Dr. Leonardo Guzmán Méndez Centro de Estudios de Algas Nocivas (CREAN)

Departamento de Medio Ambiente

División de Investigación en Acuicultura Puerto Montt, 23 de agosto de 2017

Seminario Internacional Salud Pública y Mareas Rojas

“Desenmarañando un sistema complejo:

Alexandrium catenella y toxina paralizante”

ACCIONES OPERACIONALES, INVESTIGACIÓN

CIENTÍFICA

CONFIGURACIONES ESPACIO TEMPORALES

REGULARIDADES)

Expansión aparente de la distribución de

Alexandrium catenella, desde el sur hacia el

norte

Perfiles de la toxina paralizante según el

origen de A. catenella

Vinculación de la abundancia de A. catenella

y El Niño-Oscilación del sur (ENSO)

01/09/2017 3

0

10

20

30

40

50

60

70

PRIMAVERA VERANO OTOÑO INVIERNO

PO

RC

EN

TA

JE

36 casos fatales, la mayoría durante

los años noventa

Alrededor de 500 personas intoxicadas

1

12

23

Progress in Oceanography

Volume 129, Part A, December 2014, Pages 85-97

Diatoms and dinoflagellates macroscopic regularities shaped by

intrinsic physical forcing variability in Patagonian and Fuegian fjords

and channels (48°–56°S)

María Alejandra Paredes; Vivian Montecino; Vinka Anic; Miguel Egaña; Leonardo Guzmán

48.583 Km2

40°13’ – 43°03

109.444 Km2 43°38’ – 49°16’

-20

-40

-25

-30

-35

-45

-50

-55

-75 -71 -67

Los Lagos

Aysén

Programa de Manejo y Monitoreo de las Mareas Rojas en las regiones de Los Lagos, Aysén y Magallanes

230 Estaciones de muestreo

Monitoreo desde 2006

Magallanes

132.033 Km2

48°39’ – 56°32’

Ordenación nMDS de las estaciones de muestreo analizadas, obtenidas a partir de la matriz de

índices de similaridad euclidianas entre las variables ambientales promediadas mensualmente.

