOS. Los organismos que obtienen energía de la oxidación de compuestos inorgánicos se llaman quimiolitotrofos. En los quimiolitotrofos la generación de ATP es, en principio similar a la de los quimioorganotrofos excepto en que el donador de electrones es inorgánico en ves de orgánico. Así, la síntesis del ATP esta acoplada a la oxidación del donador de electrones. Una gran mayoría de quimiolitotrofos pueden ser autótrofos, compartiendo un carácter fisiológico destacado con las bacterias fototroficas y las cianobacterias. (Madigan, Martinko y Parker, 1998) Los quimiolitotrofos mejor estudiados son los que pueden reducir compuestos de Azufre y de Nitrógeno, así como las bacterias oxidadoras de Hidrogeno. (Madigan, Martinko y Parker, 1998) El éx ito ecológico y la div ersidad metabólica de los quimiolitotrofos indican que tanto las fuentes como la disponibilidad de donadores inorgánicos de electrones es muy abundante en la naturaleza. (Madigan, Martinko y Parker, 1998)
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2.1.3.1. Bacterias Nitrificantes Las bacterias que pueden crecer quimiolitotroficamente a expensas de compuestos reducidos de Nitrógenos se denominan bacterias nitrificantes. No hay evidencia de ningún quimiolitotrofo que realice la oxidación completa de amoniaco a nitrito; por tanto, dicha ox idación es el resultado de una secuencia de reacciones que es llevada a cabo por dos grupos diferentes de bacterias:
a. Las bacterias oxidantes de Amoniaco conocidas como nitrosomonas, las cuales producen nitritos siguiendo la reacción:
N2
NH4+, Amoniaco
NH2OH
NOH--------N2O, Oxido Nitroso
NO2, Oxido Nítrico
b. El otro grupo esta conformado por bacterias capaces de oxidar el Nitrito resultante del ciclo que realizan las bacterias oxidantes de Amoniaco. Estas son conocidas como nitrobacter o bacterias productoras de nitrato y efectúan la reacción:
NO2-, Nitrito
NO3-, Nitrato
Las bacterias nitrificantes se desarrollan muy bien en lagos y en corrientes de agua que reciben aportes de aguas residuales no depuradas o incluso depuradas, por que los afluentes residuales suelen ser ricos en amoniaco. Dado que el O2 es necesario para la ox idación del Amoniaco por las bacterias Nitrobacter, el Amoniaco tiende a acumularse en los habitats atóxicos y en los lagos estratificados las bacterias nitrificantes pueden desarrollarse especialmente bien en la termoclina, donde coinciden Amoniaco y el O2 (Madigan, Martinko y Parker, 1998).
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La forma puede ser una característica taxonómica de valor; además de las formas esferoidales o cilíndricas mas corrientes, hay otras que son menos recuentes y algunas tan ex traordinarias como las bacterias en forma de laminilla cuadrada, descritas recientemente en aguas salinas de Israel. En general, la forma esférica parece un carácter convergente y deriv ado que se repite en grupos muy diversos. Otros caracteres importantes conciernen a la movilidad y ciliación de las bacterias y la formación de esporas, células de metabolismo temporalmente retardado, limitadas por una pared que se forma a cierta distancia de la antigua y en su interior. Células viables de estas características tornan a la vida activa después de milenos de inactividad en suelos y sedimentos (Madigan, Martinko y Parker, 1998).
2.2. NITRÓGENO El Nitrógeno es un elemento importante para la productividad primaria de los ecosistemas acuáticos. Su concentración v aría desde microgramos en medios oligotróficos hasta varios miligramos por litro en medios eutroficazos. Es un Ion que en determinado momento puede ser un factor limitante en la productiv idad primaria. Este Ion v aría igualmente con las estaciones en las zonas templadas y con los ritmos de lluvia y sequía en las zonas tropicales, debido a su utilización por parte de las algas. (Roldan, 1992) En cuanto a su origen el Nitrógeno tiene como fuente principal el Nitrógeno atmosférico, que a su v ez regresa al medio a través de la descompocision de la materia orgánica, haciéndolo un elemento abundante y de fácil disponibilidad en el agua. (Roldan, 1992) Una de las fuentes mas importantes de Nitrógeno en el agua es la contaminación orgánica, agrícola e industrial las cuales son responsables de los fenómenos de eutroficacion de los lagos, embalses y ríos. (Roldan, 1992) Gracias a la actividad de los microorganismos como por ejemplo la bacterias, el Nitrógeno puede presentar varios estados de valencia dentro de un cuerpo de agua: Nitrato, Nitrito, Amoniaco, Amonio, Oxido nitroso, Nitrógeno molecular, Nitrógeno orgánico disuelto, Nitrógeno orgánico particulado. De todas estas formas de Nitrógeno, los nitratos y el Ion amonio son los mas importantes para los ecosistemas acuáticos, aun que concentraciones elev adas de amonio traen implicaciones ecológicas ya que la oxidación demanda mucho oxigeno, lo que conlleva al deterioro de las comunidades acuáticas. El Nitrito se encuentra en bajas concentraciones, especialmente en aguas ox igenadas, pero en medios hipox icos su concentración aumenta notablemente. Bajo escasez del Ion amonio y nitrato, el fitoplancton puede formar nitritos e incorporarlos en las células, pero en altas concentraciones los Nitritos son muy tóxicos.
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El Ion amonio es muy importante para los productores, ya que puede ser utilizado como fuente de Nitrógeno durante la síntesis de proteínas. Su concentración en medios aeróbicos es muy baja; debido a ello los nitratos se convierten allí en la principal fuente de nitrógeno para el fitoplancton
2.2.1. Ciclo del Nitrógeno
Figura. 1. Principales etapas del Ciclo del Nitrógeno (Roldan, 1992) La principal fuente de Nitrógeno para los seres v ivos es la atmósfera, de donde el nitrógeno elemental (N2) es constantemente removido por las descargas eléctricas y por la acción bacteriana y de ciertas algas. Durante las
Animales Proteína Animal
NH3
NH4
NO2-
N2 Atmosférico
NO3-
Plantas Proteína Vegetal
Como Alimento
Muerte
Excreción
Bac. reductoras
Bac. Oxidantes
Bac. Reductoras
Bac. Reductivas
Bac. Oxidantes
Bact. Algas cianof.
