YAKUKIWA: una alternativa tecno-ecológica para el futuro sostenible de las microalgas altoandinas

Escrito por Sania Ortega-Andrade

Las microalgas son microorganismos fotosintéticos que producen una amplia gama de metabolitos de interés como, proteínas, lípidos, carbohidratos, pigmentos, vitaminas, toxinas con potencial antimicrobiano y antitumoral (Buono et al., 2014; Benvenuti et al, 2016; Huarancca et al., 2023) Por ello, en las últimas décadas, el estudio de la diversidad de microalgas en los ecosistemas lacustres ha aumentado, debido a que, bajo condiciones de estrés estos microorganismos liberan metabolitos secundarios de interés (Noaman et al., 2004; Baquero et al., 2008; Borowitzka, 2013).

Colección de microalgas de agua dulce cultivadas en medio sólido. Foto: Sania Ortega

Para generar un entendimiento ecológico es necesario ir al origen y reconocer los factores ambientales que influyen en las adaptaciones y comportamiento fisiológico de las microalgas. Los lagos que se ubican en Ecuador son considerados tropicales de alta montaña y se encuentran entre 2000 y 4000 m s. n. m. (Casallas, 2005). Se diferencian de los lagos de páramo no solo por su gradiente altitudinal, sino también, por el habitual alto contenido de nutrientes, pH elevado, niveles altos de eutrofización y temperaturas promedio de 17 °C.  Los lagos tropicales parecen ser más eficientes en la producción de fitoplancton, aunque son más propensos a estar limitados por nitrógeno que por fósforo y no poseen variaciones estacionales abruptas (Lewis, 1996). La mayoría de las características antes mencionadas muestran un escenario desfavorable para el equilibrio ecológico de los lagos tropicales de los Andes, sobre todo, para aquellos con altas presiones antropogénicas, como son Yahuarcocha y San Pablo en Imbabura. Esto compromete a los investigadores a estudiar de forma transdisciplinaria los ecosistemas lacustres. Para lograrlo se plantearon cuatro objetivos (1) Obtener microalgas altoandinas de Yahuarcocha, San Pablo y Cuicocha, (2) Caracterizar fenotípica y genotípicamente las microalgas, (3) Determinar la influencia de los factores ambientales en el hábitat de las microalgas, y (4) Desarrollar una solución tecno-ecológica para la visualización de datos mediante un modelo dimensional de Business Intelligence (BI).

¿Dónde se desarrolla el estudio?

A)

B)

C)

Lagos de la provincia de Imbabura que forman parte del Geoparque Mundial de la UNESCO. A) Cuicocha, B) San Pablo C) Yahuarcocha Fotos: Sania Ortega-Andrade

El estudio de ejecuta actualmente en Imbabura, una provincia con un patrimonio geológico notable, donde confluyen lagos, volcanes, páramos, valles y cascadas. Territorio delimitado de esta provincia fue declarado Geoparque Mundial de la UNESCO el 17 de abril de 2019. Esta designación compromete a fomentar la educación y contribuir al fortalecimiento de la provincia en la conservación del ambiente. Por ello, el nombre del proyecto es “YAKUKIWA ", que se deriva de la lengua kichwa que significa alga. Esta iniciativa conformada por entusiastas investigadores y estudiantes universitarios busca ofrecer soluciones innovadoras para abordar los desafíos actuales. 

¿Cómo se obtuvieron las microalgas?

Muestreo por arrastre con una malla de fitoplancton. Foto: Sania Ortega-Andrade

Para la recolección de las muestras se utilizó una malla de fitoplancton de 20 µm, la cual recoge y arrastra las microalgas. La malla fue colocada en diferentes puntos de lagos y lagunas del Geoparque Imbabura, donde cada punto de muestreo se registró con un GPS. Para el aislamiento y cultivo de las cepas se utilizó medios diseñados de acuerdo con las necesidades nutricionales de los microorganismos. El aislamiento y purificación de las cepas se realizó mediante la técnica de placa de estrías y dilución en serie. 

