Adn ambiental y sus aplicaciones en la evaluación de conectividad en ecosistemas acuáticos

Los rios son un recurso fundamental para la sociedad. A lo largo de la historia, el ser humano ha establecido sus poblaciones en el entorno de los ecosistemas fluviales para su aprovechamiento y la obtencion de agua, energia y otros servicios ecosistemicos. Por ello, los rios estan entre los ecosistemas mas explotados del planeta. Los impactos antropogenicos sufridos por los ecosistemas fluviales han producido en ellos una serie de cambios tanto a nivel biologico como fisicoquimico. Entre las alteraciones antropogenicas cabe destacar la fragmentacion del habitat debida a la construccion de barreras, como presas y embalses, que desde mediados del siglo XX son un componente fundamental de los programas de gestion del agua, pero suponen una gran amenaza a la conservacion de las especies fluviales. La interrupcion de la conectividad fluvial afecta al movimiento de materia, energia y organismos, teniendo gran impacto tanto en la calidad del agua como en la biodiversidad. El mayor impacto que sufren los ecosistemas fluviales a nivel mundial es la construccion de grandes presas y embalses, aunque las pequenas barreras tambien pueden afectar de manera muy significativa a la conectividad fluvial y la calidad del agua. Esta Tesis se centra en primer lugar en el desarrollo de herramientas basadas en ADN ambiental para su aplicacion en el seguimiento de la calidad del agua fluvial, cumpliendo asi con los requisitos de la Directiva Marco del Agua (DMA; 2000 CE). El uso del ADN ambiental, que implica un muestreo no invasivo, consiste en el seguimiento de las especies a traves de los restos de ADN que dejan en el medio ambiente (agua, suelo o sedimentos) fruto de su actividad fisiologica y su interaccion con el mismo. Se ha elegido el indice IBMWP (Iberian Bio-Monitoring Working Party), basado en la presencia de familias de macroinvertebrados y estandarizado dentro de los terminos de la DMA, para su implementacion en muestras ambientales. Se ha utilizado el metodo de secuenciacion de ultima generacion (Next Generation Sequencing, NGS) en ADN extraido de muestras de agua y se han comparado los resultados con los obtenidos mediante metodos convencionales de muestreo e identificacion de visu de los macroinvertebrados. Los resultados obtenidos a partir de ambos metodos estan significativamente correlacionados, y los datos de ADN ambiental permiten distinguir entre zonas fluviales contaminadas y no contaminadas, confirmando que esta tecnica resulta apropiada para la evaluacion biologica de la calidad de agua en los rios. El ADN ambiental y las tecnicas de NGS se emplearon para la evaluacion biologica de la calidad del agua en el Rio Nalon (Asturias, Cornisa Cantabrica), que resulto ser menor en los tramos afectados por embalses que en los tramos libres. La composicion de familias de macroinvertebrados encontrada fue diferente aguas arriba y aguas abajo de los embalses. El incremento progresivo de biodiversidad aguas abajo esperable en un rio integro sin alteraciones no se ha encontrado, ya que las zonas localizadas entre embalses mostraron un nivel severo de degradacion. Los resultados de este estudio basados en ADN ambiental han demostrado el impacto que suponen los grandes embalses, tanto en la calidad del agua como en la conectividad fluvial. Las zonas de interes para la conservacion se definen legalmente como espacios naturales protegidos para reducir los impactos antropogenicos sobre ellas. Europa posee una de las redes de espacios protegidos mas amplia, la Red Natura 2000. En esta Tesis se han aplicado tecnicas basadas en ADN ambiental dentro del espacio Natura 2000 Reserva de la Biosfera y Parque Natural de Redes (Asturias, Espana), en el cual se incluyen dos grandes presas. Se usaron tecnicas de PCR cuantitativa (qPCR) y de PCR-RFLPs para el seguimiento de las especies de salmonidos. La qPCR resulto tener una alta sensibilidad, revelando la presencia de ADN de la trucha exotica Oncorhynchus mykiss en agua corriente y siendo capaz de detectar la trucha nativa Salmo trutta en zonas donde la tecnica de PCR-RFLP resulto ineficaz. El ADN ambiental tambien confirmo la existencia de escapes de piscifactorias de trucha arco iris (Oncorhynchus mykiss) dentro de la zona protegida en estudio. Tambien dentro de esta Reserva de la Biosfera de Redes se emplearon tecnicas de muestreo convencionales como la electropesca, y se conto con la colaboracion de pescadores locales que aportaron muestras de sus capturas deportivas. Combinando estos datos junto con analisis de ADN ambiental, se pudo demostrar la existencia de introducciones ilegales de especies exoticas de peces dentro del Parque Natural. Ademas, se ha visto que las especies de Ciprinidos introducidas se encuentran en expansion, probablemente debido a una combinacion del aumento de temperaturas debido al cambio climatico junto con repetidas sueltas ilegales de peces. Los estudios realizados en esta Tesis permiten la recomendacion de una serie de acciones para la gestion de los ecosistemas fluviales. La mas sencilla es evaluar sistematicamente los ecosistemas fluviales, vigilando tanto la calidad del agua como la introduccion de especies. Una metodologia basada en ADN ambiental similar a la empleada en este trabajo podria utilizarse en primera instancia como metodo exploratorio de eleccion, ya que es una tecnica no invasiva y proporciona una vision global de la biota. Al aplicarla en muestras de agua del rio se encuentra ADN no solo de especies acuaticas obligadas, sino tambien de especies terrestres que viven en la cercania del rio, lo que sugiere que se podrian hacer evaluaciones a mayor escala espacial con un esfuerzo de muestreo relativamente pequeno. Otra recomendacion que se desprende de los resultados de esta Tesis es la necesidad de un mayor control para evitar escapes de piscifactorias dentro de las areas protegidas. Finalmente, la restauracion de la conectividad mediante escalas para especies migratorias seria la principal medida de gestion recomendada para el mantenimiento de la biodiversidad, a la vista de los resultados obtenidos. Este trabajo constituye un ejemplo de la utilidad potencial del ADN ambiental para la evaluacion sistematica de los ecosistemas fluviales. Aunque aun hay que validar y estandarizar las tecnicas de analisis en diversos aspectos, como la mejora de las bases de datos de referencia y de paneles de cebadores con amplio espectro taxonomico, se espera que los desarrollos futuros del ADN ambiental permitan su aplicacion en numerosas areas que van desde la evaluacion de la conectividad hasta los inventarios de biota en espacios protegidos, e incluso en genetica de poblaciones.