Extremophilic protists in the rio Tinto : the relationship between environment and the microbial communitary in a patchwork of geological «islands»

Eric Zettler

Departamento de Planetología y Habitabilidad

Año 2009

El Río Tinto en España es uno de los ecosistema ácido-extremos naturales de mayor dimensión de nuestro planeta. Datos recientes paleontológicos indican que los condiciones geoquímicas excepcionales que se dan en el río han persistido durante millones de años (Fernández-Remolar et al. 2005). La historia prolongada de estas condiciones hace del río un hábitat único para el estudio de una comunidad microbiana adaptada a condiciones extremas y que ha evolucionado durante un largo periodo de tiempo. El río, de casi 100 km de longitud, discurre a través de los depósitos ricos de sulfuros metálicos de la Faja Pirítica Ibéríca, manteniendo durante su recorrido un pH por debajo de 3. Esta acidez y los minerales por los que discurre el agua generan niveles extremadamente altos de metales pesados en solución. A pesar de las condiciones extremas, el trabajo desarrollado en los últimos quince años ha mostrado que el río sostiene una comunidad microbiana vigorosa compuesta de bacterias y arqueas, y sorprendentemente de una cantidad abundante de eucariotas, incluyendo hongos y protistas. La diversidad procariótica es muy baja y está constituida fundamentalmente por Leptospirillum ferrooxidans, Acidothiobacillus ferrooxidans, y Acidophilium spp. (López-Archilla et al. 2001, González-Toril et al. 2003b, Amils et al. 2007). La diversidad eucariota en determinadas zonas es también baja, pero los estudios recientes utilizando técnicas convencionales y moleculares han mostrado una inesperada diversidad eucariota cuando se compara con otros ambientes extremos (Amaral-Zettler et al. 2002, González-Toril et al. 2003a, López-Archilla et al. 2004a, Gadanho and Sampaio 2006, Aguilera et al. 2007a). Estos organismos son de interés por una variedad de razones, en las que se incluye la habilidad de algunos organismos de acumular metales pesados en sus células (Gómez et al. 1993, Amils et al. 1997). Este ecosistema ha despertado también el interés astrobiológico ya que permite predecir qué formas de vida podrían existir en otros lugares del universo con una mineralogía semejante, tal como es el caso de Marte (Fernández-Remolar et al. 2005, Knoll et al. 2005, Amils et al. 2007). Este estudio complementa el trabajo realizado hasta la actualidad, intentando integrar un enfoque descriptivo de la historia natural del ecosistema así como la utilización de métodos analíticos cuantitativos. Los resultados obtenidos de la aplicación de distintos instrumentos y técnicas de análisis de datos en el Rio Tinto han sido utilizados para describir las condiciones físicas, las comunidades biológicas, y la relación entre las dos a escalas temporales y espaciales que van desde minutos y micrómetros a años y kilómetros. Los datos obtenidos a partir de un muestreo en profundidad de las comunidades eucarióticas utilizando técnicas moleculares combinadas con datos ambientales obtenidos a partir de medidas de parámetros geoquímicos y físicos se han analizado utilizando análisis multivarable. Estos métodos permiten resumir las tendencias y demostrar las relaciones estadísticamente significativas entre las condiciones extremas y las comunidades microbianas en distintas localidades del río. 

The Río Tinto (Tinto River, SW Spain) is one of the largest natural acidic ecosystems on Earth. Recent paleontological data indicate that the unusual geochemical conditions in the river have persisted for millions of years (Fernández-Remolar et al. 2005). The prolonged history of extreme conditions makes the river a unique habitat to study a microbial community adapted to extreme conditions since it has been evolving for a long time. The river is almost 100 km long and flows through the rich metal sulfide ore deposits of the Iberian pyritic belt, maintaining for almost the entire length a pH below 3. The combination of acidity and the rich ores the water runs through contribute to extremely high levels of metals dissolved in the water. Despite the extreme conditions, work over the last fifteen years has shown that the river supports a vigorous microbial community composed of extremophilic bacteria, archaea and surprisingly abundant eukaryotes including fungi and protists. The prokaryotes are dominated by relatively few species including Leptospirillum ferrooxidans, Acidothiobacillus ferrooxidans, and Acidophilium (López-Archilla et al. 2001, González-Toril et al. 2003b, Amils et al. 2007). Eukaryotes at any given site are also dominated by a few species, but traditional and molecular studies have demonstrated unexpected diversity among Eukaryota relative to other extreme sites (Amaral-Zettler et al. 2002, González-Toril et al. 2003a, López-Archilla et al. 2004a, Gadanho and Sampaio 2006, Aguilera et al. 2007a). These organisms are of interest to scientists for a variety of reasons, including the ability of some to accumulate heavy metals in their cells (Gómez et al. 1993, Amils et al. 2007). This ecosystem has also piqued the interest of astrobiologists trying to predict what form life may take in other places in the universe with similar mineralogy such as Mars (Fernández-Remolar et al. 2005, Knoll et al. 2005, Amils et al. 2007). This study complements past work, and attempts to integrate a natural history descriptive approach and a variety of quantitative analytical methods. Results from the first application of several instrumentation and data analysis techniques in the Río Tinto are used to describe the physical conditions, biological communities, and the relationship between the two at temporal and spatial scales ranging from minutes and micrometers to years and kilometers. Biological data from a thorough sampling of the eukaryotic community using molecular techniques combined with environmental data from careful measurements of geochemical and physical parameters were analyzed using multivariate analyses. These methods allow us to summarize trends and to demonstrate statistically significant relationships between the extreme conditions and the microbial community at different stations in the river.

Datos de interés

Supervisores: Ricardo Amils
Universidad: UAM. Departamento de Biología Molecular; Centro de Astrobiología
Fecha de lectura: 21/01/2009

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