Normalise

Resemblance: D1 Euclidean distance

2D Stress: 0.1

Normalise

Resemblance: D1 Euclidean distance

Zonej

e

i

f

h

g

d

a

b

c

A01

A02

A03A04

A05

A05N1

A06

A07

A08

A09

A10 A11

A12

A13

A14

A16A17

A18

A19A20

A21A22

A23

A24

A25

A26

A27

A28

A29

A30

A31

A32

A33

A34

A35A36

A37

A38N1

A39A40

A41A42

A43A44

A45

A46

A47A48

A48N1

A49

A50A51

A52

A53

A54

A55

A56

A57A58

A59A60

A62L01

L02L02N1

L02N2

L02N3

L02N4

L03

L03N1

L04

L04N2

L04N3

L04N4

L05

L06

L06N1

L07

L08

L09

L10

L10N1

L10N2

L10N3

L11L12 L13

L14

L16

L16N1

L17

L17N1

L19

L19N2

L20

L20N1

L22

L22N1L22N2

L23

L23N1

L23N2

L24L24N1

L25

M01N

M04M05

M06

M07M08

M09

M10

M11M12M13

M14

M15M16

M17M18

M19M20

M21

M22

M23

M24

M24N

M25

M25N

M26M27M28M29

M29N1

M30M31

M32M33M34

M35

M36

M37

M38

M39

M40

M41M42

M43

M44M45M46

2D Stress: 0.1

Variables oceanográficas y meteorológicas

Los Lagos

Aysén

Magallanes

Fitoplancton Total

Non-metric MDSTransform: Square root

Resemblance: S17 Bray-Curtis similarity

A01

A02

A03

A04 A05A06A07 A08

A08N1

A09A10

A11

A12 A13A14

A15

A16

A17

A18

A18N1

A18N2

A18N3

A18N4 A19

A20

A21

A22

A23

A24A25

A26

A27

A28

A29

A30A31

A32

A33

A34

A35A36

A37

A38N1

A39A40A41

A42A43A44A45

A46

A47A48

A48N1A49

A50

A51A52A53

A54

A55A56

A57

A58

A59A60

A62

L01

L02

L02N1 L02N2

L02N3

L02N4

L03

L03N1

L04L04N2

L04N3

L04N4

L05

L06

L06N1

L06N2

L07

L08

L09

L09N1

L10

L10N1

L10N2

L10N3

L11

L12

L13

L13N1

L14

L16L16N1

L17

L17N1

L17N2

L19L19N1

L19N2

L19N3

L19N4

L20

L20N1

L21

L22L22N1

L22N2

L22N3

L23

L23N1L23N2L24

L24N1

L25

M01NM02N

M03N

M04M05

M06

M07

M08M09

M10 M11

M12M13

M14

M15

M16M17M18

M19

M20M21

M22

M23

M24

M24N

M24N1

M25

M25N

M26M27

M28

M29

M29N1

M30

M31M32

M33

M34M34N1

M35M36

M37

M38

M39M39C1

M39C3

M39N1

M39N2

M39N3

M40

M40N1

M41

M42

M43

M44

M44N1

M45

M46

M46N1

2D Stress: 0,16

Los Lagos

Aysén

Magallanes

Ordenación nMDS de las estaciones de muestreo analizadas, obtenidas a partir de la matriz

de índices de similaridad Bray-Curtis para el fitoplancton total promediado mensualmente.

PRIMER CASO

HIPOTESIS 1:

Si Alexandrium catenella ha estado presente en los

fiordos y canales en los últimos cientos de años,

entonces los sedimentos debieran mantener un registro

de los quistes de resistencia de este dinoflagelado,

registro que debiera estar presente desde Los Lagos

hasta la región de Magallanes

Expansión aparente de la distribución de

Alexandrium catenella, desde el sur hacia el norte

COBERTURA GEOGRÁFICA

FRECUENCIA

INTENSIDAD

Mehuin 39°

Islotes Mariotti 55°

2002 (1998)

2016 (2009)

Alexandrium catenella y Toxina

Paralizante de los Mariscos (TPM)

en aguas chilenas (Modificado de Guzmán et al., 2002)

Concepción

LOS LAGOS AYSÉN MAGALLANES

2002 ¿? 1972

2006 ¿? 1983

2009 1992 1986

2016 1994 1991

01/09/2017 11

1894 (octubre), 9 casos fatales (Peric, 1984)

1896, 4 casos nuevos (Benavides et al., 1994)

¿Pero A. catenella y TPM son

recientes en los fjordos chilenos?

Canal Beagle: dos grupos de yámanas

murieron a fines del siglo 19 con

sintomatología típica de intoxicación con

TPM, luego de consumir cholgas

(Aulacomya atra)

01/09/2017 12

Sureste de la Isla de Chiloé , los

quistes de resistencia de

Alexandrium catenella han sido

datados al menos desde 1930

¿Pero A. catenella es realmente reciente

en los fiordos y canales del sur de Chile?

(tomado de Salgado, 2011)

¿Cuáles son los hechos? • Expansión aparente sur norte en la distribución

geográfica de Alexandrium catenella (forma vege-

tativa), en los últimos 45 años

• Evidencias en el registro sedimentario (quistes) y

• Evidencias históricas (casos fatales y síntomas)

HIPOTESIS 1:

Si Alexandrium catenella ha estado presente en los

fiordos y canales en los últimos cientos de años,

entonces los sedimentos debieran mantener un registro

de los quistes de resistencia de este dinoflagelado,

registro que debiera estar presente desde Los Lagos

hasta la región de Magallanes (columna de sedimentos)

Estamos frente a una colonización o esta microalga ha

estado en los fiordos y canales desde hace cientos de años

SEGUNDO CASO

HIPOTESIS 2:

Los genes responsables de la expresión de los distintos

compuestos de la toxina paralizante de Alexandrium catenella

se manifestarían diferencialmente dependiendo del origen

geográfico de los taxones y los perfiles no estarían

modulados primariamente por condiciones ambientales, sino

por factores endógenos.

