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atural
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ç sumarioTesis Doctorales del MNCN
The use of stable isotopes to assess food
web structure and nitrogen dynamics in
freshwaters
Universidad Autónoma de Madrid
Celia Ruiz-Jiménez
Director: Salvador Sánchez-Carrillo
Mayo 2015
El estudio de los ciclos de nutrientes, las transfor-
maciones de energía y las relaciones tróficas en los
ecosistemas acuáticos han sido y son foco de nu-
merosas investigaciones para entender su función y
su estructura. Los isótopos estables actúan como
trazadores naturales a diferentes escalas: desde
comunidades microbianas independientes hasta
ecosistemas, permitiendo estudiar tanto las rela-
ciones tróficas de los organismos como los ciclos
de nutrientes en todos sus compartimentos. La
señal isotópica del N (
δ
15
N;
15
N/
14
N) refleja el ori-
gen de los compuestos dando indicaciones de los
principales procesos biogeoquímicos que se están
llevando a cabo (ej. nitrificación y desnitrificación,
asimilación por productores primarios y su paso a
los niveles tróficos superiores, e tc.). Los estudios
que combinan simultáneamente la determinación
de
δ
15
N y
δ
1
C han arrojado buenos resultados al
interpretar la estructura trófica de las poblaciones
y el origen de la materia orgánica que sostiene a
los ecosistemas.Aunque el análisis de la abundancia
natural de estos isótopos ha sido, y sigue siendo, un
procedimiento ampliamente usado para evaluar la
estructura de determinadas poblaciones, las métri-
cas basadas en las firmas isotópicas se enfrentan a
numerosas incertidumbres que restringen su uso
como indicadores cuantitativos de la estructura
de comunidades, inhabilitando su uso como herra-
mientas de caracterización para comparar ecosis-
temas y evaluar los efectos ambientales en la eco-
logía trófica. Por otra parte, la adición de isótopos
como trazadores en un ecosistema elimina la ma-
yor parte de las incertidumbres que enfrentan los
estudios de abundancia natural, al generar señales
inequívocas entre los diferentes compartimentos.
Este enfoque ha generado resultados muy satisfac-
torios cuando las posibles fuentes tienen la misma
o parecida señal isotópica y, además, proporciona la
posibilidad de estudiar la dinámica del N, su reten-
ción, captación y transformación en los organismos,
determinando las tasas de esos procesos, aspecto
fundamental para entender el funcionamiento. En
primera instancia, esta tesis evalúa comparativa-
mente y mide cuantitativamente las diferencias en
la estructura de las redes tróficas de lagos ubicados
en ambientes y regiones dispares usando métricas
tróficas y descriptores basados en la diversidad, de-
terminando la importancia de ciertos atributos am-
bientales en la estructura trófica.También explora,
a manera de revisión bibliográfica, el uso de las adi-
ciones de isótopos estables de
15
N y
1
C como tra-
zadores a nivel de ecosistema en estudios de aguas
continentales, analizando y evaluando las ventajas,
desventajas y oportunidades de esta herramienta
para el estudio ecológico de los ecosistemas acuá-
ticos. Por último, a través de experimentos de adi-
ción de
15
N en un río influenciado por la agricultura
y un lago oligotrófico se ha estudiado la dinámica
del N, determinando las principales trasformacio-
nes y sus tasas y los principales compartimentos
y comunidades que condicionan el ciclo del N, así
como la potencialidad de las principales vías enzi-
máticas implicadas en el ciclo del N por abundancia
de genes por análisis de q-PCR.
Los resultados respecto a la estructura y funcio-
namiento de los ecosistemas lacustres concuerdan
con la interpretación de que la estructura de las re-
des tróficas de los lagos está formada por conjun-
tos altamente interconectados, en los que la diver-
sidad aumenta el empaquetamiento (fuertemente
acopladas en bloques) pero no la interacción tró-
fica entre especies. La profundidad, la latitud, la ele-
vación y la clorofila-a son los factores ambientales
más importantes que influyen en la estructura de
las comunidades de los lagos. En los lagos oligotró-
ficos, las praderas de macrófitos sumergidos con-
tribuyen significativamente al papel de sumidero de