¿QUÉ ES EL BIOVOLUMEN ALGAL ?

¿ QUÉ ES EL BIOVOLUMEN ALGAL ?

Entrada elaborada por la Dra. Ana I. Negro

Se hace en esta entrada una aproximación al cálculo del biovolumen de las microalgas del fitoplancton. Este parámetro, muchas veces difícil de obtener debido a la morfología celular, es uno de los indicadores que se utilizan con respecto al elemento de calidad “fitoplancton” (junto con la clorofila a) en la evaluación del estado ecológico de las masas de agua.

El método tradicional, y más comúnmente utilizado, consiste en aproximar el volumen de las células de cada especie a través de la combinación del volumen de una o más figuras geométricas tridimensionales que, en conjunto, sean lo más similares posible a dichas células. midiendo muchas células en cada muestra es posible obtener con cierta precisión un volumen representativo de la especie. Procediendo del mismo modo con cada especie, obtendríamos el biovolumen de toda la comunidad fitoplanctónica.

Para estimar el biovolumen celular de una especie, en primer lugar debemos asignar una forma geométrica que se adapte a la morfología de sus células. En la diatomea de la figura la forma más adecuada es un cilindro.

Conociendo el diámetro (d) y altura (h) de la célula podemos calcular el volumen celular (o “biovolumen”). Para estimar el biovolumen celular promedio (Bcel) que podemos asignar a la especie debemos efectuar medidas y calcular los bio-volúmenes celulares de muchos individuos.

  • Muchas especies del fitoplancton tienen morfologías que se asemejan a figuras geométricas simples tales como esferas, cilindros, conos, prismas, etc. 
  • Sin embargo otras especies tienen formas complejas, que deben ser descompuestas en varias figuras geométricas sencillas para poder calcular el biovolumen celular completo.
  • Otras además pueden tener una cubierta exterior o prominencias radiales que dificultan los cálculos; o bien formar cenobios. Que pueden tener forma de filamentos o grupos celulares irregulares.
Staurastrum longipes
Se trata del mismo individuo visto en posición lateral (arriba) y apical (derecha).
Staurastrum longipes

Multiplicando el Bcel por la cantidad de células/litro contabilizadas en la muestra, calculamos el biovolumen aportado por la especie (Besp) por unidad de volumen de muestra de agua; expresado normalmente en mm3/l.

Todo este proceso se repite para cada especie de la muestra. La suma de los Besp de todas las especies nos da el biovolumen total del fitoplancton en la muestra, dato que se utiliza como indicador de biomasa fitoplanctónica.

Ver ejemplos del lago de Sanabria: Clic

Para facilitar el cálculo de biovolúmenes y asegurar la calidad de la información generada en los programas de seguimiento del estado de los lagos y embalses llevados a cabo por los Organismos de Cuenca, se han estandarizado biovolúmenes medios para algunas especies de fitoplancton. Estos valores pueden obtenerse en TAXAGUA. Además, en TAXAGUA se indican las figuras geométricas adecuadas para muchas especies.

Como norma general, para calcular el biovolumen se utilizará de forma preferente la información asociada a TAXAGUA. En caso de que esta información no esté disponible se podrá recurrir a las siguientes alternativas: 

  • Utilizar biovolúmenes de la bibliografía. 
  • Calcular los biovolúmenes celulares de las especies en cada masa de agua.

El documento de referencia, aplicable en estado ecológico, por normativa en España desde 2013 es el PROTOCOLO DE ANÁLISIS Y CÁLCULO DE MÉTRICAS DE FITOPLANCTON EN LAGOS Y EMBALSES MFIT- 2013

También la siguiente Norma Española especifica el procedimiento para estimación del biovolumen del fitoplancton basándose en el método de asignación de figuras geométricas: 

UNE-EN16695:2016. Calidad del agua. Guía para la estimación del biovolumen de fitoplancton (BOE Nº 36 de 11 de febrero). Equivale a la Norma Europea EN 16695:2015)