Bac. red
Descargas Eléctricas
Como Fertilizante
Como Fertilizante
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tormentas eléctricas grandes cantidades de Nitrógeno son ox idadas a N2O5, las cuales al unirse con el agua producen HNO3, arrastrándolo a la tierra por la lluvia. Al disociarse el HNO3 en el agua produce NO3- (Nitratos), los cuales constituy en la forma química bajo la cual las algas y las plantas pueden incorporar el Nitrógeno en su citoplasma y utilizarlo para la síntesis de proteínas. (Fig.1). (Roldan, 1992) El Nitrógeno atmosférico también puede convertirse en proteínas por la acción de las bacterias fijadoras de nitrógeno y ciertas algas. (Roldan, 1992) Además, el amoniaco suministra amonio a las algas y a las plantas para la producción de proteínas. (Roldan, 1992) Una vez que el nitrógeno, como nitratos o como Ion amonio se ha incorporado a los tejidos animales y vegetales, entra en el proceso de la síntesis de proteínas para la reparación de las células y tejidos y suministro parcial de energía. A través de los procesos metabólicos, los organismos vivos devuelv en el nitrógeno al medio ambiente en forma de Heces y orina principalmente. Cuando el organismo muere es todo su cuerpo el que retorna el Nitrógeno al ambiente mediante los procesos de descomposición de materia orgánica. (Roldan, 1992) El Nitrógeno en los ecosistemas acuáticos es liberado por los animales en forma de Amoniaco y Urea. En cambio en los terrestres en forma de Acido Úrico. (Roldan, 1992) En cada paso de una forma de Nitrógeno a otra, interv ienen diferentes tipos de bacterias, de las cuales se conocen actualmente alrededor de 28 géneros diferentes. Las Nitrosomonas convierten el amoniaco, bajo condiciones aeróbicas, en Nitritos, agua y energía como se muestra en la siguiente reacción:
2NH3 + 3O2 2NO2 + 2H+ + 2H2O Los Nitritos son conv ertidos en Nitratos, también en condiciones aeróbicas, por las bacterias del grupo Nitrobacter, tal como ocurre en la siguiente reacción:
2NO3- + O2 2NO3- Los nitratos constituyen el último estado de ox idación del Nitrógeno y es la forma como la utilizan directamente las plantas y las algas para sintetizar proteínas. (Roldan, 1992) Bajo condiciones anaeróbicas, los nitratos y los nitritos devuelven el nitrógeno gaseoso a la atmósfera (N2) mediante el proceso llamado denitrificacion. De esta manera se cierra el ciclo del Nitrógeno el cual es el punto de partida para iniciarse de nuevo todo el proceso de Nitrificación y síntesis de proteínas. (fig 1). (Roldan, 1992)
Nitrosomonas
Nitrobacter
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2.3. Contaminación en el agua
La contaminación del agua se puede definir como la adición de sustancias extrañas que deterioran su calidad. La calidad del agua se refiere a su aptitud para los usos benéficos. (Roldan, 1992) Un contaminante puede ser de origen “ inerte” como el Plomo el Mercurio, detergentes; o de origen “vivo” , como el ocasionado por microorganismos provenientes de desechos domésticos (aguas negras principalmente). (Roldan, 1992) Desde el punto de vista ecológico, la calidad del agua tiene una connotación un poco diferente a la requerida para usos domésticos, agrícolas o industriales. La calidad del agua de un ecosistema acuático natural puede ser muy div ersa; si estos ecosistemas, a pesar de tener concentraciones elevadas de sales, durezas y alcalinidades y valores de pH muy ácidos o muy básicos, pueden tener comunidades estables y adaptadas a viv ir en dichos medios. En estos casos, la calidad del agua depende fundamentalmente de los aportes naturales dados por las lluv ias y por la naturaleza geoquímica del terreno (Roldan, 1992). Frecuentemente se utilizan los términos contaminación y polución para indicar el deterioro de la calidad de un cuerpo de agua. la palabra contaminación se refiere a la simple transmisión de elementos por el agua, compuestos o microorganismos que pueden perjudicar la salud del hombre o de los animales que la beben. En este caso, el agua desempeña el papel de vehiculo del agente contaminante y no de ambiente ecológico alterado. En otras palabras, la calidad del agua puede ser alterada sin que el ecosistema sea perturbado. En cambio, la palabra polución se refiere mas a los efectos ecológicos, que implican transformaciones del medio ambiente de forma tal que este se tornaría inapropiado para el desarrollo normal de las poblaciones acuáticas. Frecuentemente, tales cambios no interfieren con la calidad del agua para el consumo humano o de animales. Por ejemplo, una reducción de oxigeno disuelto en el agua, puede no tener efectos para el uso domestico, pero si graves consecuencias para el mantenimiento de las comunidades acuáticas (Roldan, 1992).
2.3.1. Fuentes de contaminación acuática
Las principales fuentes de contaminación acuática son las industrias, la agricultura y los desechos domésticos. La descomposición natural de la materia orgánica, acumulada en exceso, causa cambios drásticos en la concentración de Oxigeno y valores de pH que pueden ser a v eces mortales para los peces. El arrastre de sedimentos por fuertes crecientes enturbia el agua y destruy e hábitat que sirven de desove y refugio para muchos organismos (Roldan, 1992).
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Pero es la contaminación provocada por el hombre la que esta poniendo en peligro la v ida en el agua por el exceso de carga orgánica que agota el ox igeno y la presencia de sustancias tox icas y metales pesados. Por otro lado, la agricultura moderna se ha convertido en una de las más graves amenazas para la vida en el agua y para la salud humana. El uso masivo de abonos para fertilizar los terrenos de cultivo esta causando graves problemas de eutroficación en lagos, embalses y ríos. Como consecuencia de ello proliferan las algas y las malezas acuáticas, lo que a su v es provoca cambios drásticos en la fisicoquímica del agua (Roldan, 1992).
2.3.2. Tipos de contaminantes Varias son las clases de sustancias que pue4den llegar a contaminar el agua. unas pueden causar turbiedad, otras disminuir el ox igeno, otras provocar cambios en el pH, otras ser toxicas, algunas aumentar la salinidad y otras incrementar la temperatura del agua (Roldan, 1992). Los sólidos en suspensión provienen de la erosión de los suelos, activ idades mineras, agrícolas e industriales. Estas sustancias enturbian el agua disminuyendo la activ idad fotosintética, causando daño a branquias y agallas de los organismos acuáticos (Roldan, 1992). Los metales pesados y las sustancias toxicas constituy en quizás el problema mas grave, pues aquellas sustancias recalcitrantes o resistentes a la descomposición microbiana, cuyo poder acumulativ o en el agua y en los organismos pone en peligro la estabilidad del ecosistema y la v ida animal y humana. Por ejemplo el Zinc y el Cobre en el agua provocan un proceso fisicoquímico de coagulación de la mucosidad en la región branquial de los peces lo que puede incrementarse por un alto grado de turbulencia en el agua (Roldan, 1992).
2.3.3. Efectos de la contaminación acuática Los contaminantes, ya sean orgánicos o inorgánicos, provocan en los ecosistemas acuáticos una serie de modificaciones fisicoquímicas en el agua, que repercuten en la composición y distribución de las comunidades (Roldan, 1992). En cuanto a los aspectos químicos y bioquímicos la biodegradabilidad es la capacidad que tienen los microorganismos acuáticos para descomponer y mineralizar la materia orgánica. Para que una sustancia química pueda ser biodegradada, se requiere que sus moléculas posean un gran contenido de energía potencial en sus enlaces de carbono y que el organismo “descomponedor” disponga de las enzimas necesarias para romper los enlaces químicos que almacenan dicha energía. Pero no todos los microorganismos rompen todos los enlaces, ni todas las sustancias son igualmente biodegradables (Roldan, 1992).
