Las diatomeas de agua dulce del Ecuador: propuesta metodológica y empleo como bioindicadores ambientales

• Autores: Susana Elizabeth Chamorro Arias
• Directores de la Tesis: Eloy Bécares Mantecón (dir. tes.), Saúl Blanco Lanza (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad de León ( España ) en 2025
• Idioma: español
• Número de páginas: 99
• Títulos paralelos:
  • Freshwater diatoms of Ecuador: methodological proposal and use as environmental bioindicators
• Tribunal Calificador de la Tesis: María del Camino Fernández Aláez (presid.), Manel Leira (secret.), José Gabriel Salazar Loor (voc.)
• Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Ecología Funcional y Aplicada por la Universidad de León
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: BULERIA
• Resumen
  • español

    La contaminación y el deterioro de los recursos hídricos representan uno de los problemas ambientales más críticos. A pesar de que muchos países han basado tradicionalmente la evaluación de la calidad del agua en parámetros fisicoquímicos, este enfoque puede ser limitado, ya que no refleja de manera completa el estado ecológico de los ecosistemas acuáticos. Por ello, se han promovido métodos de biomonitoreo que se enfocan en organismos vivos para evaluar la salud del ecosistema, considerando tanto sus índices de sensibilidad, como las condiciones del agua. En este contexto, las diatomeas se destacan como bioindicadores muy eficaces para el monitoreo de la calidad del agua, particularmente en ambientes lóticos (ríos y corrientes). Las métricas basadas en diatomeas se fundamentan en la abundancia relativa de taxones indicadores, su sensibilidad a la alteración ambiental y su óptimo ecológico a lo largo de un gradiente de contaminación.

    En Sudamérica, el uso de las diatomeas para la evaluación de la calidad del agua ha ganado terreno recientemente. Sin embargo, gran parte del trabajo taxonómico en la región ha sido influenciado por estudios europeos, lo que ha llevado a asumir que las diatomeas son cosmopolitas (capaces de adaptarse a diversos ambientes globales). Esto ha llevado a la adopción de índices generalistas o provenientes de regiones cercanas, lo que puede resultar en evaluaciones imprecisas si las condiciones ecológicas locales no son adecuadamente consideradas. Por esta razón, el principal objetivo de esta tesis doctoral es sentar las bases científicas para el estudio taxonómico y ecológico de las diatomeas en Ecuador. Para ello, (I) se han determinado los parámetros fisicoquímicos y microbiológicos en diferentes ecosistemas dulceacuícolas del Ecuador Continental; (II) se ha inventariado la diversidad de especies de diatomeas epilíticas presentes en los diferentes sistemas acuáticos del Ecuador, mediante técnicas de microscopía óptica, electrónica y métodos moleculares; (III) finalmente se han determinado los parámetros autoecológicos de las principales especies de diatomeas, con vistas a su empleo como indicadores de calidad ambiental.

    Este estudio incluyó un monitoreo exhaustivo de diversos ecosistemas de agua dulce en las tres principales regiones geográficas del Ecuador Continental: la Región Costa, la Región Sierra (Andina) y la Región Amazónica, así como la exploración de los glaciares tropicales. Durante la investigación, se han recolectado muestras de ríos, lagunas y depresiones de crioconitas. A partir de estos datos, se ha establecido una línea base detallada sobre las comunidades de diatomeas presentes en estos ecosistemas, lo que ha permitido desarrollar herramientas de gestión para la evaluación de la calidad del agua en el país.

    Además, la exploración de ambientes extremos, como los glaciares tropicales, permitió el diseño de protocolos adaptados a las características ecológicas específicas de estos ecosistemas, como las crioconitas, depresiones en la superficie glaciar que albergan comunidades microbianas únicas. Estos protocolos pueden ser replicados en cualquier glaciar, lo que los convierte en una herramienta útil para estudios en otros contextos similares.

    El Artículo I, se centra en la evaluación de la eutrofización en el río Pita, un ecosistema lótico en la sierra ecuatoriana. A través del análisis de las comunidades de diatomeas epilíticas (diatomeas adheridas a rocas en el fondo del río), se identificó un claro gradiente de eutrofización: aguas de alta calidad en las cabeceras del río y aguas más contaminadas en las zonas bajas. El estudio reveló una alta diversidad de especies de diatomeas para áreas tropicales, con una riqueza de especies que va desde 34 taxones en las cabeceras hasta 42 taxones en las zonas bajas. Sin embargo, los valores tróficos previamente establecidos para estas especies en la literatura no coincidían con las condiciones locales del río, lo que evidenció la necesidad de crear un índice trófico específico para la región andina ecuatoriana.