  Leer más sobre el cálculo de biovolúmenes algales  

  • Lewis, M. R. Jr. 1976. Surface/Volume ratio: Implications for phytoplankton morphology. Science 192: 885-887
  • Hamilton, P. B. 1990. The revised edition of a computerized plankton counter for plankton, periphyton and sediment diatom analyses. Hydrobiologia 194: 23-30
  • Hawkins, P. R., J. Hollyday, A. Kathuria & L. Bowling. 2005. Changes in cyanobacterial biovolume due to preservation in Lugol’s Iodine. Harmful Algae 4: 1033-1043
  • Hillebrand, H., Dürselen, C. D., Kirschtel, D., Pollingher, U., & Zohary, T. 1999. Biovolume calculation for pelagic and benthic microalgae. Journal of Phycology 35: 403-424
  • Sun, J., & Liu, D. 2003. Geometric models for calculating cell biovolume and surface area for phytoplankton. Journal of Plankton Research 25(2): 1331-1346

Además, busca en Internet:

Es un sitio web mantenido por la empresa estatal LTV encargada de la gestión del agua en el estado de Sajonia (Alemania) y la ATT, una asociación sin ánimo de lucro integrada por diversas instituciones (universidades, administraciones), asociaciones y empresas alemanas relacionadas con el abastecimiento de agua, investigación, etc. Entre sus contenidos podemos encontrar una galería fotográfica de fitoplancton con datos sobre medidas biométricas y figuras geométricas que puede ser utilizada para el cálculo del biovolumen.
También contiene un apartado con las fórmulas matemáticas de 36 figuras geométricas simples y compuestas adecuadas para el fitoplancton, así como una calculadora para el cálculo del volumen de cada figura. Es muy interesante además el listado de bibliografía que ofrece, con cerca de 450 registros, sobre morfología, biología, taxonomía, metodología, etc. del fitoplancton.

Este software está diseñado especialmente como herramienta de ayuda en los trabajos de recuento de fitoplancton, incluido el cálculo de biovolumen. Es un producto de AquaEcology.

¿QUÉ SON LAS DIATOMEAS ?

¿ QUÉ SON LAS DIATOMEAS ?

Se esquematizan en esta entrada las principales características morfológicas, citológicas y ecológicas de este grupo de microalgas, uno de los más importantes en todos los ecosistemas acuáticos.

Las diatomeas (Reino Chromista; Phyllum Bacillariophyta) son un grupo muy característico de algas, y muy identificable a simple vista por su color ocre-amarillento. También al microscopio óptico por su pared celular rígida de sílice (denominado frústulo) y a la formación, en muchos casos, de filamentos hialinos de células o agregados de células suspendidas al final de un filamento, ramificado o no.

Las algas diatomeas se caracterizan por tener una pared celular muy gruesa y rígida formada por sílice (óxido de silicio hidratado). Esta pared denominada frústulo está constituida por dos mitades desiguales que reciben el nombre de valvas. Estas valvas desiguales de tamaño se superponen a modo de tapa (epivalva) y caja (hipovalva); unidas por bandas pleurales a modo de “cintura”.

Existen morfológicamente dos grandes grupos de diatomeas según la simetría de los frústulos, que puede ser radial (diatomeas Centrales) o bilateral (Pennales).

En estas microfotografías MEB se aprecian las dos tipologías morfológicas de los frústulos de las diatomeas, con amplia ornamentación en su superficie, tanto de elementos que perforan la superficie como de espinas en relieve. (Ev: epivalva, Hv: hipovalva)

En el caso de las centrales en una vista superior (silueta circular) de una valva todos los radios posibles son de la misma longitud; mientras que en las pennales existe un eje mayor (aa-aa, llamado axial o longitudinal) y otro menor (ta-ta, llamado transapical o transversal), y sus siluetas suelen ser elípticas, ahusadas o de otras formas.

Además debido a que la mineralización del silicio lo hace impermeable, han desarrollado perforaciones que les permiten intercambiar sustancias con el medio ambiente que les rodea. La evolución de las especies ha creado patrones distintivos de estas perforaciones en el frústulo (llamada areolas, y que se pueden agrupar linealmente en las llamadas estrías) que se utilizan para su clasificación visual. Aunque por lo general se precisan técnicas de microscopía electrónica (MEB) para observarlas con mayor detalle.

Detalle de algunos elementos y ornamentaciones sobre una valva de una diatomea pennal.