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La biodegradación es una ley natural, a través de la cual la materia orgánica animal y vegetal debe finalmente ser mineralizada, para que estos compuestos simples sean utilizados en la síntesis de nueva materia v iva y por lo tanto de origen a nuevos organismos (Roldan, 1992). Muchas sustancias sintéticas producidas por el hombre no son biodegradables o lo son muy lentamente, ya que en la naturaleza no ex isten microorganismos adaptados para romper los enlaces de los nuevos compuestos. Infortunadamente, muchas de estas sustancias utilizadas en la industria y la agricultura, llegan finamente al agua donde se acumulan por largos periodos de tiempo, produciendo efectos tóxicos o acumulándose algunas de ellas en los tejidos de los organismos cuando sus niveles de concentración no son tóxicos (Roldan, 1992). La descomposición de la materia orgánica a gran escala en el agua causa notables desequilibrios en el ecosistema, originados en primer lugar por el consumo de ox igeno que puede ser de tal magnitud, que el medio se convierte en un ambiente anaeróbico. Bajo estas condiciones se forman compuestos intermedios como: NH4+, CH4 y H2S, sustancias toxicas para la mayoría de los organismos (Roldan, 1992). Como producto de la descomposición de la materia orgánica, se forman en último término dióxido de carbono, agua y sales minerales de las cuales las más importantes como nutrientes son los Nitratos y fosfatos. El fenómeno de eutroficacion esta íntimamente ligado a estos dos iones. El enriquecimiento del medio por nitrógeno y fósforo, fenómeno llamado eutroficacion, provoca un crecimiento excesivo de algas y plantas acuáticas, las cuales, debido a su gran actividad fotosintética durante el día y respiratoria durante la noche, provocan cambios fisicoquímicos profundos, con fuertes oscilaciones de oxigeno y pH en los ciclos día – noche (Roldan, 1992). El manejo y uso de fertilizantes y las prácticas de deforestación y quema de la v egetación, contribuye en gran parte a la eutroficacion de los ecosistemas acuáticos. La falta de tratamientos de la aguas negras e industriales es otro aspecto que reviste proporciones catastróficas (Roldan, 1992). Las principales consecuencias ecológicas de la eutroficacion en los lagos radica en la excesiva proliferación de algas y macrofitas, las cuales exceden la capacidad de herbív ora de los invertebrados y los peces. Al morir este exceso de algas y plantas, van al fondo donde el problema de consumo de oxigeno se agrava cada v es mas (Roldan, 1992). La acumulación de esta materia orgánica sumada a los sedimentos de origen alóctono que llegan al lago, provoca una acumulación progresiva hasta hacer desaparecer el ecosistema. Todo lago tiende a desaparecer con el tiempo, pero la acción del hombre puede acelerar este proceso a través de la eutroficación (Roldan, 1992).
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Las especies que v iven en un medio determinado están adaptadas a las condiciones ambientales propias de ese medio, y cualquier alteración de uno o varios de sus factores, puede significar la desaparición de una o varias especies (Roldan, 1992). La presencia de una comunidad, o conjunto de poblaciones en un medio dado, no es un producto del azar. Cada indiv iduo desempeña un papel determinado y cada uno afecta y es afectado por otros individuos y por otras condiciones ambientales (Roldan, 1992). Cuando a un ecosistema acuático llega una fuente de contaminación, bien sea domestica, agrícola o industrial, las condiciones fisicoquímicas del agua cambian y para muchas especies la única alternativ a es sobrevivir o morir (Roldan, 1992). JUSTIFICACIÓN Colombia es uno de los países más importantes en cuanto a sus reservas hídricas. Las activ idades humanas han venido deteriorando las fuentes de agua mediante la adición de materiales aloctonos, tanto biológicos como químicos. Siendo el lago de Tota un gran reservorio de agua es indispensable mantenerlo en buenas condiciones, ya que es una fuente de desarrollo para la región. Debido a las actividades piscícolas, agrícolas, recreativas entre otras, los niveles de contaminación por compuestos nitrogenados puede estar aumentando en el lago. Cuantificando el número de bacterias presentes en el cuerpo de agua se pretende saber si los niveles de estos compuestos son elevados. 3. OBJETIVOS
3.1. OBJETIVO GENERAL
Determinar la densidad y diversidad de bacterias nitrificantes en el lago de Tota como indicadoras de contaminación por compuestos nitrogenados.
3.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS
• Aislar y seleccionar en cinco puntos de muestreo y a dos profundidades bacterias pertenecientes a grupos indicadores: Mesofilos, nitrificantes, amonificantes.
• Establecer si hay diferencias en densidad y diversidad de bacterias de los diferentes grupos en las dos profundidades
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• Determinar si hay diferencias en densidad y diversidad de bacterias de los diferentes grupos entre los 5 puntos de muestreo
4. MATERIALES Y MÉTODOS
4.1. DESCRIPCIÓN DEL LAGO DE TOTA Para Colombia el lago de Tota es realmente importante ya que este presenta una gran riqueza biótica, turística y económica. El lago se encuentra ubicado en el departamento de Boyacá sobre la cordillera oriental y bajo la jurisdicción de los municipios de Aquitania, Tota y Cuítiva. Se encuentra a una altitud de 3015 msmn. Geográficamente se encuentra ubicado entre las coordenadas 5°28´13” , 5°39 1́4” N; 72°51́ 38” y 73°0´00” W (Fig. 2). (Donato, 2001).
4.1.1. CARACTERÍSTICAS DEL LAGO DE TOTA El lago de Tota tiene un área total de 6000 ha y una profundidad que oscila entre 64, 31.6 y 0.7 metros, siendo la primera la máxima, la segunda la media y la tercera la relativ a respectivamente. Posee un área de cuenca de 20500 ha y almacena un volumen de 1920mm3 (Donato, 2001). Geológicamente el lago se puede clasificar como un valle ahogado de morfología y origen (tectónico) con el que se asocia los movimientos estructurales que formaron la cordillera oriental. Estratigráfiamente (Groose,1928) están representadas las formaciones Villeta (Sureste y Noreste de Aquitania), Guadalupe (Sur, Oeste) y Guaduas (cercanías de Playa Blanca , Oeste). La población de Aquitania esta ubicada al costado este sobre una planicie se considera como un depósito sedimentario (Cuaternario) formado por el río Tobal y quebradas vecinas. La cuenca hidrográfica alcanza hasta los 3700m s.n.m; en ellas se establecen diversas comunidades vegetales que pertenecen a las formaciones Selva andina – alta, Subpáramo y Páramo según Cuatrecasas (1958). La conformación del lago esta dado por dos áreas: Lago grande y Lago chico, con profundidades máximas de 61 y 40 m respectiv amente, separadas por las islas de San Pedro, Cerro chico y las penínsulas Daitó y Susacá.
