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Analysis of the metabolic features of plant extremophile species from the Atacama desert
(2022) Dussarrat, Thomas; Gutiérrez Ilabaca, Rodrigo Antonio; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Ciencias Biológicas; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Agronomía e Ingeniería Forestal
Los sitios extremos situados en los márgenes de al menos un gradiente abiótico permiten la supervivencia de muy pocas especies. Estas especies denominadas extremófilas (literalmente que aman los extremos) albergan una reserva única de adaptaciones genéticas y bioquímicas que siempre han atraído la curiosidad humana. Estudios anteriores han demostrado un alto grado de especificidad para la adaptación de las especies de plantas a biomas hostiles, lo que explica que las transferencias exitosas de esas adaptaciones a los cultivos sigan siendo escasas. Sin embargo, también pueden existir estrategias adaptativas genéricas o más generales. En este contexto, me propongo utilizar un enfoque integral desde el ecosistema hasta los metabolitos para investigar las adaptaciones bioquímicas de las especies vegetales extremófilas del desierto de Atacama, el desierto no polar más seco del planeta. Las plantas se recogieron en su entorno natural, que abarca un gradiente de altitud de 2500 a 4500m. Se combinaron múltiples enfoques metabolómicos con el aprendizaje automático o “machine learning” para develar una serie de herramientas genéricas para la resistencia de las plantas a las duras condiciones del Atacama. Posteriormente, los análisis de enriquecimiento de reacciones y vías metabólicas identificaron los legados genéticos subyacentes a las estrategias bioquímicas convergentes seleccionadas evolutivamente. Por último, se exploró el rol de las interacciones positivas con el cactus Maihueniopsis camachoi en la adaptación de varias especies a las extremas condiciones ambientales. Los resultados permitieron comprender mejor los procesos de facilitación y descubrir un novedoso conjunto de metabolitos capaces de predecir el estado de la interacción. Finalmente, este estudio aporta información importante para comprender los mecanismos de adaptación que subyacen a la resistencia de las plantas a los climas extremos, y nuestro enfoque multiespecífico presagia estudios y descubrimientos prometedores en agronomía y ecología.
Biogeografía histórica reciente de los vertebrados del "Hotspot" de Chile mediterráneo: dinámicas de distribución y nicho climático de linajes intraespecíficos, desde el último máximo glacial hasta el presente
(2015) Gutiérrez Tapia, Pablo Andrés; Palma Vásquez, Ramón Eduardo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Ciencias Biológicas
Biodiversity losses under the species level (i.e. cryptic diversity) may have been severely undersestimated in future global climate change scenarios. Therefore, it’s important to characterize diversity units at this level, and also understand its ecological responses to climatic forcings. We have chosen an endemic rodent from a highly endangered area as a model to look for cryptic distributional responses below the species level: Phyllotis darwini in the central Chile biodiversity hotspot. This area harbors a high amount of endemic species, and it’s known to have experienced vegetational displacements between two mountain systems during and after the Last Glacial Maximum. We’ve implemented an approach which integrates phylogeographic information into species distribution models. Our major findings are that the species is compossed of two major phylogroups: one of them has a broad distribution mainly accros valley but also in mountain ranges, meanwhile the other displays a disjunct distribution across both mountain ranges and always above a 1500 m altitude limit. Lineage distribution model under LGM climatic conditions sugget that both lineages were codistributed in the southern portion of P. darwini’s current geographic range, and mainly at the valley and coast. We’ve concluded that present distribution of lineages in P. darwini is the consequence of this cryptic distributional response to climate change after LGM, with a postglacial colonization with strict altitudinal segregation of both phylogroups.
Causes and consequences of nitrogen limited chronosequences : evidence from the Andean dry puna.
(2014) Alfaro Ayllón, Fernando Daniel; Marquet, P. A. (Pablo A.); Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Ciencias Biológicas
Se ha establecido que en ambientes mésicos el cambio en el contenido de nutrientes durante el desarrollo a largo plazo de los suelos determina los cambios en procesos ecosistémicos tales como la productividad primaria y el reciclaje de nutrientes, así como en la composición y diversidad de plantas y microorganismos del suelo. Por lo tanto, suelos jóvenes limitados por Nitrógeno (N) están dominados por plantas de crecimiento rápido y rápida descomposición, y en estados tardíos de desarrollo el Fósforo (P) se vuelve limitante y las especies cambian a estrés-tolerantes, de crecimiento lento y bajas tasas de descomposición. Sin embargo, estudios recientes en ambientes áridos muestran que la limitación por N domina los procesos ecosistémicos, por lo que la trayectoria de desarrollo de los suelos podría ser significativamente distinta a lo observado en regiones mésicas. En este trabajo se evaluaron las causas y consecuencias del desarrollo de los suelos en ambiente áridos limitados por N y su efecto sobre las comunidades de plantas y microorganismos del suelo a lo largo de tres cronosecuencias de c. 20,000 años con suelos derivados a partir de diferente material parental en la Puna seca de los Andes centrales de Bolivia. Los resultados confirman que el N es limitante a lo largo del gradiente de edad, mientras que el P se mantuvo sin cambios, este patrón se mantuvo independientemente del origen geológico de los suelos de las cronosecuencias.El incremento en la razón N:P durante el desarrollo de los suelos determinó los incrementos en la riqueza de especies, la descomposición y la translocación de nutrientes en plantas que se observaron en las tres cronosecuencias. Las comunidades de bacterias y hongos del suelo mostraron patrones contrastantes; la abundancia de bacterias incrementó con la edad de los suelos, pero la abundancia de hongos declinó a lo largo del desarrollo de los suelos, lo que sugiere un cambio en la dominancia microbiana en relación con el cambio en la disponibilidad de nutrientes a lo largo del gradiente de edad de los suelos. En conjunto estos resultados indican que a diferencia de los ambientes mésicos, en ambientes limitados permanentemente por el agua, la limitación por N retarda el desarrollo de los suelos, y de los componentes bióticos sobre y debajo del suelo, manteniendo así a los ecosistemas en un estado de “juventud” permanente.