Perfiles de la toxina paralizante según el origen de

Alexandrium catenella

LOCALIDAD

L22N2 BAHÍA INÍO / CHILOÉ SUR

L24N1 I. GUAPIQUILÁN /CHILOÉ SUR

A50 TRONADOR / AYSÉN SUR

A08 I. FITZ ROY / AYSÉN SUR

A58 I. PORCIA / TORTEL

M19 BA. ISTHMUS / MAGALLANES NORTE

M44 PTO. NAVARINO / MAGALLANES SUR

Toxinas ACL22N2I09 ACL24N1I09 ACAC08I09 ACA50I08 ACA58I09 ACM19.3I09 ACM44I09

Neo STX 29,2 0,0 40,8 11,1 0,0 0,0 0,0

STX 19,2 0,0 36,1 13,4 30,4 12,6 0,0

GTX4 19,6 35,0 6,4 25,9 3,7 10,8 16,6

GTX1 0,0 0,0 0,0 1,9 0,0 0,0 0,0

GTX3 25,9 42,6 12,8 41,2 6,6 10,3 13,6

GTX2 5,5 12,3 3,8 6,6 2,7 2,1 2,2

C1 0,0 0,0 0,0 0,0 17,9 11,3 11,3

C2 0,7 10,1 0,0 0,0 38,8 52,9 56,3

Total 100 100 100 100 100 100 100

neoSTX+STX 48,3 0,0 76,9 24,5 30,4 12,6 0,0

GTXs 51,0 89,9 23,1 75,5 12,9 23,2 32,4

C1-C2 0,7 10,1 0,0 0,0 56,7 64,2 67,6

fmol cél-1 51 31 34 86 60 63 69

Composición porcentual del contenido de toxinas durante la fase exponencial en los clones estudiados (ordenados de norte a sur).

Toxinas ACL22N2I09 ACL24N1I09 ACAC08I09 ACA50I08 ACA58I09 ACM19,3I09 ACM44I09

Neo STX 11,3 16,8 13,4 13,4 0,0 0,0 0,0

STX 8,4 7,8 13,3 7,6 15,5 3,7 0,0

GTX4 31,1 34,9 20,1 28,3 6,4 14,6 14,8

GTX1 0,0 6,0 5,3 6,6 0,0 3,4 4,7

GTX3 39,9 28,1 37,4 34,7 10,9 12,1 11,8

GTX2 9,4 6,0 10,5 9,4 2,7 3,1 3,6

C1 0,0 0,0 0,0 0,0 13,3 6,5 6,9

C2 0,0 0,3 0,0 0,0 51,1 56,6 58,2

Total 100 100 100 100 100 100 100

neoSTX+STX 19,6 24,6 26,7 21,1 15,5 3,7 0,0

GTXs 80,4 75,1 73,3 78,9 20,1 33,2 34,9

C1-C2 0,0 0,3 0,0 0,0 64,4 63,1 65,1

fmol cél-1 61 30 47 58 51 59 55

Composición porcentual del contenido de toxinas durante la fase estacionaria en los clones estudiados (ordenados de norte a sur).

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

%

Fase exponencial

neoSTX+STX GTXs C1-C2

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

%

Fase estacionaria

neoSTX+STX GTXs C1-C2

Hay diferencias entre clones de

acuerdo a su composición y

contenidos en toxinas: según

Análisis de conglomerados y

escalamiento multidimensional

Esta ordenación geográfica de los clones,

derivada de la composición y contenidos

en toxinas, es aún más manifiesta al

representar mediante escalamiento

multidimensional (MDS), que muestra una

bondad de ajuste ideal ya que la

estimación del estrés = 0

¿Cuáles son los hechos? • No se aprecian diferencias significativas en el contenido de toxinas estimado por clon

entre ambas fases de crecimiento (Wilcoxon, P> 0,05).

• La composición porcentual de STX+NeoSTX, GTXs y C1+C2 por clon, muestra diferen-

cias entre las fases exponencial y estacionaria, y según el origen geográfico de los clones.

• El contenido de toxinas tiene una cierta relevancia, pero el tipo de toxinas es el que define

la toxicidad de cada clon.

• La toxicidad por clon no estuvo en función de la latitud como ocurre con la composición y

contenidos de toxinas, sino que dependiente del perfil y contenido de toxinas.

• Las dos cepas de Los Lagos presentaron una baja concentración de toxinas, entre 39 y

47 fmol cél-1, en tanto que aquellas de Magallanes mostraron un contenido medio entre

73 y 85 fmol cél-1.

Estamos frente a una microalga que presenta perfiles toxicológicos diferentes y distintas

cantidades de toxinas dependiendo de su origen geográfico. El Golfo de Penas parece ser un

hito geográfico HIPOTESIS 2:

Los genes responsables de la expresión de los distintos compuestos de la

toxina paralizante de Alexandrium catenella se manifestarían diferen-

cialmente dependiendo del origen geográfico de los taxones y los perfiles no

estarían modulados primariamente por condiciones ambientales, sino por

factores endógenos.