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Figura 2. Localización lago de Tota, Boyacá Colombia
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Entre los afluentes mas importantes que recibe el lago de Tota están: el Río Olarte, Hatolaguna, Tobal, La quebrada los Pozos y el Rió la mugre. Además de estos, el lago tiene una serie de quebradas que solo desaguan en tiempo de lluvia, o almacenan aguas residuales de las poblaciones cercanas y agroquímicos de las zonas de cultivo. Tal es el caso del Río Tobal y el Río la Mugre. En cuanto al clima, el lago de Tota posee un periodo de lluvias bioestacional, con un decaimiento en los promedios máximos en el mes de septiembre. Entre los meses de marzo y nov iembre se presenta el tiempo de lluvias mostrando un promedio aproximado a los 100 mm y con un pico máximo en mayo. Entre los meses de diciembre a febrero se presenta el tiempo seco mostrando un promedio menor a 41 mm siendo enero el mes que registra menor valor (0 mm). La precipitación promedio anual multianual para la región es de 894 mm. 1985-1998 (IDEAM) La temperatura media mensual es de 10.41 °C, oscilando entre 9 y 11 grados. Las mayores temperaturas se presentan en febrero, abril y mayo con un valor máximo medio mensual de 12.1 y 12.2 °C. Las menores temperaturas se registran durante julio, agosto y diciembre, presentándose en julio el valor más bajo (8.3°C) 1973-2001 (IDEAM) La humedad relativa media mensual multianual es de 74 % oscilando entre 70.4 y 78 por ciento. El promedio anual de máxima humedad es 97.3% en mayo, en tanto los mínimos valores corresponden a enero-febrero con el 57 y 51 por ciento. El Brillo solar es superior durante los meses de enero, febrero y marzo, siendo enero el mes con mayor brillo solar (269.4). Por el contrario el mes con menor brillo solar según lo reportado por el IDEAM (1985-1998) es abril con un valor de menor al 70. 1985-1998 (IDEAM)
4.2. DETERMINACIÓN DE LA DENSIDAD Y DIVERSIDAD
4.2.1. FASE DE CAMPO Esta fase comprendió la recolección de las muestras de agua del lago de Tota en 5 puntos, los cuales están distribuidos de la siguiente manera: el Túnel y Playa blanca en Lago Grande (Fig. 3) y (Fig. 4), la Mugre, el Tobal y los Pozos en Lago Chico (Fig. 5), (Fig. 6) y (Fig. 7). Fueron de este modo seleccionados por la importancia que estos representan para el lago.
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Figura 3. El Túnel, punto de muestreo en Lago Grande
Figura 4. Playa Blanca, punto de muestreo en Lago Grande
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Figura 5. La Mugre, punto de muestreo en Lago Chico
Figura 6. El Tobal, punto de muestreo en Lago Chico
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Figura 7. Los Pozos, punto de muestreo en Lago Chico
Las muestras de agua se tomaron en superficie (20cm) y a 10 m de profundidad durante los meses de enero, febrero, marzo, abril y junio mediante la utilización de la botella Van Dorn de dos litros de capacidad (Fig.8).
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Figura 8. Botella Van Dorm. Instrumental utilizado para la toma de agua
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De cada uno de los puntos se tomo un volumen de agua aproximadamente 250 ml, el cual era guardado en frascos de v idrio de color ámbar los cuales se rotulados con la información correspondiente al lugar de muestreo y a la profundidad, a su vez la fecha y hora en la cual fue recolectada. Como complementación para cada punto de muestreo se midieron aspectos fisicoquímicos como l son: ox igeno disuelto, conductiv idad, pH, temperatura y profundidad, mediante los equipos correspondientes (ox imetro, conductimetro, peachimetro y ecosonda). Como cada muestra de agua constituye material biológico, una v ez recolectadas se colocaron en nevera a baja temperatura hasta llegar al laboratorio (lugar de procesamiento de muestras).
4.2.2. FASE DE LABORATORIO Para determinar la densidad y diversidad de las bacterias presentes en el lago de Tota, se eligieron 5 puntos donde se tomaron muestras de agua en superficie (20cm) y a 10m de profundidad, entre los meses de enero a junio de 2005. El procedimiento para el procesamiento de cada una de las muestras fue el siguiente: Una vez obtenidos los medios (WATSON AND MANDEL, 1971) se realizaron siembras (para cada punto muestreado y para cada profundidad) de la siguiente manera: se agita muy lentamente los frascos donde en encuentran las muestras de agua, se toma 0.1 ml de la muestra y se siembra en superficie directamente, se homogeniza y se lleva a encubar a 30°C por 15 días. Este procedimiento se llevo acabo en los meses de enero a marzo arrojando resultados negativ os lo cual nos condujo a cambiar la metodología en la fase de laboratorio. Para las muestras de agua de los meses de abril y junio se prepararon diferentes medios de cultivo entre los que se encuentran: PDA, SPC, McK, Cetri, en estos se realizaron siembras en superficie de 0.1 ml de cada punto y de cada profundidad, se homogeniza y se lleva a encubar a 30°C por 3 días. Una vez se observo crecimiento de microorganismos en cada uno de los medios se procedio a realizar las lecturas y los reportes correspondientes a la densidad y numero de morfotipos encontrados. Después de haber pasado por la etapa de enriquecimiento bacteriano se procede a realizar un pase de todas y cada uno dde los morfotipos seleccionados a medios diferenciales para bacterias nitrificantes (WATSON AND MANDEL, 1971) utilizando la tecnica de replica plating con el fin de poder determinar cuales de estos morfotipos v tienen la capacidad de ox idar el (NH4) y el (NO2-).
21
Una v ez se observa crecimiento bacteriano en los medios diferenciales se procede a la identificación morfológica y fisiológica de la bacteria, para lo cual es indispensable realizar la tinción Gram y su observación en el microscopio. 5. RESULTADOS
5.1. CARACTERÍSTICAS FISICOQUÍMICAS
• El pH, presentó v alores básicos, oscilando entre 7.14 y 9.21. El máximo valor se observo en el Tobal en el mes de febrero y el mínimo valor se observo en Playa Blanca en el mes de junio (Fig. 9).
pH
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
profun did ad supe rficie profun did ad su perficie p ro fundidad supe rficie profun didad supe rficie
febrero marzo abril jun io
Playa blanc a El TunelLa mugre El TobalLos pozos
Figura 9. Comportamiento del pH en superficie y profundidad en los meses de muestreo
• La temperatura presento valores constantes, oscilando entre 13.2°C y 17.2°C. el máximo valor se observo en Playa Blanca en el mes de Marzo y el mínimo valor se observo en el Tobal en el mes de febrero. (Fig. 10).
22
TEMPERATURA (°C)
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
profundidad superficie profundidad superficie profundidad superficie profundidad superficie
febrero marzo abril junio
°C
Playa blanca E l TunelLa mugre E l TobalLos pozos
Figura 10. Comportamiento de la temperatura en superfici e y profundidad en los meses de muestreo
• El ox igeno disuelto presenta v alores entre 1.60mg/L y 8.44mg/L. el máx imo valor se observ ó en el Túnel en el mes de febrero y el mínimo v alor se observ o en Playa Blanca en el mes de marzo. En general los valores de oxigeno disuelto son constantes para los meses de Abril y Junio pero diferentes con respecto al mes de marzo, en el cual se obtuvieron valores bajos en todos los puntos de muestreo (Fig. 11).