Dispersión y conectividad metapoblacional en un sistema de surgencia altamente advectivo: consecuencias de la circulación costera en modelos de alta resolución y recomendaciones para la protección y el manejo
(2022) Faúndez Alvarado, Juan Leonardo; Navarrete C., Sergio; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Ciencias Biológicas. Departamento de Ecología
La dispersión larval es un proceso difícil de cuantificar en el océano y responsable transportar reclutas por largas distancias e intercambiarlos entre subpoblaciones y, por lo tanto, es fundamental en la conceptualización teórica de las metapoblaciones marinas. En especies sésiles, la dispersión es aún más relevante ya que mantiene la conectividad espacial, incidiendo en las tasas demográficas. La estructura de la conectividad tiene consecuencias sobre la persistencia y puede ser aplicadas en la planificación espacial del manejo pesquero. No obstante, la circulación del océano y los atributos biológicos de las larvas son fuente de incertidumbre empírica que impiden conocer la conectividad. El uso de simulaciones hidrodinámicas ha permitido aproximarnos a una conectividad teórica, con algunas limitaciones asociadas a la mesoescala, la cual impiden capturar la circulación que perciben principalmente las especies costeras. El presente estudio cuantifica las ventajas del uso de modelos hidrodinámicos de alta resolución (< 1 km) para determinar la conectividad de especies teóricas pero que cubren un espectro de atributos biológicos semejantes a los encontrados en Chile central (32-34° S). La alta resolución permitió resolver la Coastal Boundary Layer (CBL), una franja de la plataforma interior donde la velocidad de la corriente disminuye hacia costa. El aumento en resolución también permite la aparición de procesos de sub-mesoescala que provocan un aumento de la retención y auto-reclutamiento en larvas de corto período planctónico. Asimismo, se determinaron los sitios que propagan mayores beneficios a la metapoblación en caso de ser protegidos o se aplique algún grado de manejo. La escala espacial permitiría generar recomendaciones de conservación con una mejora sustancial en la resolución espacial de sitios prioritarios para el éxito del reclutamiento y persistencia de poblaciones marinas explotadas.
Distribución potencial y posibles rutas de migración del castor norteamericano (Castor canadensis) en su rango invasivo utilizando el concepto de nicho hutchinsoniano.
(2014) Corcoran Barrios, Derek Andrew; Jaksic Andrade, Fabián; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Ciencias Biológicas
Una de las preguntas más interesantes en ecología, es qué determina el rango de una especie. En este sentido, uno de los conceptos teóricos más útiles para estudiar tanto los límites como la estructura interna del rango de una especie es el Nicho Ecológico. Su concepto se ha visto redefinido en varias oportunidades, sin embargo un punto en común para estas definiciones es la búsqueda de cómo podemos predecir el hábitat de una especie. Recientemente, surge una metodología capaz de predecir el rango de una especie: la modelación de distribución de especies basado en el concepto de nicho Grinelliano. Esta herramienta ha permitido mejorar la forma en que entendemos la distribución de las especies al generar distribuciones potenciales frente a distintos escenarios. Un siguiente paso en el estudio de la estructura interna de la distribución de una especie es la utilización de su adecuación biológica, a través de la generación de modelos a partir de nicho Hutchinsonianos espacialmente explícitos (biótopos). El objetivo general de esta tesis es el modelar el nicho Hutchinsoniano del castor en la isla de Tierra del fuego, caracterizar la estructura de su rango, proyectarlo al continente y utilizar esta información para modelar el rango y rutas de dispersión de la especie para Sudamérica.
Diversidad de los poliplacóforos costeros del Pacífico sureste : desenmascarando un patrón latitudinal inverso de riqueza de especies
(2020) Navarrete Zañartu, Arturo Hernán; Ojeda Rossi, Federico Patricio; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Ciencias Biológicas
El conocimiento actual de los patrones de diversidad biológica se basa principalmente en la evaluación de la riqueza de especies a distintas escalas. Es reconocido ampliamente que esta medida de diversidad no se distribuye al azar, donde el patrón más recurrente y documentado a escala global es el marcado aumento de riqueza de especies hacia menores latitudes (i.e. hacia los trópicos). El reconocimiento de este patrón, tanto en especies terrestres como marinas, ha motivado la formulación hipótesis que proponen mecanismos causales tras esta estructuración espacial de la diversidad, donde puede estar asociada a gradientes en las condiciones físicoambientales y/o a características o restricciones propias de los organismos. Sin embargo desde ya hace un par de décadas se reconoce la necesidad de cambiar el foco tradicional del estudio de los patrones de riqueza de especies, resaltando la importancia de utilizar medidas de diversidad complementarias en la búsqueda de los procesos que determinan tales patrones. A pesar que el patrón de aumento del número de especies hacia los trópicos es ampliamente reconocido, existen zonas como la costa del Pacífico sureste donde una cantidad inusual de taxa, tanto de algas como de animales, se desvían del patrón general, lo que sugiere la complejidad de los procesos que determina los patrones de diversidad. Dentro de estos taxa destacan los poliplacóforos, los que presentan un patrón de riqueza de especies inverso de aumento con la latitud, y el cual se explicaría por condiciones ambientales como la extensión de la plataforma continental, o los avances y retrocesos glaciares que han afectado principalmente a la zona sur desde el Eoceno, favoreciendo la diversificación de los moluscos en esta zona. Esta tesis tuvo como objetivo buscar los mecanismos tras la conformación del patrón de riqueza registrado para los poliplacóforos de la costa del Pacífico Sureste. Para esto se recopiló información de literatura, se revisó ejemplares de colecciones biológicas y se colecto individuos en terreno entre los años 2011 a 2016. Con los datos obtenidos se reevaluó el patrón de riqueza de especies y su asociación con variables ambientales como el oxígeno, disuelto, la temperatura, el pH., entre otras. Además se determinó la diversidad morfológica y filogenética de los poliplacóforos en el gradiente latitudinal, evaluando su asociación en la búsqueda de los procesos tras la conformación de los patrones de diversidad de este grupo. El primer resultado muestra que al graficar nuestros datos obtenidos desde la literatura se confirma el patrón previamente descrito de aumento de la riqueza con la latitud. Sin embargo, al analizar los datos obtenidos desde colecciones biológicas y muestro directo observamos que el patrón de los poliplacóforos registra máximos a latitudes intermedias. El patrón de riqueza de especies se relacionó con la concentración de oxígeno disuelto, mientras que la diversidad morfológica se relacionó con el rango del oxígeno disuelto y con los niveles de pH. De forma similar, la diversidad morfológica se relacionó positivamente con la diversidad filogenética, destacando la importancia de los procesos histórico-evolutivos en la conformación del patrón de diversidad morfológica de los poliplacóforos en el Pacífico sureste. Este trabajo de tesis aporta al conocimiento del poco estudiado grupo de los poliplacóforos en el Pacífico sureste, re-describiendo el patrón de riqueza de especies y señalando la importancia de los procesos histórico-evolutivos en su conformación. Además, reconoce que variables ambientales como el oxígeno disuelto y el pH se relacionan con la diversidad de este grupo, y por lo cual podrían ser de gran relevancia en el escenario actual de cambo global acelerado, y que pronostica variaciones importantes en estos parámetros ambientales en la costa del Pacífico sureste. En términos biogeográficos, este trabajo actualiza la distribución de los poliplacóforos, sumándose a los patrones ya descritos para organismos marinos del Pacífico sureste, zona de alto interés biogeográfico por la particular configuración que permite evaluar el gradiente latitudinal, y por ser reconocida como una zona con una cantidad inusual de organismos marinos que no presentan el patrón clásico global de aumento de especies hacia el Ecuador.
