BACTERIOLOGÍA DE LA LAGUNA DE TÉRMINOS, CAMPECHE, MÉXICO

Trabajo realizado el 17 de enero de 1986 Programa CONACYT-UNAM, NSF-UM, PAMASEU 005779

RESUMEN

INTRODUCCIÓN

Los esteros y lagunas costeras, ecosistemas considerados de alta productividad, son particularmente abundantes en México (Phleger y Ayala-Castañares, 1971), por lo que han sido objeto de numerosas investigaciones. En la actualidad, la Laguna de Términos puede considerarse como una de las lagunas costeras más estudiadas en México, en razón de su importancia ecológica, pesquera y de su localización geográfica, cercana a los grandes desarrollos petroleros terrestres y marítimos. Yáñez-Arancibia y Day (1982) realizaron una síntesis de los diferentes estudios que hasta la fecha se habían efectuado en la Laguna de Términos, contribución en la cual los autores distinguen tres épocas climáticas características del área: época de secas (febrero a mayo), época de lluvias Gunio a septiembre) y época de nortes (octubre a marzo), las cuales presentan condiciones ecológicas particulares a cada una de ellas, influenciando de diversas maneras los ciclos naturales de los organismos acuáticos.

En un estudio anterior (Lizárraga-Partida, 1984), se demostró que las épocas climáticas antes mencionadas, condicionan igualmente a las bacterias heterótrofas, tanto en el agua como en sedimento, encontrándose las más altas concentraciones de este grupo bacteriano en la época de lluvias para el sedimento y en la época de nortes para el agua. Durante la época de lluvias se incrementa notablemente el gasto de los ríos Candelaria, Chumpán y Palizada, influenciando fuertemente la Laguna de Términos y el área costera adyacente. Estos tresríos aportan anualmente un promedio de 6 x 10 ⁹ M ³ (Phleger y Ayala-Castañares, 1971). Al gasto de estos tres ríos se suma el aporte por Boca de Atasta, que después de 1982 se incrementó sensiblemente a causa de la abertura de canales navegables por parte de Petroleos Mexicanos.

En el presente estudio, se efectuaron muestreos en estaciones representativas de los ambientes fluviales y salobres, con objeto de cuantificar las fluctuaciones estacionales de las poblaciones bacterianas y caracterizar a las bacterias heterótrofas de esos ambientes lagunares, aislados de los habitats agua y sedimento. El interés de caracterizar fisiológicamente a estas poblaciones bacterianas, radica en su potencialidad de servir como inóculo natural en el área de las plataformas petroleras de la Sonda de Campeche, y así contribuir al intemperismo del petróleo crudo que en esta área presenta concentraciones que fluctúan entre 102 y 299 ppm en el sedimento (Botello et al., 1985).

En la figura 1 se señalan las estaciones estudiadas en la laguna. La estación 3 (Atasta) está situada en la desembocadura del conjunto lagunar Pom-Atasta, a donde desembocan diversos afluentes del sistema fluvial Grijalva-Usumacinta, que son impactados por las explotaciones petroleras terrestres de Tabasco y Chiapas.

Las estaciones 10 (Boca Chica) y 5 (Palizada Vieja), se encuentran situadas en la desembocadura del sistema lagunar formado por el Río Palizada; en este último, se encuentra la Laguna del Vapor, en donde se situó la estación V (Vapor). Las estaciones 12 (Cayo) y 6 (Estero Pargo) están sujetas a la influencia de agua oceánica que entra a la laguna por la Boca de Puerto Real,así como al desarrollo urbano de Ciudad del Carmen. Las estaciones F (Faro) y R (Roque), se encuantran en la Boca del Carmen, que es el área por donde sale el agua de mezcla de los sistemas dulceacuícolas y de agua marina.

Figura 1. Localización de las estaciones de muestreo en el área de la Laguna de Términos, Campeche.

El muestreo se efectuó simultáneamente en los habitats agua superficial y sedimeto. El agua superficial fue muestreada con botellas de vidrio estériles y el sedimento con una draga tipo Van Veen. En la muestra de sedimento se efectuó un submuestreo de 10 cm 3 con una jeringa estéril sin punta. Los 10 cm³ de sedimento se vertieron inmediatamente después en frascos conteniendo 90 ml de agua de mar artificial tipo Lyman y Flemming (1940).