23
OXIGENO DISUELTO (mg/l)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
profundidad superficie profundidad superficie profundidad superficie profundidad superficie
febrero marzo abril junio
mg/
l
Playa blanca El Tunel
La mugre El Tobal
Los pozos
Figura 11. Comportamiento del Oxigeno disuelto (mg/L) en superficie y profundidad en los meses de
muestreo
5.2. BACTERIAS (GENERAL)
5.2.1. BACTERIAS EN SUPERFICIE EN EL MES DE ABRIL Los resultados obtenidos en el mes de Abril muestran que la densidad de la población bact eriana de
mesofilos a 20 cm de profundidad, es igual para el Túnel, la Mugre y Playa Blanca. Por el contrario en los
Pozos y el Tobal los valores son menores. En cuanto a la diversidad en morfotipos se observa que los valores
son constantes en los 5 puntos de muestreo (Fig. 12).
24
Densidad y diversidad de Bacterias Mesofilas a 20 cm de profundidad
44
53
412
206
44
211
128
0 50 100 150 200 250
Toba l
Playa Bla nca
Los pozos
La Mugre
EL Tune l
PUNT
OSdensidad X 10-1 UFC
diversidad
Figura 12. Densidad y diversidad de bacterias mesófilas en superfici e
Los resultados obtenidos para la densidad y diversidad de bacterias tipo Pseudomonas spp en el mes de Abril
muestran que en los puntos del Túnel, los Pozos, Playa blanca y el Tobal no se detecto actividad bact eriana.
El único punto en el que se observo crecimiento fue en la Mugre (Fig. 13).
Densidad y Diversidad de Bacterias Pseudomonas sp a 20 cm de profundidad
00
0
1
00
00
3
0
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5
Tobal
Playa Blanca
Los poz os
La Mugre
EL Tunel
PUN
TOS
densidad X 10 -1 UFC
diversidad
Figura 13. Densidad y diversidad de bacterias Pseudomonas spp en superfi cie
25
Los resultados obtenidos en el mes de Abril muestran que la densidad de la población de bacterias lactosa positiva a 20 cm de profundidad es diferente para cada uno de los puntos. Mientras que la diversidad muestra variaciones muy pequeñas, mostrando una homogeneidad relativa (Fig. 14).
Densidad y Diversidad de Bacterias Lactosa positiva a 20 cm de profundidad
33
55
27
133
41
17
82
0 20 40 60 80 100 120 140
Toba l
Playa Blan ca
Los pozos
La Mugre
EL Tune l
PUN
TOS
densidad X 10 -1 UFC
divers idad
Figura 14. Densidad y diversidad de bacterias lactosa positiva en superficie
5.2.2. BACTERIAS EN PRO FUNDIDAD EN EL MES DE ABRIL Los resultados obtenidos para la densidad y diversidad de bacterias tipo Pseudomonas spp en el mes de Abril
muestran que en los puntos del Túnel, los Pozos, Playa blanca y el Tobal no se detecto actividad bact eriana.
El único punto en el que se observo crecimiento fue en la Mugre, en donde los valores de densidad y
diversidad parecen estar relacionados, pues son muy parecidos (Fig. 15).
26
Densidad y diversidad de Bacterias Pseudomonas sp a 10 m de profundidad
00
0
5
00
00
6
0
0 1 2 3 4 5 6 7
Toba l
Playa Blan ca
Los pozos
La Mugre
EL Tune lP
UNTO
S
densidad X 10 -1 UFC
divers idad
Figura 15. Densidad y diversidad de bacterias tipo Pseudomonas sp en profundidad
Los resultados obtenidos en el mes de Abril muestran que la densidad de la población de bacterias lactosa positiva a 10 m de profundidad es diferente para cada uno de los puntos, es tanto así que en Playa blanca no se observo crecimiento, mientras que en la Mugre se observo el máximo crecimiento. En cuanto a la diversidad muestra variaciones muy pequeñas entre los puntos (Fig. 16).
27
Densidad y Diversidad de Bacterias Lactosa positiva a 10m de profundidad
30
52
313
0
39
103
8
0 20 40 60 80 100 120
Tobal
Playa Bla nca
Los pozos
La Mugre
EL TunelPU
NTO
S
densidad X 10 -1 UFC
divers idad
Figura 16. Densidad y diversidad de bacterias lactosa positiva en profundidad
Los resultados obtenidos en el mes de Abril muestran que la densidad de la población bacteriana de mesofilos a 10 m de profundidad, es parecida para el Túnel y los Pozos, mientras que para la Mugre, Playa blanca y el Tobal los valores difieren, de un número menor a mayor respectivamente En cuanto a la diversidad de bacterias se observo que en los puntos del Túnel y Playa blanca los valores son los mismos. Mientras que para la Mugre, los Pozos y el Tobal los valores difieren, es decir la diversidad varia entre ellos (Fig. 17).
28
Densidad y Diversidad de Bacterias Mesofilas a 10 m de profundidad
35
74
5
106
23
55
11
53
0 20 40 60 80 100 120
Toba l
Playa Blanca
Los pozos
La Mugre
EL Tune l
PU
NTO
S
densidad X 10 -1 UFC
divers idad
Figura 17. Densidad y diversidad de bacterias mesófilas en profundidad.
5.2.3. BACTERIAS EN SUPERFICIE EN EL MES DE JUNIO Los resultados obtenidos para la densidad y diversidad de bacterias tipo Pseudomonas spp en el mes de Junio muestran que en los puntos del Túnel, los Pozos, Playa blanca y el Tobal no se detecto actividad bacteriana. El único punto en el que se observo crecimiento fue en la Mugre, donde la diversidad fue relativamente baja en comparación con su densidad (Fig. 18).
29
Densidad y Diversidad de Bacterias Pseudomonas sp a 20 cm de profundidad
00
04
00
00
31
0
0 5 10 15 20 25 30 35
Tobal
Playa Blanca
Los pozos
La Mugre
EL Tunel
PU
NTO
S
dens idad X 10 -1 UFC
diversidad
Figura 18. Densidad y diversidad de bacterias tipo Pseudomonas spp en superficie
Los resultados obtenidos en el mes de Junio muestran que la densidad de la población de bacterias lactosa positiva a 20 cm de profundidad es igual en los puntos del Túnel y la Mugre. Mientras que para
los otros puntos difiere. En cuanto a la diversidad de bacterias se observo que en los puntos de la Mugre y el Tobal tienen valores iguales, mientras que para los demás puntos son diferentes. Mostrando que hay una alta densidad, pero con una baja diversidad (Fig. 19).
