Effects of hydrogeochemistry on the microbial ecology from globally distributed hot springs

Abstract

Las fuentes termales son ecosistemas naturales que albergan una gran diversidad de microrganismos adaptados a vivir a altas temperaturas y, en algunas ocasiones, a valores extremos de pH y elevadas concentraciones de metales. Por su parte, la química de estas fuentes termales depende de los diferentes procesos hidrotermales y geotermales que ocurren en subsuperficie. Cómo pueden influir indirectamente estos procesos a través de la química del agua en la diversidad, identidad y estructura de las comunidades microbianas termales, es una interrogante que hasta la fecha ha sido vagamente abordada. En esta investigación se analizan secuencias del gen ARN ribosomal 16S y los valores de temperatura, pH, conductividad eléctrica y elementos mayores de 11 fuentes termales del campo geotermal El Tatio (Chile) en conjunto con datos preexistentes de otras 191 fuentes termales de la Zona Volcánica Taupo (Nueva Zelanda), Yellowstone (Estados Unidos) y la zona oriental de la Meseta Tibetana (China). El principal objetivo es comparar las comunidades microbianas termófilas de las cuatro zonas de estudio e identificar posibles relaciones entre ellas, la hidroquímica, el contexto geodinámico y los procesos geotermales a los que se ven sometidos los fluidos termales. Dentro de los principales resultados, se obtiene que la riqueza de las comunidades microbianas es menor en aguas de tipo ácido-sulfatadas y que ésta no depende de la temperatura. Además, mediante un análisis de componentes principales (PCA) de los parámetros químicos, un escalado multidimensional de las secuencias analizadas (MDS) y un análisis de varianza multivariante permutacional (PERMANOVA), se obtiene que los parámetros químicos que mayormente se relacionan a la estructura de las comunidades microbianas son temperatura, concentraciones de Mg2+ y Si (PC4) que explican un 7.4% de la varianza y pH, y concentraciones de SO4- y Mg+ (PC2), que explican un 5%. Por otro lado, los parámetros que mayormente condicionan las comunidades a nivel de Phylum y familias específicas son el pH y las concentraciones de SO4-. Como la varianza de estos de parámetros se explica principalmente por la formación de aguas vapor calentada, se propone que este mecanismo de generación de acidez tiene especial relevancia en la diversidad, identidad y estructura de las comunidades termales, condicionando en parte la disponibilidad de energía como compuestos inorgánicos. Sin embargo, teniendo en cuenta que todos los factores químicos considerados sólo explican el 25% de la varianza de los datos, se plantea que las comunidades microbianas son modeladas por complejas interacciones bióticas y abióticas que van más allá de los parámetros analizados. Además, se obtiene que la distancia geográfica no explica los cambios en la composición de las comunidades microbianas analizadas y que dichas comunidades se encuentran relacionadas taxonómicamente. Lo anterior da cuenta del gran potencial que tienen estos ecosistemas para resolver interrogantes asociadas a la teoría de nichos. Se concluye que esta investigación aporta en el entendimiento de la ecología microbiana a escala global y es una primera aproximación al estudio de la historia evolutiva de las comunidades microbianas termales en sintonía con los procesos geológicos que han ido ocurriendo desde el origen de la vida. Este enfoque tiene además potenciales repercusiones en la búsqueda de la vida más allá de la Tierra.