    El Artículo II documenta por primera vez la diversidad de diatomeas en 54 depresiones de crioconitas del volcán Antisana, uno de los glaciares tropicales activos en Ecuador. En este estudio se identificó una comunidad diatomológica extraordinariamente diversa de origen alóctono, aunque con una baja abundancia de individuos, en comparación con otros glaciares. Se registraron un total de 278 taxones, de los cuales 12 representan nuevas especies para la ciencia. Las especies dominantes en esta comunidad son: Psammothidium germainii (Manguin) Sabbe, Planothidium lanceolatum (Brébisson ex Kützing) Lange-Bertalot y Sellaphora atomoides (Grunow) Wetzel & Van de Vijver. La estructura de las comunidades diatomológicas no mostró una correlación significativa con las características fisicoquímicas del agua ni con la morfología de las depresiones de crioconitas, sino que estuvo principalmente determinada por la altitud. Esto sugiere que la elevación es un factor clave en la distribución de las diatomeas en estos ecosistemas.

    El Artículo III, contribuye al desarrollo de metodologías y protocolos especializados para el estudio de diatomeas en las depresiones de crioconita. Entre las innovaciones presentadas, se incluyen técnicas de muestreo optimizadas, procesos específicos de digestión para purificar las muestras de diatomeas y mejoras en las técnicas de montaje microscópico para una identificación más precisa. Además, se incorporó el uso de taxonomía molecular basada en ADN, la fusión de estas metodologías ha permitido obtener una caracterización más precisa de las comunidades de diatomeas, un grupo esencial para el equilibrio ecológico de los ecosistemas acuáticos. Dado que las bases de datos existentes no contemplan adecuadamente las especies tropicales, especialmente en los ecosistemas de montaña, esta combinación de enfoques ha resultado crucial para obtener resultados más fiables y detallados.

    Finalmente, el Artículo IV propone el Índice de Diatomeas de Ecuador (EDI), una herramienta para la evaluación de la calidad del agua en los ecosistemas de agua dulce del país. El EDI se basa en el uso de diatomeas como indicadores ecológicos y se ha diseñado específicamente para reflejar el estado limnológico de los ríos y lagos ecuatorianos. El índice se ha construido a partir de parámetros abióticos y biológicos, recolectando muestras en 111 estaciones distribuidas en diversas cuencas hidrográficas del Ecuador. A través de análisis estadísticos, se han identificado diferencias significativas en la florística y los parámetros autoecológicos de las diatomeas, mejorando la fiabilidad del índice en comparación con otros métodos tradicionales, como el Índice de Sensibilidad a la Contaminación (IPS).

    Desde un enfoque práctico, los resultados de esta investigación han dado lugar a herramientas específicas, como el Índice de Diatomeas Ecuatorianas (EDI), que no solo proporcionan una base sólida para futuros estudios taxonómicos y ecológicos de las diatomeas en Ecuador, sino que también ofrecen una metodología aplicable a evaluar la calidad de agua en cualquier ecosistema de agua dulce.

    Esta investigación no solo contribuye al fortalecimiento de la comprensión de la biodiversidad acuática del país, sino que también tiene aplicaciones concretas para el monitoreo ambiental a largo plazo. Las herramientas y metodologías desarrolladas ofrecen un recurso valioso para la gestión de los recursos hídricos en un Ecuador con ecosistemas altamente vulnerables al cambio climático.

  • English

    Water pollution and the degradation of water resources are among the most critical environmental challenges. While many countries have traditionally relied on physicochemical parameters for water quality assessment, this approach is limited as it does not fully reflect the ecological health of aquatic ecosystems. Consequently, biomonitoring methods that focus on living organisms, considering both their sensitivity indices and water conditions, have been widely promoted. In this context, diatoms have proven to be highly effective bioindicators for water quality monitoring, particularly in lotic environments (rivers and streams). Diatom-based metrics leverage the relative abundance of indicator taxa, their sensitivity to environmental changes, and their ecological optimum along a pollution gradient.