Ecological and evolutionary responses of Chinchilla Rats (Family Abrocomidae) to past environmental changes in the Central Andes
(2022) González Pinilla, Francisco; Palma Vásquez, Ramón Eduardo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Ciencias Biológicas
El siglo XXI trae consigo uno de los desafíos más críticos para ecólogos y biólogos de la conservación: predecir y mitigar futuras amenazas a la biodiversidad resultantes del cambio global inducido por actividades humanas. En la última década se ha sugerido que la elaboración de estrategias de conservación debería centrarse en el estudio del registro paleontológico y de paleoregistros para entender cómo la biota ha respondido a cambios ambientales del pasado que ocurrieron a diferentes escalas temporales. Sin embargo, esta frontera reciente entre paleoecología, biología de la conservación, y ciencias de la Tierra, es relativamente nueva y muy pocos estudios han integrado estas disciplinas. Las ratas chinchilla, roedores hystricognatos de la familia Abrocomidae endémicos a América del Sur, ofrecen un modelo de estudio potencial para explorar respuestas micro- y macroevolutivas de la biota a cambios ambientales pasados a escalas geológicas y mileniales cerrando la brecha entre múltiples áreas de investigación. Dos atributos de interés particular de este grupo incluyen: primero, que sus especies están distribuidas principalmente en los Andes centrales, un área donde cambios geológicos, climáticos, y ecológicos del pasado están bien documentados. Segundo, especies que habitan ambientes áridos en esta región crean depósitos orgánicos (madrigueras fósiles o paleomadrigueras) las cuales pueden permanecer inalteradas por milenios y que han sido ampliamente utilizadas estudios paleoclimáticos y paleoecológicos. El objetivo principal de esta tesis doctoral fue entender cómo procesos ecológicos y evolutivos influyeron en respuestas de las ratas chinchilla a cambios ambientales pasados en los Andes centrales usando métodos de la Biología Evolutiva y la Paleoecología. Las preguntas centrales en este trabajo fueron: ¿Cómo los cambios climáticos geológicos y mileniales en los Andes centrales influyeron en la diversidad y distribución de las ratas chinchilla? ¿Cómo estas respuestas se pueden asociar a procesos micro- y macroevolutivos? A partir de secuencias de ADN de un gen mitocondrial y dos genes nucleares, primero evalúo la sistemática molecular de Abrocomidae. Reconstrucciones filogenéticas mediante métodos de Máxima Verosimilitud e Inferencia Bayesiana recuperan tres clados principales, los cuales se diferencian marcadamente en hábitat, morfología, y genética. Análisis moleculares adicionales sugieren que estos grupos podrían corresponder a diferentes géneros. Luego, utilizando métodos de coalescencia de múltiples especies e información del registro paleontológico, presento una filogenia de especies calibrada en el tiempo. Desde aquí estimo que las especies actuales de Abrocomidae se originaron durante el Mioceno medio y tardío (13 – 7 Millones de años). La divergencia de los tres clados previamente mencionados fue coetánea a la orogenia Andina y la mayor parte de la diversificación parece haber sido generada mediante especiación ecológica por adaptación a ambientes de condiciones contrastantes. Ningún episodio de diversificación ocurrió durante las edades de hielo del Cuaternario. Mediante el uso de fecas de Abrocoma cinerea obtenidas desde madrigueras modernas y fósiles colectadas en el Desierto de Atacama central posteriormente presento una reconstrucción de cómo esta especie respondió a la variabilidad hidroclimática del pasado. Estudios previos en otro grupo de roedores han indicado que el diámetro de las fecas proporciona una estimación del tamaño corporal. Sin embargo, debido a limitaciones para capturar individuos vivos, esta relación no pudo ser confirmada en A. cinerea y por lo tanto el foco se centra en la relación entre el tamaño moderno de las fecas y la precipitación a lo largo de un gradiente latitudinal. La consiguiente correlación permitió la reconstrucción de la variabilidad de las precipitaciones en el Desierto de Atacama central en los últimos 16.000 años a partir de fecas obtenidas en madrigueras fósiles. La comparación de estos episodios pluviales a otros registros paleoclimáticos regionales y extra-regionales permitió identificar forzamientos inter-hemisféricos cruciales para proyecciones de la futura disponibilidad de agua en esta región. Este estudio además sugiere una relación entre cambios fenotípicos del tamaño corporal en A. cinerea en respuesta a cambios en la precipitación, lo cuales pueden incluso ocurrir en un marco temporal de siglos. Las estrategias de conservación bajo el cambio climático en curso en el siglo XXI, pueden ser mejoradas fuertemente al incluir un punto de vista retrospectivo de largo plazo. El uso de información de paleoregistros, secuencias de ADN, o modelamientos computarizados por sí solos limita la identificación del rango de procesos por los cuales las especies resistieron a cambios ambientales pasados. A pesar de las dificultades en capturar individuos vivos, las ratas chinchilla efectivamente proporcionan un sistema único de estudio que facilita la integración entre la Biología Evolutiva y la Paleoecología. A partir de su biogeografía histórica y de análisis en paleomadrigueras, este grupo responde de manera diferencial a cambios ambientales de acuerdo a la naturaleza y la extensión temporal de los eventos. La orogenia de los Andes centrales entre el Mioceno medio a tardío promovió divergencia la cual no sólo definió la diversidad actual de ratas chinchilla, sino que también su distribución en las provincias biogeográficas donde se encuentran actualmente. Por el contrario, las oscilaciones climáticas del Cuaternario parecen sólo haber fomentado efectos al nivel de poblaciones, identificados como divergencia intraespecífica y posiblemente por cambios en el tamaño corporal. Limitaciones en la captura de individuos pueden ser sorteadas con trabajos en terreno más largos y más intensos o mediante el uso de especímenes almacenados en colecciones naturales. La contribución de esta tesis doctoral reside en mostrar que la integración de estas dos disciplinas amplía nuestra perspectiva sobre cómo las especies han respondido a cambios ambientales pasados a través de su historia de vida. Se espera que este trabajo motive investigación adicional en otros taxa para propósitos de conservación futura bajo un marco de trabajo multidisciplinario similar. Los estudios en ratas chinchilla aquí presentados proporcionan un punto de partida, y espero así también establecer las bases para futuros estudios, particularmente aquellos involucrando paleogenómica en madrigueras fósiles de Abrocoma. Estos estudios deberían ir más allá de la caracterización genética de ecosistemas pasados y apuntar a entender la evolución del genoma bajo oscilaciones climáticas rápidas y de corto plazo del Cuaternario.