¿Por qué el estudio es transdisciplinario?

Porque considera a investigadores en el área de la ecología, tecnología y biotecnología. Si queremos abordar el desafío de la producción de biomasa microalgal a mayor escala en el futuro, es necesario identificar sus características fisiológicas, optimizar los parámetros de aislamiento y cultivo sin causar deterioro en los ecosistemas.

La biotecnología ha comprobado el potencial que tienen las microalgas y más aún si provienen de un país megadiverso (Huarancca et al., 2023). Sin embargo, era necesario un estudio de su hábitat para rescatar información importante de los entornos potenciales, así como analizar el impacto de los cambios ambientales en sus poblaciones y distribución (Franklin, 2009). Los modelos de nicho ecológico se han utilizado cada vez más en ambientes acuáticos, con la finalidad de estimar la distribución potencial de especies de fitoplancton, floraciones de algas y otros grupos biológicos (Rodríguez-Gómez et al., 2021). En este sentido, la información generada es de vital importancia para mejorar la gestión y conservación de los recursos fitogenéticos presentes en los lagos altoandinos

Finalmente, uno de los desafíos importantes era la gestión de los datos para la toma de decisiones. Para abordar este problema, se está desarrollando una solución tecno-ecológica para la visualización y análisis de datos mediante un modelo BI que permita promover una cultura de ciencia ciudadana.

¿Qué resultado destaca hasta ahora?

Fotobiorreactor para la obtención de biomasa y metabolitos secundarios de microalgas in vitro. Foto: Sania Ortega-Andrade

El camino es arduo y lleva su tiempo, pero ya se puede destacar el cultivo e identificación de 4 especies de microalgas de San Pablo, 5 de Cuicocha y 3 de Yahuarcocha. Particularmente, Pectinodesmus pectinatus y Ettlia pseudoalveolaris, provenientes de Yahuarcocha fueron expuestas a rayos UV-B demostrando ser resistentes al daño celular y capaces de producir antioxidantes para evitar mayores fotodaños (Huarancca et al., 2023). Su diferencial, pero importante producción de proteínas, carbohidratos y ácidos grasos abre la expectativa de su potencial uso en el área alimenticia, acuicultura, de la salud y biorremediación (Grande et al., 2023; Vornoli et al.,2023). No todas poseen una alta tasa de crecimiento, densidad celular y adaptabilidad, aspectos indispensables para la aplicación industrial.

¿Cuáles son los principales desafíos? 

Unirlo todo, obtener un modelo preliminar de nicho ecológico y la automatización de un biorreactor de monitoreo ambiental es solo el inicio. A largo plazo queremos estandarizar una metodología para el seguimiento y control de especies en tiempo real. Las actividades antrópicas presionan cada vez más los ecosistemas, esto hace que necesitemos usar sabiamente las tecnologías para la toma de decisiones en el menor tiempo posible y con alta eficiencia en la ejecución de acciones (Gangadharan et al., 2021). Las soluciones tecnológicas para la visualización de datos son utilizadas con mayor frecuencia por las instituciones responsables de la conservación del ambiente (Ajaps y Mbah, 2022) y las microalgas a futuro pueden ser un factor importante para la innovación y el desarrollo del país.

 Dashboard de monitoreo de los sensores de luminosidad y turbidez en el biorreactor a escala piloto. Foto: Alexander Guevara

Reconocimientos:

Proyecto financiado en la Convocatoria Investiga UTN 2023 

Santiago Zárate, Carla Sandoval, Alexander Guevara, Gabriel Jácome y Sania Ortega Andrade* Docentes investigadores del Grupo de Investigación de Ciencia en Red (eCIER) de la Universidad Técnica del Norte, Ibarra, Ecuador.

Correspondencia:

Sania Ortega-Andrade: smortega@utn.edu.ec

Fuentes consultadas:

1.      Ajaps, S., & Mbah, M. (2022) Towards a critical pedagogy of place for environmental conservation, Environmental Education Research, 28:4, 508-523, DOI: 10.1080/13504622.2022.2050889

2.      Benvenuti, G., Bosma, R., Cuaresma, M., Janssen, M., Barbosa, M. J., & Wijffels, R. H. (2015). Selecting microalgae with high lipid productivity and photosynthetic activity under nitrogen starvation. Journal of applied phycology, 27(4), 1425-1431.