Las muestras fueron transportadas a la Estación de Investigaciones Marinas El Carmen del Instituto de Ciencias del Mar y Limnología en Cd. del Carmen, Campeche, en donde fueron procesadas antes de 6 hs de haber sido colectadas (Carballo Cruz, 1985).

En el laboratorio se efectuaron diluciones decimales de acuerdo a la concentración estimada en el agua o en el sedimento. De cada dilución se inoculó una alícuota de 0.1 ml en 3 cajas de Petri, las cuales contenían medio agar peptonado tipo ZoBell (Oppenheimer y ZoBell, 1952).

Igualmente, de las diluciones efecuadas, se inocularon con 1 ml de las mismas, 5 tubos multiusos de 20 m1 con tapón de baquelita, conteniendo 10 ml de agua de mar artificial (adicionada de P y N) y 50 &#956l de petróleo crudo proveniente del Pozo Ixtoc-I A, (28.9 oAPI), lo cual permitió estimar la concentración de bacterias hidrocarbonoclásticas (degradadoras de petróleo), según la técnica del número más probable (NMP), expuesta por Mills et al. (1978). Las lecturas de los cultivos en caj as de Petri (conteo en placa) se efectuaron a las 48 hs y en los frascos multiusos a los dos meses, en ambos casos, previa incubación a una temperatura de 30 ± 1°C. De un muestreo realizado en noviembre de 1981, es decir al final de la época de lluvias, principio de nortes, se aislaron del agua y del sedimento 228 cepas de las estaciones: 3 (Atasta), 10 (Boca Chica), 6 (Estero Pargo) y R (Roque) (Fig. l). Al número de cepas mencionado se les hizo un estudio morfológico, nutricional y fisiológico de acuerdo con la metodología propuesta por Stainer et al. (1966) y adaptada para bacterias halofílicas según lo expuesto por Lizárraga-Partida (1979), en donde se incluyen un total de 135 variables (pruebas taxonómicas) para posterior procesamiento por métodos numéricos (Tabla 6).

A la colección de bacterias silvestres se agregaron 12 cepas de referencia estudiadas en éste laboratorio y 27 cepas de orígen marino estudiadas en otros laboratorios con las mismas técnicas (Tabla 1), esto se efctuó con el fin de establecer comparaciones geográficas y genéricas.

TABLA 1 CEPAS DE COLECCIONES INTERNACIONALES UTILIZADAS COMO REFERENCIA

Los resultados del análisis cuantitativo fueron codificados y se procedió al análisis numérico, utilizando para ello un programa de jerarquía, en donde se utilizó el coeficiente de Jaccard (Ssj) para registrar la similitud entre los organismos, y a la distancia media no ponderada como sistema de agrupación en la conformación de la expresión gráfica conocida como dendograma (Sneath y Sokal, 1973).

Se usó el índice medio de utilización de sustratos (IMU) en el manejo de los resultados, dado que expresa el porcentaje de cepas que se desarrolla a expensas de un sustrato, una familia de sustratos o la totalidad de ellos, lo que indica la versatilidad de los organismos para degradar los diferentes componentes de la materia orgánica.

Estos resultados se exponen en las Tablas 2, 3 y 4 y abarcan un periodo comprendido entre 1983 y 1985, lo cual permitió cubrir las tres épocas climáticas del área. Las concentraciones en bacterias heterótrofas variaron entre 10 y 10⁴ UFC/ml en el agua y 10 ⁴ a 10 ⁶ en sedimento. Estos rangos de valores son un reflejo de la variabilidad en las diferentes épocas del año y de los habitats que componen la Laguna de Términos. Comparando los resultados obtenidos en otros esteros y lagunas costeras (Tabla 5), se observa que en los flordos del mar Báltico y en áreas con fuerte contaminación industrial, pueden alcanzar concentraciones hasta 10 ⁶ en el agua y 10 ⁷ en sedimento. Asimismo se observa que las concentraciones en el sedimento son siempre más elavadas que en el agua en uno o dos órdenes de magnitud.

TABLA 2 BACTERIAS HETÉROTROFAS EN AGUA (A = U.F.C./ml) Y EN SEDIMENTOS (S = U.F.C./G sed.hum.)

En las figuras 2, 3 y 4 se graficaron, respectivamente, la concentración de bacterias heterótrofas, la concentración de bacterias degradadoras ed petróleo y la relación entre ambos grupos (degradadoras de petróleo/heterótrofas x 100), relación que refleja el impacto del petróleo crudo en el medio ambiente (Hood et al., 1975; Atlas, 1981; Gunkel et al., 1980).