30
Densidad y Diversidad de Bacterias Lactosa positiva a 20cm de profundidad
63
46
116
24
51
100100
0 20 40 60 80 100 120
Tobal
Playa Blanca
Los pozos
La Mugre
EL Tunel
PU
NTO
S dens idad X 10 -1 UFC
divers idad
Figura 19. Densidad y diversidad de bacterias lactosa positiva en superficie
Los resultados obtenidos en el mes de Junio muestran que la densidad de la población bacteriana de mesófilos a 20 cm de profundidad, es igual para el Túnel, la Mugre y Playa Blanca. Por el contrario en
los Pozos y el Tobal los valores son menores, pero también muy parecidos entre si. En cuanto a la diversidad de bacterias se refiere se observo que los valores de La Mugre, los Pozos y el Tobal son iguales, pero diferentes entre el Túnel y playa blanca, los cuales presentan la misma diversidad (Fig. 20).
31
Densidad y diversidad de Bacterias Mesofilas a 20 cm de profundidad
94
99
4
84
100
83
100100
0 20 40 60 80 100 120
Tobal
Playa Blanca
Los pozos
La Mugre
EL Tunel
PUN
TOS densidad X 10 -1 UFC
divers idad
Figura 20.Densidad y diversidad de bacterias Mesófilas en superfi cie
5.2.4. BACTERIAS EN PRO FUNDIDAD EN EL MES DE JUNIO
En cuanto a las bacterias tipo Pseudomonas spp no se observo crecimiento en ninguno de los 5 puntos muestreados (Fig. 21).
Densidad y diversidad de Bacterias Pseudomonas sp a 10m de profundidad
00
00
00
00
00
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
Tobal
Playa Blanca
Los pozos
La Mugre
EL Tunel
PU
NTO
S
diversidad
dens idad X 10 -1 UFC
Figura 21. Densidad y diversidad de bacterias tipo Pseudomonas spp en profundidad.
32
Los resultados obtenidos en el mes de Junio muestran que la densidad de la población de bacterias lactosa positiva a 10 m de profundidad es igual en los puntos de la Mugre y los Pozos. Mientras que para los otros puntos es diferente. En cuanto a la diversidad de bacterias se observo que en los puntos de la Mugre y Playa blanca tienen valores iguales, mientras que para los demás puntos difieren.
En el Túnel es importante notar que por primera vez se ve una relación 1 a 1 entre la diversidad y la densidad de la población bacteriana. (Fig. 22).
Densidad y Diversidad de Bacterias Lactosa positiva a 10 m de profundidad
42
12
1
3424
100100
1
0 20 40 60 80 100 120
Tobal
Playa Blanca
Los pozos
La Mugre
EL Tunel
PU
NTO
S
dens idad X 10 -1 UFC
diversidad
Figura 22. Densidad y diversidad de bacterias lactosa positiva en profundidad
33
Los resultados obtenidos en el mes de Junio muestran que la densidad de la población bacteriana de mesofilos a 10 m de profundidad, es igual para el Túnel, la Mugre, los Pozos y Playa Blanca. Por el contrario en el Tobal el valor fue menor En cuanto a la diversidad de bacterias se refiere se observo que los valores de La Mugre y los Pozos son iguales, pero diferentes entre el Túnel, Playa blanca y el Tobal (Fig. 23).
Densidad y Diversidad de Bacterias Mesofilas a 10 m de profundidad
92
66
5
63
100100
100100
0 20 40 60 80 100 120
Tobal
Playa Blanca
Los pozos
La Mugre
EL Tunel
PU
NTO
S
divers idad densidad X 10 -1 UFC
Figura 23. Densidad y diversidad de bacterias mesofilas en profundidad
Después de haber realizado la técnica de plating se observo que de los 29 morfotipos que crecieron en
SPC solo 5 crecieron en el medio de nitrito y 8 en medio de amonio. De los 18 morfotipos que crecieron en McK solo 6 crecieron en medio de nitrito y 7 en medio de amonio (Fig.24).
34
Nume ro de morfotipos que ox ida n Amonio y Nitrito
6
7
5
8
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
nitrito amonio nitrito amonio
Mck S pc
Medios de cultivo
Canr
idad
de
Mor
fotip
os q
ue c
reci
eron
Figura 24. Número de bacterias que pueden oxidar el amonio y el nitrito.
6. ANÁLISIS DE RESULTADOS Y CONCLUSIONES
6.1. Variables fisicoquímicas
6.1.1. Valores del pH
Las mediciones del pH permiten inducir acerca de las formas de carbono inorgánico en el agua. Simples cambios del pH en el agua superficial de un lago proporcionan una primera orientación acerca de su producción primaria, la cual es proporcional o igual a la concentración de carbono inorgánico contenido en el agua ( Margalef 1983). El valor del pH depende de factores como: la concentración CO2, la lluvia, el t ipo de suelo y el viento. En general el pH presento valores básicos, con un máximo en el Tobal en el mes de Febrero y un
mínimo en Playa Blanca en el mes de Junio. Esta variación del pH se puede relacionar con la constante entrada de material aloctono al área correspondiente a lago chico, donde desembocan quebradas como la
35
Mugre y el Tobal, trayendo consigo grandes aportes de materia orgánica e inorgánica, produciendo un incremento en la comunidad vegetativa y con esto un elevado consumo de CO2 , lo cual muestra una tasa elevada de pH típico de lago chico. El lago de Tota se encuentra clasificado como un lago natural de alta montaña, los cuales se caracterizan por tener valores normales de pH que oscilan entre 6,5 – 8,5 (Roldan, 1992). En este estudio se pudo
observar que dichos valores aun los conserva el lago, mostrando una estabilidad en cuanto a este factor se refiere.
6.1.2. Valor de la temperatura La temperatura es uno de los factores ambientales mas importantes que influyen en la supervivencia y en la reproducción de los organismos vivos. En ecosistemas acuáticos el termino temperatura es un compone que es utilizado para estratificar el cuerpo de agua según su valor térmico. El termino mas apropiado para referirnos a esta estratificación es la palabra termoclina, que se entiende como el lugar de
máximo gradiente vertical de temperatura, donde se separa un volumen superior, o epilimnion, del volumen inferior o hipolimnion, el cual también es caracterizado o diferenciado por los organismos y microorganismos que en el viven. (Margalef, 1983). Los lagos de origen glacial, volcánico o tectónico como el de Tota están clasificados como polimícticos fríos, es decir que presentan continuos periodos de circulación., por lo que nunca se estratifican. Esto se puede observar en este estudio, pues los valores de temperatura fueron en general constantes, tanto para 10 m, como para 20 cm de profundidad. Solo pudiéndose observar pequeñas variaciones o termoclinas en superficie.