3.      Borowitzka, M. A. (2013). High-value products from microalgae—their development and commercialisation. Journal of Applied Phycology, 25(3), 743-756.

4.      Buono, S., Langellotti, A. L., Martello, A., Rinna, F., & Fogliano, V. (2014). Functional ingredients from microalgae. Food & function, 5(8), 1669-1685.

5.      Casallas, J. (2005). Limnological investigations in Lake San Pablo, a high mountain lake in Ecuador. Universidad Técnica de Berlín, Berlín, Alemania. 

6.      Franklin, J. (2009). Mapping species distributions: spatial inference and prediction. Cambridge University Press.

7.      Gangadharan, N., Sewell, D., Turner, R., Field, R., Cheeks, M., Oliver, S. G., Slater, N. K., & Dikicioglu, D. (2021). Data intelligence for process performance prediction in biologics manufacturing. Computers & Chemical Engineering, 146, 107226. https://doi.org/10.1016/j.compchemeng.2021.107226

8.      Guevara, A., & Ortega, S. (2017). Gnoseología de los datos biológicos. Pp: 13-24. Ingeniería de Software para la Gestión de Datos Biológicos Primarios. Universidad Técnica del Norte (UTN), ISBN: 978-9942-984-15-9

9.      Grande, T.; Vornoli, A.; Lubrano, V.; Vizzarri, F.; Raffaelli, A.; Gabriele, M.; Novoa, J.; Sandoval, C.; Longo, V.; Echeverria, M.C.; et al. Chlamydomonas agloeformis from the Ecuadorian Highlands: Nutrients and Bioactive Compounds Profiling and In Vitro Antioxidant Activity. Foods 2023, 12, 3147. https://doi.org/10.3390/foods12173147

10.   Huarancca Reyes, T., Chiellini, C., Barozzi, E., Sandoval, C., Echeverría, C., & Guglielminetti, L. (2023). Exploring the physiological multiplicity of native microalgae from the Ecuadorian Highland, Italian Lowland and indoor locations in response to UV-B. International Journal of Molecular Sciences, 24(2), 1346

11.   Noaman, N. H., Fattah, A., Khaleafa, M., & Zaky, S. H. (2004). Factors affecting antimicrobial activity of Synechococcus leopoliensis. Microbiological Research, 159(4), 395-402.

12.   Rodríguez-Gómez, C. F., Vázquez, G., Maya-Lastra, C. A., Aké-Castillo, J. A., Band-Schmidt, C. J., Moreno-Casasola, P., & Rojas-Soto, O. (2021). Potential distribution of the dinoflagellate Peridinium quadridentatum and its blooms in continental shelves globally: an environmental and geographic approach. Marine Biology, 168(3), 1–14. https://doi.org/10.1007/s00227-021-03825-y

13.   Vornoli, A.; Grande, T.; Lubrano, V.; Vizzarri, F.; Gorelli, C.; Raffaelli, A.; Della Croce, C.M.; Baca, S.Z.; Sandoval, C.; Longo, V.; et al. In Vitro Characterization of Antioxidant, Antibacterial and Antimutagenic Activities of the Green Microalga Ettlia pseudoalveolaris. Antioxidants 2023, 12, 1308. https://doi.org/10.3390/antiox12061308

El resurgir del emblemático jambato

Escrito por María del Carmen Vizcaíno-Barba

La especie de rana jambato es una especie icónica. Pasó de ser muy abundante a desaparecer por completo en poco tiempo, hasta ser considerada extinta desde finales de la década de los ochentas sel siglo anterior. Afortunadamente, el 21 de abril de 2016, David Jailaca, un niño de la parroquia de Angamarca, provincia de Cotopaxi, encontró un espécimen en un cultivo de alfalfa de su casa. Este redescubrimiento representa la esperanza de recuperar a las especies desaparecidas. Desde entonces, el Centro Jambatu de Investigación y Conservación de Anfibios, inició un programa de cría en cautiverio para esta especie, pero no se había explorado el estado de la población local.