    In South America, the use of diatoms for water quality assessment has gained traction in recent years. However, much of the region’s taxonomic work has been influenced by European studies, leading to the assumption that diatoms are cosmopolitan (adaptable to diverse global environments). This has resulted in the adoption of generalized indices or those from nearby regions, which may produce inaccurate assessments when local ecological conditions are not adequately considered. For this reason, the primary objective of this doctoral research is to establish the scientific foundation for the taxonomic and ecological study of diatoms in Ecuador. To achieve this, the study focused on (I) determining physicochemical and microbiological parameters in various freshwater ecosystems of continental Ecuador, (II) cataloging the diversity of epilithic diatom species in Ecuador’s aquatic systems using optical and electron microscopy alongside molecular methods, and (III) defining the autoecological parameters of key diatom species to evaluate their use as indicators of environmental quality.

    The research involved extensive monitoring of freshwater ecosystems across Ecuador’s three main geographic regions—Coastal, Andean, and Amazonian—as well as tropical glaciers. Samples were collected from rivers, lagoons, and cryoconite depressions. This data was used to establish a detailed baseline of diatom communities in these ecosystems, enabling the development of tools for water quality management in the country.

    Additionally, the exploration of extreme environments, such as tropical glaciers, facilitated the creation of protocols tailored to the unique ecological characteristics of these ecosystems, such as cryoconite holes on glacier surfaces hosting specialized microbial communities. These protocols are replicable across glaciers, offering a valuable resource for similar studies worldwide.

    Article I examines eutrophication in the Pita River, a lotic ecosystem in Ecuador’s highlands. Analysis of epilithic diatom communities revealed a clear eutrophication gradient, with high-quality waters in the river’s headwaters and increasingly polluted conditions downstream. The study identified high diatom species diversity for tropical regions, with species richness ranging from 34 taxa in the headwaters to 42 taxa downstream. However, existing trophic values for these species, as reported in the literature, did not align with local conditions, underscoring the need for a region-specific trophic index for the Ecuadorian Andes.

    Article II provides the first documentation of diatom diversity in 54 cryoconite holes on Antisana Volcano, an active tropical glacier in Ecuador. This study uncovered an extraordinarily diverse diatom community of allochthonous origin, though with a low abundance of individuals compared to other glaciers. A total of 278 taxa were recorded, including 12 species new to science. The dominant species were Psammothidium germainii (Manguin) Sabbe, Planothidium lanceolatum (Brébisson ex Kützing) Lange-Bertalot, and Sellaphora atomoides (Grunow) Wetzel & Van de Vijver. The distribution of diatom communities was primarily influenced by altitude rather than physicochemical water characteristics or cryoconite morphology, indicating that elevation is a key factor in these ecosystems.

    Article III develops specialized methodologies and protocols for studying diatoms in cryoconite depressions. Innovations include optimized sampling techniques, improved digestion processes for purifying diatom samples, and enhanced microscopic mounting techniques for more accurate identification. Molecular taxonomy using DNA was also incorporated. These methods provided a more precise characterization of diatom communities, a group essential for the ecological balance of aquatic ecosystems. Given the limited representation of tropical species in existing databases, especially in mountain ecosystems, this integrative approach was crucial for generating reliable and detailed results.

    Article IV introduces the Ecuadorian Diatom Index (EDI), a new tool for assessing water quality in the country’s freshwater ecosystems. The EDI is based on diatoms as ecological indicators and is specifically designed to reflect the limnological conditions of Ecuadorian rivers and lakes. The index was developed using abiotic and biological data collected from 111 monitoring stations across Ecuadorian watersheds. Statistical analyses revealed significant differences in the floristic composition and autoecological parameters of diatoms, enhancing the reliability of the EDI compared to traditional methods like the Pollution Sensitivity Index (IPS).

    From a practical standpoint, this research provides specific tools, such as the EDI, which not only lay the groundwork for future taxonomic and ecological studies of diatoms in Ecuador but also offer methodologies applicable to water quality assessment in any freshwater ecosystem.

    This study strengthens the understanding of Ecuador’s aquatic biodiversity and has tangible applications for long-term environmental monitoring. The tools and methodologies developed represent valuable resources for managing water resources in an Ecuador increasingly vulnerable to climate change.