La figura 2 muestra que las concentraciones de bacterias heterótrofas en el agua, siguen un marcado ciclo estacional que ya habia sido reportado con anterioridad (Lizárraga-Partida, 1984), en el cual se observan dos picos de altas concentraciones que se sitúan en las épocas de lluvias el primero y de nortes el segundo, tanto en el área de influencia marina como en la de influencia fluvial (Figs. 2a y 2c).

TABLA 3 BACTERIAS HIDROCARBONOCLÁSTICAS EN AGUS (A = bact>/ml) Y EN SEDIMENTO (s = bact./G.hum.)

TABLA 4 PORCENTAJE DE BACTERIAS HIDROCARBONOCLÁSICAS EN AGUA (A) Y SEDIMENTO (S)

TABLA 5 CONTEO DE PLACAS DE BACTERIAS HETEROTRÓFAS EN DIFERENTES ESTEROS Y LAGUNAS COSTERAS

El incremento en el gasto de los ríos, que en 1984 se llevó a cabo a partir del mes de junio (Yáñez-Arancibia et al., 1985), ocasionó un notable incremento en la población bacteriana, alcanzando su máximo en la época de mayor gasto de los ríos (septiembre - octubre). Los fuertes vientos, conocidos como nortes, mantienen o incrementan estas concentraciones a causa de la resuspensión del sedimento. El periodo mayo - junio, en donde generalmente se registran las más altas salinidades y baja frecuencia de nortes, presenta los valores mínimos registrados.

Con respecto al sedimento (Figs. 2b y 2c), se registran igualmente los dos picos antes mencionados en la zona de influencia fluvial (Fig. 2d), sin embargo, las estaciones con influencia marina presentan una evolución diferente, a excepción de la estación R, estación situada a la salida de Boca del Carmen (Fig. l). Debe destacarse que en ambas áreas se presenta un notorio decremento al final de la época de lluvias (noviembre) el cual es más marcado que el registrado en 1980 (Lizárraga-Partida, 1984). También puede observarse que el área con influencia fluvial presenta concentraciones más altas que el área con influencia marina, tanto en el agua como en el sedimento.

Figura 2. Evolución en el tiempo de la concentración de bacterias heterótrofas en estaciones con influencia marina (A = agua, B = sedimento) y en estaciones con influencia fluvial (C = agua, D = sedimento).

En la figura 3, se observa que las bacterias hidrocarbonoclásticas en el agua, presentan igualmente dos picos de máxima concentración como las bacterias heterótrofas, siendo aún más marcada la influencia de los ríos que la de los nortes. De la misma manera, el sedimento de las estaciones con influencia marina no presenta una evolución similar entre ellos. Las concentraciones más bajas se registran enero y mayo de 1985. De febrero a mayo de 1984, se registra un incremento en la población de bacterias hidrocarbonoclásticas contrario a lo observado en 1985, que puede ser relacionado con los derrames ocurridos en la Sonda de Campeche en ésta época.

Figura 3. Evolución en el tiempo de la concentración de bacterias hidrocarbonoclásticas en estaciones con influencia marina (A = agua, B = sedimento) y en estaciones con influencia fluvial (C = agua, D = sedimento).

En la figura 4, es notoria la influencia de los ríos. El posible acarreo de hidrocarburos (biogénicos y antropogénicos), por las fuertes lluvias del periodo septiembre - octubre (Alba et al., 1980; Yáñez-Arancibia 1985) se refleja en los altos índices que presentan las estaciones estudiadas, tanto en agua como en sedimento. Debe destacarse que los valores más altos de este índice se presentan en septiembre para las estaciones con influencia fluvial (Figs. 4c y 4d), y en noviembre para las de influencia marina (Figs. 4a y 4b). El agua de estas últimas estaciones (Fig. 4a), presenta un marcado incremento de febrero a mayo, lo que podría estar relacionado con el derrame de cerca de 100,000 barriles de petróleo ocurrido en el mes de marzo de 1984 en el oleoducto que va hacia el Puerto de Dos Bocas, en un punto cercano a la plataforma Abkatum A, de la zona de plataformas que opera PEMEX en la Sonda de Campeche.

figura 4. Evolución en el tiempo del porcentaje de bacterias hidrocarbonoclásicas con respecto al total de heterótrofas en estaciones con influencia marina (A = agua, B = sedimento) y en estaciones con influencia fluvial ( }C = agua, D = sedimento).