6.1.3. Valores de Oxigeno disuelto El oxigeno disuelto es uno de los gases mas importantes en la dinámica y caracterización de los sistemas acuáticos. El oxigeno llega al agua por difusión de la atmósfera o por fotosíntesis. La difusión del oxigeno en un ecosistema acuático se lleva acabo por medio de la circulación y movimientos del agua. La alta concentración de oxigeno disuelto esta relacionada con la presencia de vegetación y por lo tanto a la actividad fotosintética que estas realizan durante el día. Por otro lado, el punto de el Tunel en lago
grande presenta un valor mayor al punto de saturación (Gotelman, 1979) de 6,75mg7L, el cual se puede atribuir a la fuerza y dirección del viento. Pudiéndose observar con el continuo y brusco oleaje que el lago presenta en dicha zona.
36
En este estudio se observo que no existen grandes diferencias de este gas en cuanto a las dos profundidades muestreadas, pero si se presentaron algunas diferencias entre los meses muestreados. Estas características del lago de Tota son típicas de lagos de alta montaña profundos , oligotróficos y donde predomina la polimixis relacionada con los vientos, corrientes internas y la falta de estratificación térmica (Roldan, 1993) (Ruiz et al. 1984).
Las bajas concentraciones de oxigeno disuelto que se obtuvieron para el mes de Marzo puede deberse a un error en la utilización del oximetro, debido a que dichos valores son exageradamente pequeños respecto a los otros meses.
6.2. Bacterias Según (Margalef, 1983) no son fiables los datos sobre la densidad de las poblaciones bacterianas en lagos, pues los recuentos efectuados en cultivos en medio sólido dan cifras muy inferiores a las reales.
La densidad de las poblaciones bacterianas varia localmente. No solo es mayor en las inmediaciones de la película superficial, sino que también es mas alta en la zona litoral que hacia el centro de los lagos.(Margalef, 1983).
6.2.1. Bacterias Mesófilas En el análisis de varianza aplicado para la densidad de bacterias mesófilas a dos profundidades se observo que con un P = 0.0307 hay diferencias significativas entre los meses. Con una media de 93
UFC Junio fue el mes que presento la mayor densidad. Este valor puede ser explicado debido a que en este mes se presentaron altas precipitaciones, lo cual trae consigo el arrastre de material orgánico e inorgánico por medio de los afluentes o por simple lavado. La acumulación de dicha materia conlleva al aumento de la actividad bacteriana reflejando un número elevado de bacterias mesófilas. (Fig.) Con una media de 59,8 UFC, el mes de Abril presento la menor densidad; tal vez por que en este mes las precipitaciones fueron menores, de tal modo que los materiales aloctonos pudieron verse disminuidos y consigo la actividad bacteriana.
En cuanto a la profundidad se refiere, con un P =0,40 no hay diferencias entre la densidad de bacterias mesófilas observadas a 20 cm y 10m de profundidad. Esto puede ser explicado ya que el lago de Tota
37
por ser de origen polimíctico no presenta estratificación (Roldan, 1993), (Ruiz et al. 1984) lo que significa que las densidades bacterianas pueden ser iguales tanto en superficie como en profundidad. Con un P= 0,83 se puede decir que no hay diferencias en la densidad de bacterias mesófilas entre los 5 sitios muestreados. Esto puede ser explicado por la alta homogeneidad que presento la concentración de oxigeno disuelto entre los sitios muestreados (Anexo N°1).
En el análisis de varianza realizado para la diversidad de bacterias mesófilas se observo que no hay diferencias significativas entre meses (P=0.5547), entre profundidades (P=0.5547) y entre sitios (P=0.68) muestreados. Esto puede ser explicado por que el lago tiende a presentar condiciones estables que les permite a los diferentes microorganismos crecer en diferentes puntos (Fig.24) (Anexo N°1).
1 2 3 4 5
10
40
70
100
Box and Whisker Plot
dens
idad
sitio20 cases
1 2 3 4 5
1
6
11
16
Box and Whisker Plot
dive
rsid
a
s it io20 cases
Figura. 24. Grafi co de cajas para el análisis de Varianza de bacteri as mesófilas.
38
6.2.2. Bacterias lactosa positiva En el análisis de varianza realizado para la densidad de bacterias lactosa positiva se puede decir que no hay diferencias significativas entre meses (P=0.4256), entre profundidades (P=0.5057) y entre sitios (P=0.2868) muestreados. En cuanto al análisis de varianza aplicado para la diversidad se encontró que
no hay diferencias significativas entre meses (P=0.6653) y entre sitios (P=0.1060), pero si se presentaron diferencias entre las profundidades (P=0.0262). Esto se debe a que no todas las bacterias tienen la capacidad de fermentar la lactosa, para lo cual los requerimientos y constituyentes no son iguales en superficie que en profundidad; lo cual lo corroboran las medias para cada profundidad: a 10 m la media para los diferentes morfotipos fue de 2,3. y a 20 cm la media para los diferentes morfotipos fue de 4; observándose que hay mayor diversidad en superficie que en profundidad (Fig. 25)(Anexo N° 2).
10 20
0
2
4
6
Box and Whisker Plot
dive
rsid
a
p rofundid20 cases
Figura 25. Grafico de caj as para el análisis de varianza de bacterias Lactosa positiva.
6.2.3. Bacterias tipo Pseudomonas spp
En el análisis de varianza realizado para la densidad de bacterias tipo Pseudomonas spp se observo que no hay diferencias significativas entre meses (P=0.4600), entre profundidades (P=0.3502) y entre sitios
(P=0.1676) muestreados. Por otro lado en el análisis de varianza para la diversidad de bacterias tipo Pseudomonas spp se observo que no hay diferencias significativas entre meses (P=0.7004) y entre
39
profundidades (P=1,00), en cambio el sit ios muestreados si se observo diferencias significativas (0.0277).
Esto se explica, por que en algunos sitios del lago hay mas concentración de materia orgánica e inorgánica que facilita la actividad bacteriana. Tal es el caso de la Mugre, donde fue el único sitio de muestreo donde creció y donde se pudieron diferenciar mas de un morfotipo (Fig.26) (Anexo N°3)
1 2 3 4 5
0
1
2
3
4
5
Box and W hisker Plot
dive
rsid
a
sitio20 cases
Figura 26. Grafico de caj as para el análisis de varianza de bacterias tipo Pseudomonas ssp.
6.2.4. Bacterias que oxidan el Amonio y Nitrito En el análisis de varianza realizado para la densidad y diversidad de bacterias que oxidan el amonio y el nitrito se pudo observar que hay diferencias significativas entre los meses (P=0.0004). Esto es explicable por que solo fue posible observar crecimiento bacteriano en el mes de Junio, pudiendo tener algún tipo de relación con las épocas de lluvias, pues como se dijo anteriormente, tales épocas favorecen al arrastre de mayor cantidad de materia orgánica e inorgánica, de tal modo que la actividad bacteriana se ve aumentada (Fig. 27) (Anexo N° 4).
40
1 2
0
2
4
6
8
Box and Whisker Plot
dens
idad
mes8 cases
1 2
0
2
4
6
8
Box and Whisker Plot
dive
rsid
a
mes8 cases
Figura 27. Gráficos de caj as para el análisis de varianza de bacterias que oxidan el amonio y el nitrito.