Eficiencia de redes de áreas protegidas para abarcar diversidad y persistencia poblacional de invertebrados marinos: un contraste entre sistemas tropicales y temperados
(2024) Zucconi Ramírez, Mauro Giovanni; Navarrete Campos, Sergio Andrés; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Ciencias Biológicas
Como resultado de la sobreexplotación de recursos, los ecosistemas marinos se encuentran en unestado de deterioro evidente. Ejemplo de esto son reducciones de cobertura de bosques de manglar,disminución o pérdida de los stocks pesqueros, pérdidas de cobertura de arrecifes de coral, entreotros. Con el objetivo de mitigar este impacto, se propone la implementación de sistemas de ÁreasMarinas Protegidas. Estas representan sitios destinados para proteger los recursos naturales. Sinembargo, diversos estudios señalan que la mayoría las áreas asociadas a estos sistemas no seencuentran suficientemente conectadas entre si, lo que disminuye su capacidad para conservar ladiversidad biológica y deja de lado los mecanismos asociados a la persistencia de las poblaciones.Estas fallas son especialmente relevantes las regiones Pacífica Oriental Tropical y Pacífica SurOriental debido principalmente a que (1) muchas de las especies de invertebrados marinos estánestructuradas en subpoblaciones que dependen totalmente de la conectividad para persistir y (2)objetivos de conservación de gran importancia como especies endémicas, presencia de especies rarasy zonas de alta productividad, son pobremente representadas por el actual sistema de reservas.Debido a esta problemática, se propone evaluar la eficiencia de los sistemas de Áreas MarinasProtegidas implementados en las regiones Pacífica Oriental Tropical, Pacífica Sur Oriental, Pacífica Chilena Sur y Pacífica Chilena Magallánica para abarcar objetivos conservación asociados a diversidad y persistencia poblacional y generar distintosescenarios de optimización que incluyan, además de los objetivos anteriormente mencionados,dinámicas de conectividad poblacional entre las áreas marinas protegidas implementadas en las ecoregiones nombradas anteriormente.
Especialización en micorrizas: factores ecológicos e implicancias macroevolutivas
(2019) Mujica Pérez de Castro, María Isabel; Pérez Trautmann, María Fernanda; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Ciencias Biológicas
El mutualismo ha tenido un papel central en la ecología y evolución de la biodiversidad. Esta interacción se caracteriza por presentar una gran variación en el nivel de especialización, que, debido a sus potenciales efectos a escala evolutiva y ecológica, es de gran interés para biólogos evolutivos y ecólogos. La especialización podría ser favorable si resulta en una mayor eficiencia en el intercambio de recursos y/o servicios, pero al mismo tiempo podría implicar una menor capacidad de interactuar con otras especies y así persistir frente a cambios ambientales, llevando a los linajes especialistas a un “callejón sin salida” evolutivo. Pese a sus posibles desventajas, existen numerosos casos de especialización en la naturaleza, lo que sugiere que, bajo ciertas condiciones ecológicas, la especialización podría ser ventajosa o neutral. Para entender cuáles son las implicancias evolutivas de la especialización y a una escala ecológica, cuáles son aquellos factores que promueven la especialización, en esta tesis se estudió la especialización en las micorrizas, una asociación entre plantas y hongos del suelo que está presente en la mayoría de las plantas terrestres y presenta una gran variación en el nivel de especialización. De esta manera, en esta tesis se abordaron las siguientes preguntas (1) ¿Qué efecto tiene la especialización micorrícica sobre las tasas de diversificación de las plantas? (2) ¿Qué factores ambientales promueven la especialización micorrícica? Para responder la primera pregunta, el enfoque se centró en la historia evolutiva de las micorrizas, estudiando los cuatro tipos de micorriza a lo largo de la evolución de las plantas. Con esto, se evaluó la relación entre la diversidad de tipos de micorrizas y las tasas de diversificación de las familias de plantas con semillas, demostrándose que una mayor diversidad de tipos de micorrizas se relaciona con mayores tasas de diversificación. Estos resultados apoyan la hipótesis de la especialización como una estrategia desfavorable a escala evolutiva y corroboran la importancia de las asociaciones micorrícicas en la evolución de las plantas. Para la segunda pregunta, en cambio, nos centramos en un tipo particular de micorrizas, las micorrizas de orquídeas, donde se estudió el papel de los factores ambientales, específicamente los nutrientes del suelo, en la especialización micorrícica. Utilizando una especie de orquídea endémica de Chile, Bipinnula fimbriata, se evaluó (1) el efecto de la disponibilidad de nutrientes en la comunidad de hongos asociados a plantas adultas de B. fimbriata en una población natural y (2) el efecto de los nutrientes en el inicio de la asociación simbiótica, que ocurre en el encuentro del hongo micorrícico con la semilla de la orquídea. Ambos estudios mostraron que los nutrientes tienen un papel clave en las asociaciones micorrícicas de B. fimbriata, tanto en plantas adultas como en la etapa de la germinación, mostrando además que en plantas adultas los nutrientes pueden afectar indirectamente a toda la comunidad de hongos asociados (incluidos hongos micorrícicos y no micorrícicos). Los resultados sugieren además que el efecto de los nutrientes en la especialización micorrícica depende de la escala espacial, en el caso de poblaciones naturales, y de la identidad del hongo involucrado, en el caso de la germinación simbiótica. Esta tesis aporta con nuevos conocimientos sobre la interacción entre orquídeas y hongos, abre numerosas preguntas para futuras investigaciones y contribuye a la comprensión de la importancia de la asociación con hongos en la estructuración de las comunidades y la evolución de las plantas.