TERCER CASO

El Niño – La Niña, abundancia del fito-

plancton total, abundancia de A. catenella y

niveles de toxina paralizante en los mariscos:

Dos situaciones distintas:

a) Situación en el extremo sur de los fiordos

(área norte de la Magallanes): efectos por

teleconexión (El Niño 1997-98) y

b) Situación en el extremo norte de los

fiordos (región de Los Lagos, Isla de

Chiloé): efectos directos (El Niño 2015-16)

HIPOTESIS 3a:

• En el área norte de Magallanes, durante El Niño intensos

(e.g. 1997-98) la abundancia del fitoplancton y de A.

catenella, incrementaría, por aumento de la precipitación y de

la T° del aire (y del agua superficial), determinando una

mayor fusión de glaciares y un mayor aporte de nutrientes al

medio marino. Ello estaría determinado por teleconexión de

tipo atmosférica (climática). .

Efectos por teleconexión (El Niño 1997-98): región de

Magallanes

ENGRANAJES INTERCONECTADOS

TELECONEXIONES

El clima, oceanografía y El Niño

-3,0

-2,0

-1,0

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

1950

1952

1954

1956

1958

1960

1962

1964

1966

1968

1970

1972

1974

1976

1978

1980

1982

1984

1986

1988

1990

1992

1994

1996

1998

2000

2002

2004

2006

2008

2010

AN

OM

AL

ÍA

ES

TA

ND

AR

IZA

DA

AÑO

An MEI moda An SOI min An Fito prom

-3,0

-2,0

-1,0

0,0

1,0

2,0

3,0

1950

1952

1954

1956

1958

1960

1962

1964

1966

1968

1970

1972

1974

1976

1978

1980

1982

1984

1986

1988

1990

1992

1994

1996

1998

2000

2002

2004

2006

2008

2010

AN

OM

AL

ÍA

ES

TA

ND

AR

IZA

DA

AÑO

An MEI max An ab. rel. A. catenella

Rs MEI moda-Fito = 0.60; p = 0.007

Rs SOI min-Fito = -0.28; NS

Rs MEI max- ab. Rel. A. catenella =

0.61; p = 0.007

-3,0

-2,0

-1,0

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

1950

1952

1954

1956

1958

1960

1962

1964

1966

1968

1970

1972

1974

1976

1978

1980

1982

1984

1986

1988

1990

1992

1994

1996

1998

2000

2002

2004

2006

2008

2010

AN

OM

AL

ÍA

ES

TA

ND

AR

IZA

DA

AÑO

An Tº prom An PP prom An Fito prom

-3,0

-2,0

-1,0

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

1950

1952

1954

1956

1958

1960

1962

1964

1966

1968

1970

1972

1974

1976

1978

1980

1982

1984

1986

1988

1990

1992

1994

1996

1998

2000

2002

2004

2006

2008

2010

AN

OM

AL

ÍA

ES

TA

ND

AR

IZA

DA

AÑO

An Tº prom An PP prom An ab. rel. A. catenella

Rs pp prom-Fito = 0.43, p = 0.007

Rs Taire ºC prom-Fito = 0.48; p = 0.044

R pp prom- ar A.catenella = 0.24, NS

R Taire ºC prom -ar A. catenella = 0.001, NS

HIPOTESIS 3a:

• En el área norte de Magallanes, durante El Niño intensos (e.g.

1997-98) la abundancia del fitoplancton y de A. catenella,

incrementaría, por aumento de la precipitación y de la T° del

aire (y del agua superficial), determinando una mayor fusión de

glaciares y un mayor aporte de nutrientes al medio marino. Ello

estaría determinado por teleconexión de tipo atmosférica

(climática).

.

¿Cuáles son los hechos? • En el área norte de la región de Magallanes se aprecian correlaciones

positivas entre las anomalías estandarizadas del índice MEI con la

abundancia del fitoplancton (P<0.05) y con la abundancia de Alexandrium

catenella (P<0.05).

• Las anomalías estandarizadas del nivel de precipitación registrado en Punta

Arenas y el promedio de la abundancia del fitoplancton presentan una

correlación significativa (P<0.05), no así con la abundancia de A. catenella

(P>0.05)

• Las anomalías estandarizadas muestran que la T°del aire durante 1997-98

en Punta Arenas fue 1° más alta, y en bahía Pecket, Estrecho de

Magallanes fue 0,9° más alta.

El Niño – La Niña, abundancia del fito-

plancton total, abundancia de A. catenella y

niveles de toxina paralizante en los mariscos:

Dos situaciones distintas:

a) Situación en el extremo sur de los fiordos

(área norte de la Magallanes): efectos por

teleconexión (El Niño 1997-98) y

b) Situación en el extremo norte de los

fiordos (región de Los Lagos, Isla de

Chiloé): efectos directos (El Niño 2015-16)

• 2015-16 El Niño (fase final)

• Centro Anticiclónico de Altas Presiones (desplazamiento hacia el sur)

• Inhibición del ingreso de frentes de mal tiempo, un verano benigno, alta irradiación, temperaturas más altas, periodo de calma, estabilidad de la columna de agua.