41
Debido a los aportes de aguas residuales que recibe el lago de Tota por parte de sus
afluentes, se pensó que el lago mostraría indicios de un proceso de eutrofización. Sin
embrago las variables fisicoquímicas y la actividad bacteriana encontradas en este estudio
no son características de un lago en proceso de Eutrofización.
El lago presento condiciones homogéneas entre los sitios y entre las profundidades
estudiadas, tanto para las variables fisicoquímicas como para el recuento de bacterias, lo
que demuestra que los aportes aloctonos de materia orgánica e inorgánica se están
distribuyendo uniformemente, debido a que el volumen de agua contenido en el lago es
grande, permitiendo que los materiales arrojados al lago se diluyan.
Mediante la observación directa se detecto que la biodiversidad de organismos es alta,
indicando que el lago de Tota esta en condiciones de albergar y soportar una gran
diversidad de fauna.
42
ANEXO N ° 1 Analysis of Variance Table for DENSIDAD Source DF SS MS F P MES 1 5511.2 5511.20 5.87 0.0307 PROF 1 696.2 696.20 0.74 0.4048 SITIO 4 1326.8 331.70 0.35 0.8372 Error 13 12204.6 938.82 Total 19 19738.8 Grand Mean 76.400 CV 40.10 P < 0.05 hay diferencias P > 0.05 no hay diferencias Analysis of Variance Table for DIVERSIDA Source DF SS MS F P MES 1 4.050 4.0500 0.37 0.5547 PROF 1 4.050 4.0500 0.37 0.5547 SITIO 4 25.700 6.4250 0.58 0.6801 Error 13 143.150 11.0115 Total 19 176.950 Grand Mean 5.9500 CV 55.77
P < 0.05 hay diferencias P > 0.05 no hay diferencias
43
ANEXO N° 2 Analysis of Variance Table for DENSIDAD Source DF SS MS F P MES 1 1022.5 1022.45 0.68 0.4256 PROFUN 1 708.0 708.05 0.47 0.5057 SITIO 4 8491.3 2122.83 1.40 0.2868 Error 13 19648.8 1511.44 Total 19 29870.6 Grand Mean 47.850 CV 81.25 P < 0.05 hay diferencias P > 0.05 no hay diferencias Analysis of Variance Table for DIVERSIDA Source DF SS MS F P MES 1 0.4500 0.4500 0.20 0.6653 PROFUN 1 14.4500 14.4500 6.29 0.0262 SITIO 4 21.8000 5.4500 2.37 0.1060 Error 13 29.8500 2.2962 Total 19 66.5500 Grand Mean 3.1500 CV 48.10
P < 0.05 hay diferencias P > 0.05 no hay diferencias
44
ANEXO N° 3 Analysis of Variance Table for DENSIDAD Source DF SS MS F P MES 1 24.200 24.2000 0.58 0.4600 PROFUN 1 39.200 39.2000 0.94 0.3502 SITIO 4 320.000 80.0000 1.92 0.1676 Error 13 542.600 41.7385 Total 19 926.000 Grand Mean 2.0000 CV 323.03 P < 0.05 hay diferencias P > 0.05 no hay diferencias Analysis of Variance Table for DIVERSIDA Source DF SS MS F P MES 1 0.20000 0.20000 0.15 0.7004 PROFUN 1 6.541E-33 6.541E-33 0.00 1.0000 SITIO 4 20.0000 5.00000 3.87 0.0277 Error 13 16.8000 1.29231 Total 19 37.0000 Grand Mean 0.5000 CV 227.36
P < 0.05 hay diferencias P > 0.05 no hay diferencias
ANEXO N° 4
45
Analysis of Variance Table for DENSIDAD Source DF SS MS F P BACTERIAS 1 5.283E-34 5.283E-34 0.00 1.0000 MES 1 84.5000 84.5000 112.67 0.0004 NITROGENO 1 2.00000 2.00000 2.67 0.1778 Error 4 3.00000 0.75000 Total 7 89.5000 Grand Mean 3.2500 CV 26.65 P < 0.05 hay diferencias P > 0.05 no hay diferencias Analysis of Variance Table for DIVERSIDA Source DF SS MS F P BACTERIAS 1 5.283E-34 5.283E-34 0.00 1.0000 MES 1 84.5000 84.5000 112.67 0.0004 NITROGENO 1 2.00000 2.00000 2.67 0.1778 Error 4 3.00000 0.75000 Total 7 89.5000 Grand Mean 3.2500 CV 26.65
P < 0.05 hay diferencias P > 0.05 no hay diferencias
46
BIBLIOGRAFÍA • Cervantes Francisco., Carrillo Jaime., Gómez Jorge., Avances en la Eliminación Biológica del
Nitrógeno de las Aguas Residuales. Revista Latinonoamericana de Microbiología., Abril 2000. Vol 42. p. 73 – 82.
• Corine B. Whitbby., Saunders R. Jon., Rodriguez Juana., Pickup Roger., McCerthy Alan.
Phylogenetic Differentiation of Two Closely Related Nitrosomonas spp. That Inhabit Different Sediment Environments in an Oligotrophic Freshwater Lake. AppL. Environmental. Mivrobiology., Nov. 1999. Vol 11. p 4855 – 4862
• Cole J. Jonathan., Pace Michael L., Caraco Nina F., Steinharrt Gail S. Bacterial biomasa and
cell size dfistributions in lakes More and larger cells in anoxic waters.. Limnology and Oceanography., 1993 Vol 38. p 1627 – 1632.
• Dugdale A. Vera., Dugdale Richard C., Nitrogen Metabolism in Lakes Role of Nitrogen
Fixation in Sanctuary Lake, Pennsylvania., and Oceanography., 1962. Vol 7. p 170 – 177. • Donato J., Gonzáles L.E., et al., Ecología De Dos Sistemas Acuáticos De Páramo, Colección
Jorge Álvarez Lleras No. 9, Bogotá D.C., Colombia, 1996.
• Gaviria Santiago. Evaluación limnologica inicial del embalse de Chuza, Páramo de Chingaza. Laboratorio Central. E.A.A.B.1984.
• Grosse, E. (1928). Informe Geologico Sobre La Hoya Hidrografica Del La Laguna De Tota (Departamento De Boyaca). Boletín De Minas Y Petroleo, 130:97-105.
• Kuznetsov I S., Recent Studies on the Role of Microorganisms in the Cycling of Subtances in Lakes. Limnology and Oceanography. April 1968. Vol XIII. Numero 2.
• Madigan T Michael., Markinko M John., Parker Jack. Biología de los Microorganismos.
Octava edición. 1998. • Margalef Ramon., Limnología. Ediciones Omega., Barcelona 1983.
• Roldan Perez Gabriel. Fundamentos de Limnología Tropical. Editorial U de Antioquia
Colombia 1992., • Watson Staley W., Mandel Manley. Comparison of the Morphology and Deoxribonucleic Acid
Composition of 27 Strains of Nitrifying Bacteria. Journal of Bacteriology. Aug 1971. Vol 107 No2. p. 563 – 569.