Evaluation of the domestication syndrome in populations of Zea mays tarapaqueños from the hyper-arid core of the Atacama Desert, northern Chile
(2021) Vidal Elgueta, Alejandra Isabel; Pérez Trautmann, María Fernanda; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Ciencias Biológicas
La evolución del maíz (Zea mays L.) es altamente controversial dadas los complejos cambiosfenotípicos y genéticos sufridos por la especie, la incidencia de los grupos humanos y lostiempos en que se producen estos cambios. Adicionalmente, las etapas de los procesos dedomesticación son difíciles de evaluar frente a la ausencia de registros antiguos y/o fósilesde plantas domésticas, recurriéndose a análogos modernos. La presencia de restosarqueológicos de maíz en aldeas arqueológicas de Tarapacá, Desierto de Atacama, provee deuna oportunidad única para estudiar la evolución del cultivo, abarcando una secuenciatemporal de al menos 2000 años. Algunos de los cambios reportados para el maíztarapaqueño incluyen el aumento paulatino de los tamaños de marlos y granos en la secuenciacultural de la zona y una baja diversidad genética asociada a un posible cuello de botella. Sinembargo, queda por establecer si estos cambios responden a una selección artificial, apresiones ambientales, o a la introducción de nuevas variedades e hibridación. Asimismo, serequiere conocer la concomitancia de estos procesos con los desarrollos humanostarapaqueños prehispánicos Por otro lado, se ha reportado la disminución en la capacidad delos cultivos modernos para fijar nutrientes minerales como Fe, Zn, Mg y Cu, teniendo comoresultado una disminución en la calidad de los cereales a nivel mundial. El aspecto más críticoes la disminución de Fe en aproximadamente un 19% en el maíz moderno. Esta modificación,a pesar de su relevancia, no ha sido evaluada en agriculturas preindustriales. Otro aspecto desconocido son las condiciones ecológicos y uso del agua de estos cultivos. Este elementoes crítico en sistemas áridos y su acceso o limitación nos permite aproximarnos a loscomplejos cambios sociales y culturales de las sociedades tarapaqueñas. De acuerdo a loanterior, el objetivo de esta investigación era evaluar el Síndrome de Domesticación enmaíces antiguos del Desierto de Atacama, mediante el análisis y comparación de maícesarqueológicos (ca. 2500 a 300 AP). Con ello queríamos responder a las siguientes preguntas:1) ¿Cuáles son los cambios de fenotipo producidos y/o concomitantes a una manipulaciónantrópica para el maíz tarapaqueño?, 2) ¿Cuáles fueron los marcos agroecológicos para elestablecimiento de una agricultura del desierto?.Para lo anterior, realizamos análisis cualitativos y cuantitativos sobre ciertos rasgos demuestras arqueológicas de maíces, evaluación del contenido químico e histología de semillas,datación radiocarbónica de maíces arqueológicos y análisis de δ18O isótopicos de mazorcasy granos.Los resultados obtenidos establecen la presencia de maíz en la región con fechas que loretrotraen al 400 AC en la zona sur de Tarapacá, mientras que de la zona norte encuentra undesarrollo más tardío de la agricultura maicera. El set de fechados obtenidos se ancla a unaserie de cambios fenotípicos de variedad, tamaño y forma de los maíces que se establecieronen la agricultura tarapaqueña. Respecto a los cambios químicos se estableció una sistemáticadisminución de Fe a lo largo de las secuencia cultural y agrícola en los maíces, tanto en ladistribución de Fe a nivel intercelular y en su cuantificación. Finalmente, se reportan losvalores de δ 18O para maíces prehispánicos, los cuales muestran un enriquecimiento de los maíces irrigados por sistemas superficiales en la conducción de aguas, así como tambiénposibles diferencias en la fuentes agua.
Factores que favorecen y/o restringen la adaptación local en el huiro gigante Macrocystis Pyrifera
(2023) Solas, Maribel; Faugeron, Sylvain Wielfrid; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Ciencias Biológicas
Comprender el alcance de la adaptación local en macroalgas es esencial para estrategias de restauración y cultivo de especies, porque afecta a individuos utilizados como reproductores o trasplantes. Investigamos las consecuencias de la adaptación local en una especie de kelp, comparando combinaciones locales y no locales de poblaciones, siguiendo un criterio de metapoblación, para evaluar además la importancia relativa de otros procesos evolutivos distintos a la adaptación local. Detectamos un patrón significativo de adaptación local en la fase esporofítica. Detectamos que los límites de tolerancia ecológica pueden afectar negativamente el desempeño de los individuos en ciertas regiones extremas, ya que además pueden sufrir más los efectos de endogamia, lo que afecta el desempeño de los individuos incluso en condiciones óptimas. Esperábamos restricciones entre individuos muy relacionados genéticamente para evitar depresión por endogamia y restricciones entre individuos de poblaciones más distantes para evitar depresión por exogamia. No obstante, los resultados muestran un efecto significativo en la reproducción de los gametofitos femeninos en presencia de machos emparentados. Así como un éxito reproductivo reducido en poblaciones de latitudes altas. En contraste, las poblaciones de bajas latitudes favorecieron cruces híbridos. Esto sugiere un cambio entre depresión por exogamia y vigor híbrido en diferentes hábitats. La ola de calor afectó a los esporofitos en todas las regiones, exceptuando los cruzamientos peruanos. Esto indica que estas poblaciones contienen recursos genéticos esenciales para acciones futuras frente al cambio climático.