• Una mayor proporción de vientos del sur

• Surgencia costera, enfriamiento de aguas superficiales

• Enriquecimiento con nutrientes de las aguas costeras • Alta productividad (Intensa floración de diatomeas)

• Relajación de la surgencia

• Sucesión fitoplanctónica

• Floración de Alexandrium catenella en la costa expuesta al océano

Pacífico, ingreso desde el norte de Aysén y sur de Chiloé

• Transporte hacia el norte de A. catenella por procesos advectivos

MANDALA OF MARGALEF

HIPOTESIS 3b: floración de Alexandrium catenella 2016

por la costa expuesta al océano Pacífico

MANDALA DE MARGALEF

Turbulencia

Nu

trie

nte

s

Diatomeas

Dinoflagelados

Floración

dinoflagelados

Vacío

CENTRO ANTICICLÓNICO DE ALTAS PRESIONES

ENOS: EL NIÑO OSCILACIÓN DEL SUR

PERÍODOS NO ENOS ENOS 2015-16

CALBUCO

Intensidad del viento e irradiación solar

Promedios mensuales de Enero

Velocidad del viento costa afuera (ms-1)

Irra

dia

ció

n s

ola

r P

ata

go

nia

(W

m-2

)

Figura de R. Garreaud

Ubicación -45°S -75° W

Período 1948-2016

Símbolo rojo es Enero de 2016

Datos: re-análisis NCEP-NCAR

GFS vientos para Marzo - Abril

2016

Anomalías positivas de TSM generadas por El Niño durante el verano, evidencian mayor radiación

solar, menor precipitación, estabilidad en la columna de agua. A partir de marzo la surgencia costera

mantiene la alta productividad. Se generan condiciones favorables para una floración nociva.

+1

+1

Nov 15 Dic15 Ene 16 Feb 16 Mar 16

EVIDENCIAS AMBIENTALES QUE GATILLAN FAN

Espinoza et al., 2016

MA

ND

AL

A O

F M

AR

GA

LE

F H

IPÓ

TE

SIS

FL

OR

AC

IÓN

20

16

ENOS 2015-16 (El Niño)

CENTRO ANTICICLÓNICO DE ALTAS PRESIONES (desplazamiento hacia el sur)

INHIBICIÓN DEL INGRESO DE FRENTES DE MAL TIEMPO (un verano benigno: alta irradiación, temperaturas más altas, estabilidad de la columna de agua, vientos menos intensos, pero aumenta proporción de vientos del sur)

SURGENCIA COSTERA (Enfriamiento de las aguas de las capas superficiales, Enriquecimiento con nutrientes de las aguas costeras)

ALTA PRODUCTIVIDAD (Intensa floración de diatomeas, alta producción actual)

RELAJACIÓN DE LA SURGENCIA

SUCESIÓN FITOPLANCTÓNICA

En la fase final de la sucesión FLORACIÓN DE A. catenella EN LA COSTA EXPUESTA AL OCÉANO PACÍFICO (y luego, la microalga es transportada hacia el norte por procesos advectivos)

Leonardo Guzmán Méndez

Oscar Espinoza González

Pamela Carbonell Arias

Rodrigo Martínez González

Valentina Besoaín Meneses

Jorge Mardones Sánchez

Gemita Pizarro Nova

Elías Pinilla Matamala

Ximena Vivanco Tapia

María José Calderón Nash

Loreto López Rivera

Luis Iriarte Bustamante

Verónica Muñoz Ojeda

Hernán Pacheco Valle

Cesar Alarcón Zapata

Carolina Toro Ruiz

María Fernanda Cornejo Acevedo

Julia Cáceres Chamizo

Gissela Labra Holzapfel

Mauricio Palma Alarcón

Héctor Tardón Sepúlveda

Lorena Ramirez Epple Karen Correa Sepúlveda

Roberto Raimapo Raimapo

Adán Navarro Vera

Pedro Calabrano Miranda

Raúl Hernández Torres

Jorge Toro Mancilla

Manuel Moya Vega

César Loncón Lemus

Patricio Salas Salas

Sergio Martínez Sistac

José Ojeda Millaldeo

MUCHAS GRACIAS

Nicole Pesse Lastra

MUCHAS GRACIAS