Foto: Jambato Atelopus ignescens). Créditos de foto: Amanda Quezada y Alianza Jambato

En 2021, como resultado de un estudio socioambiental realizado por María del Carmen Vizcaíno-Barba como tesis de maestría en Estudios Socioambientales de FLACSO Ecuador, se dio inicio a un proyecto de conservación in situ que involucra cuatro componentes: investigación, educación, comunicación y conservación. En la primera fase del proyecto se realizaron intervenciones de educación ambiental en diferentes comunidades, dirigidas a un amplio público meta, que lograron una participación activa de la comunidad y evidencian un alto interés en la conservación del jambato. Hubo también un diagnóstico ecológico de la localidad, que incluyó la identificación de hábitats y potenciales amenazas para la especie.

Los hallazgos muestran que el área está fuertemente influenciada por actividades humanas, con alta fragmentación de formaciones arbustivas, contaminación de algunos cursos de agua y presencia de truchas arcoíris y del hongo quítrido a lo largo de la microcuenca del río Guambaine, causante de una enfermedad que se convirtió en una pandemia para los anfibios en las décadas de los ochenta y noventa. Hasta el momento se han encontrado menos de 100 individuos, incluyendo renacuajos, lo que evidencia la situación crítica de esta especie. Pero los diferentes estadíos de vida encontrados también sugieren la presencia de eventos de reproducción que aumentan la esperanza de que esta especie se esté recuperando. Llama la atención que la mayor abundancia se encuentra dentro del mosaico agropecuario, aunque también, cerca de ríos o arroyos cristalinos. Esto nos sugiere que, de alguna manera, el jambato ha logrado adaptarse a vivir estrechamente con el ser humano, pero también, que los ecosistemas se mantienen en condiciones relativamente saludables para que pueda hacerlo.

Foto: Jambato (Atelopus ignescens). Créditos de foto: Gustavo Pazmiño, 3Diversity y Alianza Jambato

Para la continuidad del proyecto, ha sido clave la creación de la Alianza Jambato una coalición multi actor, que fortalece la interdisciplinariedad del equipo, así como la suma de esfuerzos de, actualmente, más de 20 instituciones nacionales e internacionales. Mediante esta estrategia buscamos darle sostenibilidad al trabajo iniciado y promover acciones de conservación efectivas. Para esto, el GAD parroquial de Angamarca es un valioso aliado, pues ha demostrado su compromiso a través de la emisión de una resolución para la conservación de esta especie, en la cual lo declara como un emblema de la parroquia y establece su hábitat como el “Santuario del Jambato”. Este instrumento es un avance en la conservación de esta especie y ahora nos encaminamos hacia su implementación. Con la información científica de base y gracias a Re:wild y la Iniciativa de Supervivencia Atelopus, otros de nuestros aliados, también hemos propuesto la declaración de esta microcuenca como Área Cero Extinción (AZE); y evaluamos el Estado Verde de la especie, que fueron aprobados y pronto serán publicados.

Actualmente, Alianza Jambato desarrolla una nueva fase de investigación, enfocada en monitoreos estandarizados para conocer la densidad poblacional de la especie en la zona; y la implementación de estrategias de conservación en conjunto con la comunidad, dando cuenta de las necesidades sociales, ambientales y económicas de los habitantes. Algunas de las estrategias a explorar son el turismo académico, comunitario y de naturaleza; el rescate de la cultura local y las prácticas agroecológicas tradicionales; y la inclusión y fortalecimiento de capacidades en el ámbito educativo.