Functional traits, hydric status, and drought resistance in southern South America temperate forest trees
(2025) Castro Marambio, Benjamín Patricio; Armesto, Juan J.; Pérez Trautmann, María Fernanda; Oliveira, Rafael S.; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Ciencias Biológicas
Los bosques son ecosistemas terrestres primarios. Albergan la mayor parte de la diversidad biológica terrestre y participan estrechamente en los ciclos biogeoquímicos. Los dos ciclos más notables son los ciclos del carbono y del agua. Los bosques también interactúan con la atmósfera y desarrollan retroalimentación entre ellos. Son importantes para la vida humana y el mayor interés es el oxígeno que se obtiene intercambiándolo por dióxido de carbono. A medida que aumenta el conocimiento humano, hemos comenzado a comprender la dinámica del clima. Por ejemplo, los ciclos largos y cortos son variaciones de escala local a regional. Entendemos que el clima cambia con el tiempo. Sin embargo, los grandes beneficios de la entrega forestal y las actividades humanas han amenazado estos ecosistemas a través de la deforestación, la fragmentación y la quema de hidrocarburos. Las consecuencias del cambio global incluyen variaciones rápidas en el clima local. Durante las últimas décadas se han realizado diversos estudios sobre la disminución de las precipitaciones, el aumento de la temperatura y las sequías que afectan a los ecosistemas y los bosques. Por lo tanto, comprender la capacidad de los bosques, en particular la competencia de los árboles para aclimatarse, adaptarse y persistir en nuevas condiciones ambientales, es una preocupación importante para su propia conservación, pero también para toda la diversidad biológica que depende de ellos, la humana entre ellas. a ellos. El sur de Sudamérica posee un bosque único, aislado, diverso y altamente endémico, que es parte esencial de los procesos discutidos anteriormente para la región. Los modelos climáticos globales y locales coinciden en la disminución de las precipitaciones y el aumento de la temperatura durante el siguiente período en el sur de Sudamérica. Datos empíricos recientes han demostrado estos efectos en los ecosistemas del sur de América del Sur. Así, poco se sabe sobre la ecología fisiológica de estos bosques, su capacidad para aclimatarse en plazos más cortos, resistir en el medio y adaptarse en plazos más largos a los nuevos climas que se han pronosticado para esta zona del sur de América. Para comprender mejor las respuestas de los árboles forestales a la menor disponibilidad de agua en el sur de América del Sur, el presente trabajo utiliza en primer lugar el marco del “espectro económico rápido-lento” para revisar críticamente la literatura disponible sobre los bosques del sur de América del Sur y sus especies de árboles. Al examinar los rasgos anatómicos y fisiológicos, enmarcamos los bosques y las especies de árboles del sur de América del Sur como comportamientos rápido-lento y resistentes-evitantes, dilucidando su capacidad para utilizar el agua y hacer frente a su déficit. Analizamos rasgos económicos, como la fotosíntesis y el incremento del xilema, y rasgos hidráulicos, como el potencial hídrico al 50% de la pérdida de conductancia hidráulica. Incluimos un análisis de las sequías del último siglo en esta región. También estudiamos el potencial de aclimatación a los déficits hídricos en especies del sotobosque de bosques laurófilos templados fríos. Para ello, aprovechamos un experimento de exclusión de caída ubicado en el archipiélago de Chiloé (42 LS, 73 LW). Las especies de árboles han estado sujetas a exclusión de precipitaciones medias durante más de cinco años, cuando se eliminó > 20% de la precipitación incidente. Seleccionamos ocho especies tolerantes a la sombra que actualmente forman parte del sotobosque. Estas especies longevas son los árboles dominantes en las sucesiones tardías de este bosque. Evaluamos rasgos foliares anatómicos y fisiológicos en más de 90 individuos para evaluar si las especies fueron capaces de modificar y/o aclimatar las hojas a una disponibilidad reducida de agua. Nuestra hipótesis es que las especies y/o rasgos se aclimatarían para conservar agua en comparación con los individuos de referencia, como lo han demostrado otros experimentos de exclusión en otros ecosistemas forestales. Exploramos diferencias en los rasgos del estado hídrico (potencial osmótico, punto de pérdida de turgencia, contenido relativo de agua y potencial hídrico operativo), rasgos económicos (nitrógeno, carbono y área de masa foliar) y rasgos anatómicos/de intercambio de gases (δ13C y densidad estomática). Utilizando el marco del “espectro económico rápido-lento” para analizar los bosques y especies arbóreas del sur de América del Sur, encontramos tres resultados importantes: a) la mayoría de las especies de árboles parecen tener una alta variabilidad a nivel poblacional para soportar posibles déficits hídricos, b) Los tipos de bosques de América del Sur parecen tener especies que ocupan los diferentes nichos hidrológicos, encontrándose especies rápidas y lentas en todos los ecosistemas, y c) parece ser que los bosques del sur de América del Sur pueden no ser tan sensibles a la escasez de agua como se ha pensado. Entendimos que las sequías empezaron primero en el suroeste de Argentina hace más de un siglo, luego afectó al centro de Chile y más recientemente al sur de Chile. Esta progresión confirma un aumento en la frecuencia y la extensión de tales eventos en el sur de Sudamérica en las últimas décadas. Esta revisión ayudó a comprender el nicho hidrológico de las especies y, en consecuencia, sus reacciones ante los déficits hídricos. Aunque existe un conocimiento limitado sobre la ecofisiología de los árboles del sur de Sudamérica, terminamos con pistas importantes sobre estos bosques. En nuestra evaluación foliar de las especies en el experimento de exclusión de precipitación, no encontramos evidencia que respalde nuestra hipótesis de que los árboles se aclimatan a los déficits hídricos para mantener su estado hídrico como individuos de referencia. La mayoría de los valores de los rasgos fueron similares entre los tratamientos, pero otros parecían estar en contra de la aclimatación a los déficits hídricos. Por el contrario, los rasgos y las especies parecen convertirse en gastadores en lugar de conservadores, como se planteó en primer lugar la hipótesis. De hecho, encontramos diferencias estadísticas significativas entre tratamientos, especies y rasgos, lo que respalda la última afirmación. A pesar de la existencia de varios experimentos de exclusión de lluvia en diversos bosques de todo el mundo, ninguno ha mostrado resultados similares a los del presente estudio. Argumentamos que las condiciones ambientales del bosque laurófilo templado frío de Chiloé son muy distintivas, con altas precipitaciones y bajas temperaturas promedio. Por lo tanto, las precipitaciones excluidas fueron demasiado bajas para comprometer el uso del agua en esta especie. Además, los suelos de Chiloé se caracterizaban por su encharcamiento durante todo el año. En consecuencia, la extracción de agua en este ecosistema puede ser beneficiosa para los árboles, aliviando las limitaciones de oxígeno del suelo que estos individuos pueden experimentar. Concluimos que, en este caso, contrariamente a hallazgos anteriores, las reducciones en el aporte de agua no son necesariamente lineales con la aclimatación de las especies de árboles.