La superficie celular suele además estar rodeada de un material orgánico mucilaginoso, secretado desde una estructura llamada rafe; que le permite hacer pequeños deslizamientos sobre las superficies rígidas. Si bien las diatomeas no presentan motilidad propia ya que carecen de flagelos. Este mucílago que envuelve al frústulo debe ser eliminado para la correcta observación en las determinaciones taxonómicas mediante oxidación química (generalmente agua oxigenada, H2O al 30%); lo que obliga a los diatomólogos a hacer una digestión previa de las muestras. Los frústulos limpios y conservados con formalina o etanol pueden almacenados en preparaciones permanentes; a las que también se puede añadir un medio de alta refractancia para mejorar el detalle de visión al microscopio óptico.

Ver protocolo del MAPAMA para limpieza y montaje : Clic! (Página 79)

El proceso de limpieza,montaje, observación y recuento de diatomeas para su uso en índices de calidad del agua está sometido a la norma UNE-EN 14407:2005

AENOR 2005. Norma española UNE-EN 14407:2005 Calidad del agua. Guía para la identificación, recuento e interpretación de muestras de diatomeas bentónicas de ríos. 16 pp.

Se reproducen tanto de forma sexual como asexual por el mecanismo de bipartición (ó fisión binaria), proceso por el que pueden proliferar rápidamente en ambientes propicios, pero por el que su tamaño se reduce paulatinamente ya que dado que el frústulo mineralizado no puede crecer una célula hija es de menor tamaño que las parentales, ya que se desarrolla a partir de la valva más pequeña. En cada división mitótica las células se dividen y regeneran la hipovalva. Llegado a un punto de reducción las células fértiles se dividen por mecanismos sexuales (meiosis), con producción de gametos que se fusionan para producir una espora sexual que germina en una célula vegetativa del tamaño inicial.

Esquematización de un ciclo vital idealizado para las diatomeas.

Se pueden encontrar en cualquier tipo de ecosistema acuático de agua dulce y salada, tanto en las zonas litorales como en la columna de agua formando parte del plancton. Además son habituales en lugares de elevada humedad (sustratos de diversa índole: pétreos, cortezas de árboles, etc. e incluso materiales de construcción humanos) y en los suelos encharcados, de forma permanente o temporal; con vegetación palustre o no.

Son seres fotosintetizadores por lo que necesitan la presencia de luz solar y habitualmente se desarrollan tanto en las orillas de las masas de agua como en la zona limnética en las capas iluminadas de la columna de agua; pero sin embargo pueden mantenerse vivas en zonas oscuras profundas dada su capacidad de autotrofia.

Se conoce que la presencia de diatomeas es clave a escala cuantitativa para el funcionamiento de la Biosfera gracias a la fijación de carbono que realizan, y se ha estimado que pueden ser la fuente productora del 20-40% del oxígeno atmosférico.

Este grupo muy biodiverso de algas se incluye actualmente en el Reino Chromista, Phyllum Bacillariophyta; aunque dada su complejidad hay revisiones constantes y nuevos descubrientos que hacen cambiar frecuentemente su taxonomía. La base de datos Algaebase.com recoge actualmente unas 14.500 especies, pero se estima que podría haber entre 20.000 y más de 1 millón.

Las diatomeas han estado presentes en la Tierra desde el periodo Jurásico, sin embargo los primeros fósiles que se conservan en buen estado son del Cretácico.

Este grupo tan amplio de seres vivos que viven en multitud de ambientes contiene muchos taxones que pueden ser considerados como bioindicadores de las características del hábitat donde habitan, por ello son muy utilizados en la monitorización de las aguas, para lo que se han creado los denominados “índices diatomológicos de calidad”. Además estas propiedades unidas a la gran permanencia de los frústulos en los sedimentos le confieren una enorme capacidad de definición de los climas y condiciones locales de los lagos en tiempos pasados. Así son empleados habitualmente en estudios paleoclimáticos y paleoecológicos.

Ver protocolo del  sobre índicesdiatomológicos y métricas Clic! ; y algunos trabajos de paleoecología del lago de Sanabria que incluyen el estudio de diatomeas Clic!

Otras ciencias como las forenses utilizan las diatomeas para poder localizar escenarios. Y entre los usos comerciales que tienen cabe destacar el de la “tierra de diatomeas” como abono y pesticida ecológico; así como microabrasivo en nanotecnología. La industria cosmética también hace diversos aprovechamientos de las propiedades de los frústulos de estas microalgas. Y en la búsqueda de biocombustibles y de alimentos (producción de lípidos y diversos hidratos de carbono de lato contenido enérgetico) también las diatomeas tiene su campo de investigación.