La historia del jambato nos invita a tomar conciencia para generar acciones frente a la crisis de la biodiversidad que afecta particularmente a los anfibios a nivel global. Es por esto que a través de esta propuesta integradora e intercultural de conservación hemos logrado colocar al jambato como una especie bandera y un embajador de las especies amenazadas, de modo que nos permita también sensibilizar a la gente sobre la importancia de toda la biodiversidad. Mediante nuestro trabajo hemos confirmado que la participación activa de las poblaciones humanas es fundamental cuando hablamos de conservación de la naturaleza. En el caso de Angamarca, el genuino interés de sus habitantes en conservar al emblemático jambato nos permitirá darle una segunda oportunidad.

El Oso Andino en Ecuador, su importancia y conservación

Escrito por José Félix Usiña

Los osos son uno de los grupos de mamíferos más carismáticos que existen a nivel mundial. Son personajes de mitos, cuentos y fábulas, cine y televisión y han sido exaltados por su gracia, como el oso panda, o por su majestuosidad, como el oso polar. La realidad va más allá: La mayoría de estas especies se encuentran en peligro de extinción a causa de la pérdida del hábitat, la caza ilegal y el calentamiento global como es el caso del Oso Andino u Oso de Anteojos. El oso andino habita Sudamérica por más de cinco millones de años. “Él es el único representante de los osos de nariz corta, un grupo de osos que habitó solamente en el continente americano”, de acuerdo con Paulina Viteri, genetista miembro del grupo de especialistas del oso andino de la Unión Internacional para la Conservación de la Naturaleza (UICN) para el Ecuador, desde el 2008.

Oso andino Foto: WWF Crédito: Dan Williams

El oso andino necesita recorrer grandes áreas, cada individuo requiere alrededor de 30 km² para sobrevivir, su alimento preferido son las frutas y los centros dulces y jugosos de algunas bromelias sin duda estas dos características lo convierten en un aliado fundamental de la conservación, ya que regenera los bosques a su paso, lo cual es considerado como una especie paraguas (Fund, Word Wildlife, 2023). Según (Molina, 2012) En el Ecuador se estima que habitan unos 2000 a 2500 osos de anteojos, sin embargo, se cree que es un número irreal debido a la falta de información de esta especie. En comparación con sus primos, el oso andino es de talla mediana, llega a medir entre 1.75 y 2 metros de longitud, de la cabeza a la cola, y pesa entre 140 y 170 kilogramos. Su pelaje es generalmente negro, pero puede variar de café hasta rojizo. En su rostro y pecho tiene una particular coloración color crema que asemeja unos lentes, lo que le ha dado su nombre más común: “oso de anteojos. Todos los osos andinos tienen esta coloración, pero en cada individuo esta marca es única, como una huella digital.

Aunque es considerado como carnívoro, el oso andino es principalmente de hábitos vegetarianos “omnívoro”. Consume brotes jóvenes de bromelias y orquídeas (plantas epífitas que crecen sobre los árboles) como las del género Puya, de aspecto muy similar a la del agave, algunos frutos de árboles y palmas también se alimenta de insectos, como larvas de escarabajos, abejas y gusanos puede cazar mamíferos pequeños y en raros casos, hasta venados, tapires andinos y ganado. De la gran diversidad de ecosistemas en los que habita, el oso andino prefiere sitios fríos, como los bosques alto-andinos y los páramos, ya que en ellos encuentran su comida favorita (bromelias y orquídeas).

En el ecuador lo podemos encontrar en las estribaciones tanto de la cordillera oriental como la occidental estos ecosistemas actualmente se encuentran en peligro, debido a la expansión de la frontera agrícolas-ganadera.

Oso andino. Foto por Santiago R. Ron

¿Cuál es la importancia ecológica del oso Andino?

El oso andino desempeña papeles ecológicos importantes en los ecosistemas que habita. Por sus hábitos vegetarianos y frugívoros (comedores de frutas), los osos transportan semillas dentro de su sistema digestivo, a distancias que pueden superar los 54 kilómetros. Al defecar, las semillas de estos frutos pueden germinar, y en algunos casos la digestión de hecho activa la germinación; se promueve así la regeneración de la vegetación. (Vela, 2011)

El oso andino también participa activamente en la sucesión vegetal de los bosques: al subir a los árboles, y por su gran peso y tamaño, en ocasiones rompe ramas y crea claros en el dosel, lo que permite la entrada de luz solar al suelo y activa el desarrollo de plántulas y árboles jóvenes, renovando la vegetación que se encuentra a su alrededor.