Gloeocapsopsis AAB1, a Cyanobacterium highly tolerant to desiccation isolated from the Atacama desert.
(2013) Azúa Bustos, Armando; Vicuña, Rafael; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Ciencias Biológicas
El acabado estudio de los microorganismos que han evolucionado en el Desierto de Atacama, el más seco y antiguo del mundo, permitirían entender el rol clave del agua para la vida en general. Para aproximarse a este fin, primero caracterizamos el microambiente que permite la colonización de cuarzos de la Cordillera de la Costa de este desierto por microorganismos hipolíticos. A continuación describimos la composición de la biodiversidad microbiana de estos biofilms, aislando posteriormente una cepa de cianobacteria desde éstos. Basados en análisis morfológicos y filogenéticos, el aislado (AAB1) fue clasificado como un nuevo miembro del género Gloeocapsopsis. Los cambios mostrados por células del aislado AAB1 en condiciones de desecación indicaron que éste es altamente tolerante a esta condición de estrés. Adicionalmente, nuestros resultados indican que el aislado sintetiza sacarosa y trehalosa en respuesta a la desecación. Posteriormente identificamos los dos genes candidatos involucrados en la síntesis de sacarosa (la sacarosa-6-fosfato sintetasa y la sacarosa-6-fosfato fosfatasa).
Historical biogeography, phylogenetic diversity and evolution of body size in pristimantis, the world's most diverse amphibian genus
(2021) Aldemar Alberto, Acevedo Rincón; Palma Vásquez, Ramón Eduardo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Ciencias Biológicas
La historia evolutiva de muchos organismos se relaciona con los progresivos eventos geológicos y climáticos sucedidos a diferentes escalas temporales y espaciales. En la mayoría de los casos, estos eventos han generado la formación de barreras, rutas migratorias y una amplia gama de diferentes climas. Ello, ha favorecido la diversificación de múltiples taxones de flora y fauna, generado patrones cambiantes de riqueza y distribución de especies, e influido en las variaciones de características ecológicas y morfológicas. Entre la vasta historia geológica de la tierra, el Neotrópico constituye la ecozona más rica en especies, donde la multiplicidad de taxones ha estado en continuos procesos de adaptación en conjunto con ambientes altamente dinámicos. Sin embargo, para muchos grupos taxonómicos, los procesos biogeográficos y evolutivos que facilitaron su diversificación espacio-temporal, siguen siendo desconocidos o poco entendidos. Por tanto, la integración entre múltiples factores, desde eventos paleogeográficos, la amplia gama de procesos ecológicos y la incorporación de datos moleculares, puede ayudarnos a responder preguntas relacionadas con los procesos que llevaron a la diversificación de especies, los patrones de distribución actuales y cambios en la dinámica evolutiva de diferentes taxones. En este contexto, utilicé como modelo de estudio las ranas del género Pristimantis, que entre otras cualidades se caracterizan por presentar un desarrollo directo, y por ser el género más diverso de todos los vertebrados, con alrededor de 600 especies conocidas. Este género es un grupo excelente para estudiar variaciones morfológicas interespecíficas, historia evolutiva y patrones de riqueza de especies, debido a su amplia distribución latitudinal y altitudinal, que abarca desde Centroamérica hasta las áreas andinas y amazónicas, y desde el nivel del mar hasta 4.500 m de altitud. Sin embargo, los estudios sobre este género se han centrado principalmente en contextos taxonómicos, sistemáticos y biogeográficos. Por consiguiente, el objetivo general de esta tesis fue determinar los procesos ecológicos y evolutivos que permitieron la diversificación, composición y variación del tamaño corporal de las especies de Pristimantis (Anura: Strabomantidae) en el Neotrópico. Estos objetivos se abordarán en tres capítulos. En el primero, puse a prueba si la diversificación de especies se ha producido a través de eventos sincrónicos con cambios geológicos en el Neotrópico, lo que habría permitido sucesivos eventos de colonización entre diferentes ecorregiones andinas y de tierras bajas. Combinamos datos publicados de seis genes mitocondriales más dos genes nucleares (RAG1 y Tyr) para 254 especies con datos recién generados para 50 especies de Pristimantis no secuenciadas previamente. El total analizado fue de 304 especies nombradas y candidatas. Nuestros resultados filogenéticos indicaron que este género se originó durante el Mioceno temprano en el noroeste de los Andes. Los patrones biogeográficos actuales habrían ocurrido como resultado de procesos de dispersión y vicarianza, impulsados predominantemente por el ascenso de los Andes. Nuestros hallazgos refuerzan la idea de que la evolución del paisaje al comienzo del Mioceno fue decisiva para aumentar los patrones de colonización del género Pristimantis. Hipotetizamos que Los Andes del norte y la Amazonía en el Mioceno medio, sirvieron como fuentes importantes de dispersión de Pristimantis hacia los Andes centrales, el Bosque Atlántico, los Andes venezolanos, el Escudo Guayanés y la Cordillera Oriental de Colombia. Además, describimos dos nuevas especies del género Pristimantis del margen occidental de la Cordillera Oriental de Colombia. La especie tiene una distribución simpátrica y se encuentra en los bosques tropicales húmedos de la parte baja del Parque Nacional Natural Tamá (PNN Tamá) y su zona de amortiguamiento. Las nuevas especies fueron descritas a partir de comparaciones morfológicas y reconstrucciones filogenéticas.
