Influencia de biofilms y matas microbianas en la presencia de metales en planicies de marea de un ecosistema estuarino impactado por efluentes urbanos

Abstract

Al igual que muchos ecosistemas costeros del mundo, diversos estudios realizados en el estuario de Bahía Blanca reflejan que este ambiente se encuentra impactado por el aporte de metales, originados por diversas actividades antropogénicas que se desarrollan en sus inmediaciones. Las planicies de marea estuarinas son ecosistemas costeros de gran importancia debido a su extensión, a los importantes servicios ecosistémicos que brindan y a que se encuentran dentro de los ecosistemas más productivos de la Tierra. La alta productividad biológica se basa principalmente en la actividad de las comunidades microfitobentónicas que, en las planicies de marea del estuario de Bahía Blanca, están representadas por biofilms y matas microbianas que colonizan su superficie. Varios autores han indicado la capacidad de estas comunidades para secuestrar potenciales contaminantes, entre ellos, los metales. El objetivo de esta tesis es evaluar la influencia de estas comunidades microbianas presentes en el área media (Puerto Rosales) e interna (Almirante Brown) del estuario de Bahía Blanca, en los procesos de captación y distribución vertical de estos contaminantes inorgánicos. Para ello, se analizó la distribución y dinámica de metales esenciales como Cr, Cu, Fe, Mn, Ni y Zn, y otros no esenciales como el Cd, Hg y Pb. Además, se analizaron variables secundarias como la influencia de las mareas, el contenido de materia orgánica, tamaño de grano y, en el caso de la mata microbiana, los parámetros fisicoquímicos temperatura, pH y potencial redox. El análisis de la información obtenida mostró que las matas microbianas fueron sensibles a la presencia de metales, dado que fueron capaces de concentrarlos aun cuando estuvieron en bajas concentraciones. Asimismo, las matas microbianas mostraron una mayor eficacia en el secuestro de metales respecto al biofilm que cubre los primeros milímetros de la misma. La influencia de las matas microbianas en la presencia de metales fue más notoria en la zona alta de Puerto Rosales, donde se registraron mayores concentraciones respecto a las capas ubicadas por debajo de la comunidad microbiana activa. Esto podría ser explicado por el mayor contenido de materia orgánica encontrado en las matas microbianas de esta zona, en conjunto con las características fisicoquímicas atribuibles a los períodos de exposición a las cuales se ven sometidas. La secreción de sustancias poliméricas extracelulares por parte de diatomeas y cianobacterias móviles como respuesta a un período de exposición mayor a 6 días registrado en ésta zona, sumado a la afinidad para unir metales que presenta la pared de las cianobacterias dominantes de estas matas microbianas epibentónicas, favorecería el secuestro de los mismos. La mayoría de los metales analizados presentaron mayores concentraciones en las capas subyacentes a la mata microbiana.

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Esto podría atribuirse a la influencia de los microorganismos presentes en esa profundidad (1 - 5 cm), así como a la presencia de sedimento de tamaño de grano fino. En cuanto al ambiente fisicoquímico de las matas microbianas, se encontraron diferencias entre los sitios evaluados, presentando Almirante Brown un pH alcalino, una mayor temperatura y un ambiente más reductor respecto a Puerto Rosales, lo cual podría implicar diferencias en la actividad microbiana de ambos sistemas. Por último, se encontró que Almirante Brown se encuentra bajo una mayor influencia por parte de los metales seleccionados para su evaluación en la presente tesis doctoral, dado que posee las mayores concentraciones promedio en seis de los nueve metales analizados (Cr, Cu, Fe, Ni, Pb y Zn). Ello podría estar relacionado a su proximidad a un ex basurero y la influencia de la descarga de efluentes cloacales con escaso tratamiento.

As in many coastal ecosystems in the world, diverse studies carried out in the Bahía Blanca estuary (referred to in this document as EBB, from its name in Spanish) reflect that this environment is impacted by the supply of metals originated in a variety of anthropogenic activities that are carried out in its surroundings. The tidal flats of estuarine tides are coastal ecosystems of great importance given their extension, the important ecosystemic services they provide, and because they are among the most productive ecosystems on Earth. The high biological productivity is mainly based in the activity of microphytobenthic communities that, in the tidal flats of the EBB, are represented by biofilms and microbial mats that colonize its surface. Various authors have indicated the capacity for these communities to sequester potential contaminants, such as metals. The goal of this thesis is to evaluate the influence of these microbial communities present in the middle (Puerto Rosales) and inner (Almirante Brown) areas of the EBB on the capture and vertical distribution processes of these inorganic contaminants. Towards this end, the distribution and dynamics was analyzed for essential metals like Cr, Cu, Fe, Mn, Ni and Zn, and other non-essential ones like Cd, Hg, and Pb. Furthermore, secondary variables were also analyzed, such as the influence of tides, the organic matter content, grain size and, in the case of the microbial mat, the physicochemical parameters of temperature, pH, and the redox potential. The analysis of the data showed that the microbial mats were sensitive to the presence of metals, given that they were capable of concentrating them even when they were present in low concentrations. Likewise, the microbial mats showed a greater efficacy in the sequestering of metals relative to the biofilm that covers its first millimeters. The influence of the microbial mats on the presence of metals was most significant in the high zone of Puerto Rosales, where greater concentrations were registered in relation to the layers situated below the active microbial community. This could be explained by the greater content of organic matter found in the microbial mats in this zone, in conjunction with the physicochemical features attributable to the exposure periods to which they are submitted. The secretion of extracellular polymeric substances by mobile diatoms and cyanobacteria as a response to a period of exposure greater than 6 days, recorded in this zone, as well as the affinity to bind metals exhibited by the wall in the cyanobacteria that dominate these epibenthic microbial mats, may favor their sequestering. The majority of the analyzed metals presented greater concentrations in the underlying layers in the microbial mat. This could be attributed to the influence of the microorganisms present at that depth (1 - 5 cm), as well as to the presence of sediment of fine grain size. As to the

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physicochemical environment, differences were found between the evaluated sites, where Almirante Brown presents an alkaline pH, greater temperature, and a more reductive environment in relation to Puerto Rosales. That fact would imply differences in the microbial activity of both systems. Finally, Almirante Brown was found to be under a greater influence of the metals selected for evaluation. There is high mean concentrations in six of the nine analyzed metals (Cr, Cu, Fe, Ni, Pb, and Zn). This may be related to its proximity to a former garbage dump and the influence of the discharge of sewer discharges with low treatment.