Este animal está catalogado como especie vulnerable, según la lista roja de la Unión Internacional para la Conservación de la Naturaleza (UICN). Esta clasificación supone que durante los próximos 10 años sus poblaciones silvestres se reducirán hasta en 80 por ciento, como consecuencia de la pérdida y fragmentación de su hábitat, conflictos gente-fauna y el descontrol de animales de compañía como perros ferales.

¿Cómo aportar para su conservación?

Generando información sobre la especie: Sin información científica y técnica actualizada, los planes de manejo para la conservación del oso andino carecerán del soporte correcto. Para lograr el manejo adecuado de las poblaciones de osos y su hábitat es primordial realizar estudios científicos sobre la biología y ecología de la especie, que a mediano plazo proporcionarán las bases para su manejo y el de las áreas necesarias para su conservación.

Implementar programas de educación ambiental con comunidades: Estos programas son estrategias que los gobiernos deben crear para encontrar aliados de la conservación, no sólo de los osos y otras especies, sino de los ecosistemas donde habitan, para así garantizar su permanencia. Ejemplo de esto son los páramos, que albergan gran cantidad de especies de fauna y flora nativa de la región sudamericana, además de ser los más importantes reservorios de agua para las comunidades humanas en la región de la cordillera de los Andes.

Crear programas de concienciación y mitigación de conflictos dirigidos a las comunidades del Ecuador: La conservación del oso de anteojos es una prioridad dentro de los ecosistemas andinos, y para ello resulta necesario que el público aprenda más sobre ese mamífero que, en ocasiones, es cazado por campesinos debido a que temen que ataque a su ganado y otros animales. Estos programas se centran en mostrar cómo proteger al ganado, aun cuando no siempre las muertes son atribuibles a los osos: son muy comunes el desbarrancamiento de individuos por el accidentado terreno y las inclemencias climáticas, así como las especies introducidas tales como perros abandonados.

Crear planes de manejo y conservación para el Ecuador: Las estrategias y prácticas de manejo aquí planteadas son aplicables no sólo para el oso andino, sino para cualquier especie de fauna y flora. Existen casos exitosos de proyectos de conservación del cóndor andino en Colombia y Venezuela, donde sus poblaciones se encontraban al borde de la extinción a principios de la década de los noventa.

El éxito se ha logrado principalmente debido al desarrollo de investigación y generación de conocimiento, a la creación de áreas naturales protegidas, y mediante el establecimiento de centros de interpretación y conservación, donde los empleados son campesinos instruidos que viven en las zonas aledañas a las áreas protegidas. Estos centros apoyan su economía y familias.

Por estas razones y muchas más, todos los países debieran crear planes de manejo y conservación para las especies carismáticas, desde ballenas, osos y aves, hasta insectos, hongos y orquídeas. Hay que dar a conocer estas especies a todo el público para mantener el tesoro con el que han sido premiados pocos en el planeta: La biodiversidad.

José Félix Usiña - Investigador del Laboratorio de Ecología y Consevacion de Carnívoros de la Universidad San Francisco de Quito- USFQ, Cumbayá, Ecuador.

- Maestrante de Biología de la Conservación y Ecología Tropical de la Universidad Central del Ecuador. Correo para correspondencia: jofeusina@gmail.com

Fuentes consultadas:

Fund, Word Wildlife. (2023). WWF. Obtenido de wwf.org.ec/osoandino: https://www.wwf.org.ec/osoandino/

Molina, S. (2012). https://es.scribd.com/document/431049477/102453. (U. S. Quito, Ed.) Obtenido de https://es.scribd.com/document/431049477/102453

Vela, I. M. (abril de 2011). El Oso Andino Sudamericano. Obtenido de https://www.revistaciencia.amc.edu.mx/images/revista/62_2/PDF/09_OsoAndino.pdf