La Tabla 6 muestra que 45 sustratos de los 92 suministrados como fuente de carbono son utilizados por más del 60 % de las bacterias heterótrofas del agua y sedimento en la Laguna de Términos.

Respecto a los compuestos utilizados por más del 80 % de la comunidad, se encontró a la L-prolina y L-arginina entre los aminoácidos; al manitol entre los glicoles; al caproato entre los ácidos grasos y a la N-acetil glucosamina, la maltosa y el almidón entre los azúcares. También se encontró que solo cuatro sustratos de los 92 probados son utilizados por menos del 35 % de la comunidad.

Los porcentajes de utilización de sustratos orgánicos cuando se examina por separado los hábitats estudiados, agua y sedimento, no difieren sustancialmente de los presentados en la Tabla 6 para el total de los organismos.

Con respecto a las pruebas fisiológicas, se encontró que la comunidad bacteriana de la Laguna de Términos puede desarrollarse en un amplio rango de salinidades y temperaturas, no necesitando para este desarrollo de factores de crecimiento como pueden ser vitaminas o aminoácidos.

El porcentaje de cepas que degradan el petróleo crudo del Pozo Ixtoc-I (28 %) representa un número elevado de organismos, máxime cuando el lagunas costeras y esteros la concentración de bacterias heterótrofas alcanza órdenes de magnitud entre 2 y 4 veces mayores que en las zonas costeras u oceánicas, es decir, que este porcentaje de bacterias con capacidad para degradar el petróleo, puede representar un inóculo masivo en zonas oceánicas de aportes crónicos de hidrocarburos.

La gran capacidad enzimática y metabólica de los organismos estudiados, así como su capacidad para actuar en condiciones de anaerobiosis (92 % fermentan la glucosa), confieren una gran versatilidad nutricional a los organismos lo que permite intervenir en un mayor número de vías metabólicas para poder degradar la diversidad de compuestos orgánicos, que en forma particular o disuelta confluyen en ecosistemas tan complejos corno son las lagunas costeras y esteros, así como asegurar una productividad de materia orgánicade igual magnitud o mayor a la del fito-plancton, ya que en estos embalses, la cadena alimenticia más importante es la detritófaga, la cual se basa en la comunidad microbiana (Day y Yáñez - Arancibia, 1982).

En la figura 5 se presenta el dendrograma obtenido por métodos numéricos. A través de esta metodología fueron constituidos 12 fenones, que desde un punto de vista ecológico pueden ser considerados como ecotipos, dado que estas agrupaciones implican la expresión fisiológica de los organismos heterótrofos.

De los ecotipos formados, 5 corresponden a organismos pertenecientes a los géneros taxonómicamente definidos (fenon 7, Pseudomonades spp; fenon 8, Bacillus spp; fenon 11, Vibrio spp). Los fenones 1 (Costa Atlántica) y 12 (Mar de Noruega), están formados por organismos aislados en áreas oceánicas.

Los fenones 2 a 6, 9 y 11 agrupan organismos aislados de la Laguna de Términos. El fenon 3 y el 10 constituyen el ecotipo del agua de las estaciones 3 y 10 respectivamente, en tanto que los fenones 4 y 5 constituyen 2 ecotipos de la estación 6.

Los fenones 2 y 9 están constituidos por organismos de diferentes puntos de muestreo, aislados tanto del agua como del sedimento.

Los ecotipos del agua (Tabla 5), muestran que en Atasta (fenon 3, estación 3), los organismos presentan un índice medio de utilización (IMU) de 73 %. En Boca Chica (fenon 10, estación 10), el IMU es de 50 %, por lo que las cepas de Atasta son más versátiles en su degradación.

Para el sedimento, solo se logró obtener dos ecotipos de las estaciones 6 (fenones 4 y 5), que presentan un UMI de 75 y 60 % respectivamente.

