Contracción y desecación: evaluación de las respuestas bacterianas del lecho del río al déficit hídrico intermitente

Resumen

La sequía hidrológica, caracterizada por una deficiencia significativa de las precipitaciones, favorece los procesos naturales de desecación. La reducción de la recarga de agua y la pérdida de ecosistemas de agua dulce plantean retos urgentes ante el aumento de la población mundial y la creciente demanda de recursos hídricos.

La variabilidad en la duración de los periodos sin caudal puede tener profundas implicaciones para el funcionamiento de los ecosistemas, afectando específicamente a la microbiota que reside en los sedimentos de los lechos de los ríos y a los procesos vitales que llevan a cabo. El lecho de los ríos es un ecotono en el que los microorganismos forman biopelículas que desempeñan un papel fundamental en los ciclos biogeoquímicos y en las emisiones de gases de efecto invernadero. Por consiguiente, los periodos prolongados de desecación y los subsiguientes episodios de rehumectación pueden perturbar, limitar o alterar las funciones y la estructura de las comunidades microbianas, comprometiendo así el funcionamiento general de los ecosistemas acuáticos. Es crucial comprender cómo responden las comunidades microbianas de los lechos de los ríos a los episodios de desecación prolongada.

Este manuscrito de revisión ofrece una síntesis de estudios empíricos y experimentales recientes que han explorado diversos aspectos de las comunidades microbianas de los lechos de los ríos en el contexto de diversos periodos de desecación-remojo. Se hace especial hincapié en destacar las respuestas estructurales y funcionales clave de la comunidad microbiana que podrían utilizarse como puntos finales de las respuestas a la desecación. En particular, mostramos la mayor expresión de la actividad fenol-oxidasa entre los microorganismos de los ríos intermitentes.

Abstract

Hydrological drought, characterized by a significant deficiency in rainfall events, promotes natural desiccation processes. The reduction in water recharge and the loss of freshwater ecosystems pose urgent challenges in the face of increasing global population and the escalating demand for water resources.

The variability in the duration of no-flow periods can have profound implications for ecosystem functioning, specifically impacting the microbiota residing in streambed sediments and the vital processes they perform. The streambed serves as an ecotone where microorganisms form biofilms, playing critical roles in in-stream biogeochemical cycles and greenhouse gas emissions. Consequently, prolonged desiccation periods and subsequent rewetting episodes can disrupt, limit, or alter the functions and structure of microbial communities, thereby compromising the overall functioning of aquatic ecosystems. Understanding how streambed microbial communities respond to prolonged desiccation events is crucial.

This revision manuscript provides a synthesis of recent empirical and experimental studies that have explored various aspects of streambed microbial communities in the context of diverse drying-rewetting periods. A special focus is placed on highlighting key microbial community structural and functional responses that could be used as endpoints of responses to desiccation. In particular, we showed the greater expression of the phenol-oxidase activity among the intermittent streambeds submitted to long-term drought. This result suggested a potential begin of transition from freshwater to terrestrial systems. Additionally, we observed a tendency of decreasing bacterial diversity in the dry conditions together with a change in the relative abundance of certain microbial taxa and a general shift from Gram-negative to Gram-positive bacteria. All of these evidences strengthened the similarity between the dry streambed systems studied and a (dry)-soil environment, suggesting that prolonged and unusual dry periods could boost the terrestrial transition of the aquatic intermittent ecosystem.

By summarizing these findings, we aim to enhance our understanding of the responses exhibited by streambed microbiota in the face of desiccation events. The synthesized results may further provide potential diagnosis and/or management tools for intermittent freshwater ecosystems functioning.