EL fenon 2 que agrupa 64 cepas del agua y del sedimento de las 4 estaciones estudiadas, parece particularmente interesante ya que presenta una versatilidad de degradación muy amplia (IMU - 88 %), el 95 % de las cepas se desarrolla en salinidades de 0 a 70 °/oo, el 19 % puede degradar el petróleo crudo y además presentar un gran potencial de producción de diferentes enzimas para la degradación de ácidos nucléicos (ADNasa = 92 %), polisacáridos (Amilasa = 98 %), proteínas (gelatinasa = 97 %) o lípidos (fipasa = 77 %), por lo que pueden ser considerados como organismos oportunistas dada su gran capacidad de adaptación en el ecosistema lagunar o marino. Sin embargo, no presentan desde el punto de vista taxonómico una unidad, ni a nivel de género o de familia, ya que 44 % de los organismos del fenon son esporulados y el 67 % de ellos son Gram positivos.

TABLA 6. PORCENTAJES GLOBALES DE LAS 135 PRUEBAS REALIZADAS EN LOS 12 FENONES FORMADOS Y EN EL TOTAL DE LAS CEPAS SILVESTRES

Figura 5 Dendograma de la estación de 267 cepaas en base a 135 pruebas (A = agua, S = sedimento, COL = cepas de colecciones internacionales

Las cepas del fenon 6 pertenecen a la especie Bacillus cereus, ya que el porcentaje de similitud con este organismo incluído como cepa de referencia (ATCC 14579) es muy elevado.

La separación que se presenta entre los fenones de la Costa Atlantica-Mar de Noruega (fenones 1 y 12) y los formados por organismos de la Laguna de Términos, es indicativa de las características exclusivas de la comunidad bacteriana en esta área, lo que sustenta lo expuesto por Lizárraga-Partida (1979), donde se estipula que cada ecosistema presenta una comunidad autóctona de bacterias adaptadas a las condiciones físicas, químicas, geológicas y biológicas del medio ambiente que habitan.

Desgraciadamente no es posible, en la actualidad, realizar una comparación con lagunas costeras y esteros de otras regiones del mundo, debido a la escasez de trabajos con la metodología del presente, así como también, de la meneará en que se presentan los resultados en la literatura especializada en bacteriología.

El estudio efectuado en la Laguna de Términos, ha permitido establecer, que el pulso estacional de los microorganismos heterótrofós dependen de la variación entre la época de lluvias y la de secas, lo cual coincide con lo reportado por otros autores para otros organismos o variables fisicoquímicas en esta área (Gómez Aguirre, 1974; Botello, 1978; Day et al., 1982; Yáñez-Arancibia y Day, 1982; Fernández et al., 1984). La variación estacional registrada en la Laguna de Términoses la misma que se presenta normalmente en lagunas costeras y esteros ceracnos al Ecuador (Day y Yáñez-Arancibia, 1982) en tanto que diferente de los situados en áreas templadas, en donde la temperatura es el factor ecológico que condiciona el pulso estacional de los microorganismos heterótrofos Bianchi, (1973).

La existencia de esta marcada variación estacional, refleja que la contaminación por compuestos orgánicos es hasta la actualidad mínima, condición que básicamente está determinada por la dinámica que los factores climáticos ejercen sobre la laguna. Sin embargo, debe recordarse que así como la zona oligohalina de las lagunas costeras y esteros constituye una trampa de nutrientes (Postma, 1969), también puede convertirse en una trampa de contaminantes se llegará a alterar a alterar el gasto de los ríos por la construcción de presas, o si se incrementan las fuentes de contaminación de Tabasco y Chiapas, lo cual repercutiría radicalmente en la ecología general de la laguna así como sobre el área costera adyacente.

La capital importancia del papel que juegan los microorganismos heterótrofos en la lagunas costeras y esteros, se ve incrementada en la Laguna de Términos por la potencialidad de estos organismos, para servir como inóculo en la zona de plataformas de exploración petrolera de la Sonda de Campeche, puesto que la influencia del sistema fluvio-lagunar sobre elárea se manifiesta a través de diferentes parámetros (Lizárraga-Partida et al., 1982; Creager, 1958; Czitrom et al.. en prensa).

Estudios más detallados en bacteriología son imperativos en el área, los cuales contribuirían a determinar la importancia en el flujo de energía de las bacterias así como evaluar su capacidad para contribuir significativamente en la degradación de contaminantes.

La colaboración del personal de la Estación El Carmen del Instituto de Ciencias del Mar y Limnología fue sumamente valiosa durante el desarrollo de esta investigación, en especial de Pedro López y Francisco Vera Herrera. A Eduardo Sáinz - Hernández por el diseño y la elaboración del material gráfico. Igualmente se agradece a Estelle Russek de la Universidad de Maryland por el procesamiento en computadora de la información cualitativa.

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