Impacto antrópico y alteración ecosistémica en Chile central desde los cazadores recolectores hasta la conquista hispana
(2022) Godoy Aguirre, Carolina Soledad; Latorre H., Claudio; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Ciencias Biológicas
La reconstrucción en el largo plazo de los sistemas socio-ecológicos es de vital relevancia en el escenario de cambio global. Sin embargo, hasta ahora pocos estudios han abordado la ecología histórica de Chile central (32oS - 36oS) mediante un enfoque integrador que considere tanto los sistemas sociales como los sistemas ecológicos de manera acoplada en el tiempo. El objetivo general de este trabajo es comprender cómo se relacionan la densidad demográfica y la intensidad y/o magnitud de los impactos antrópicos (deforestación, incendios forestales, cambio en uso de suelos) durante la transición entre los grupos cazadores-recolectores y las sociedades agro-pastoralistas, abarcando los últimos 3000 años. En el caso de las transformaciones antrópicas sobre el paisaje en tiempos prehispánicos, la introducción de especies cultivadas remonta a casi 2250 años en este territorio, siendo su intensificación progresiva y aparentemente acompañada de aumentos poblacionales desde al menos c. 700-1000 EC. Diversos estudios han sugerido que este proceso pudo traducirse en “presiones” sobre los ecosistemas de Chile central (deforestación, incendios forestales, cambio en uso de suelos). Sobre la base de estos antecedentes planteamos que la transición desde una economía cazadora-recolectora a una horticultora/agropastoralista en Chile central, pudo tener efectos en: (H1) una mayor expansión demográfica durante el período de intensificación hortícola, medible a través de la distribución de probabilidades sumadas de fechados arqueológicos. (H2) Incremento en los indicadores de incendios (partículas de macro-carbón vegetal) en las cuencas durante el período de intensificación hortícola/agrícola. (H3) Una alteración generalizada de los ciclos biogeoquímicos de los ecosistemas terrestres durante el período de mayor crecimiento poblacional e intensificación hortícola, medido mediante valores de δ15N, C/N, y δ13C en el registro sedimentario lacustre. Nuestros resultados muestran una primera e inesperada aceleración de las tasas de crecimiento per cápita previo al establecimiento de la horticultura en la región (c. 700 - 300 AEC). Esta primera expansión está asociada a cambios en las estrategias de movilidad, introducción extremadamente incipiente de primeros cultivos, e innovaciones como la construcción de grandes estructuras de molienda colectiva. Los usos del paisaje son diversos y gran parte de la población se habría ubicado en costas y zonas montañosas. Las dos siguientes aceleraciones (c. 500 CE - 900 CE y 1200 - 1400 CE) ocurren en momentos donde el tamaño poblacional es evidentemente mayor, y se asocian al período de intensificación hortícola/agrícola en la región con una mayor ocupación en los valles. Además, detectamos tres momentos de desaceleración en las tasas de crecimiento per cápita: a comienzos del Período Alfarero Temprano (300 AEC - 500 EC), entre 900 - 1200 EC, y durante el Período Tardío (1400 EC), donde discutimos los aspectos económicos, sociales, ambientales y “arqueo-demográficos” asociados a estos períodos. En el Capítulo II, a partir del registro sedimentario de Lago Vichuquén (34oS) describimos un importante acoplamiento entre la variabilidad climática, el paulatino crecimiento poblacional y un régimen de incendios de alta frecuencia y magnitudes medias-bajas entre 1050 AEC y 750/1000 EC. Interpretamos un manejo controlado y poco severo del paisaje vegetal en momentos previos a la intensificación hortícola en la región. Además, identificamos posibles aperturas controladas del paisaje arbóreo denso, ligado a incipientes evidencias de fitolitos de cf. Zea mays entre c. 50 AEC - 270 EC en el registro sedimentario lacustre. Posterior a 750/950 CE argumentamos que la confluencia entre cambios en la variabilidad climática interanual y el evidente incremento del tamaño poblacional podrían relacionarse con un cambio de régimen en los sistemas socio-ecológicos acoplados. Durante esta transición habría retroalimentaciones entre una probable complejización de la estructura hortícola, aceleración poblacional (cooperación), cambios en la estructura vegetacional, mayor erosión de la cuenca y un mayor control de los incendios de baja frecuencia-magnitud sobre un paisaje vegetal previamente despejado. Mostramos que los siguientes períodos de evidente intensificación agrícola/pastoralista y mayor carga poblacional no se tradujeron en aumento en los incendios de la región, como lo ejemplifica nuestro registro durante la transición Inka-Colonial (c. 1450-1550 EC). Sin embargo, diversos proxies sugieren el aumento de procesos de erosión de la cuenca de Vichuquén, y cambios importantes en los ciclos biogeoquímicos durante este período, iniciándose además una desconexión drástica del sotobosque post 1550 CE. Interpretamos estas trasformaciones como la interacción de estas nuevas construcciones de nicho cultural y una marcada pausa en la variabilidad climática detectada entre c. 1300 - 1500 CE. La frecuencia de incendios aumenta sostenidamente desde el siglo XVII, hasta constituirse en un nuevo régimen de incendios durante el siglo XX, sincrónico al fortalecimiento de la industria de plantaciones exóticas alrededor de 1931 CE. Este nuevo régimen es caracterizado por incendios de media-alta magnitud y culmina en el mayor evento de los últimos 3000 años en nuestro registro (mega-incendio de 2017). Este último y drástico cambio de régimen del sistema socio-ecológico de Chile central sería por lo tanto sólo una breve parte de la ecología histórica de la región, enmascarando múltiples construcciones de nicho cultural y cambios en los sistemas socio-ecológicos acoplados a través de los últimos 3000 años.
Influence of directand 1 indirect effects of fisheries on the foundation species lessonia trabeculata and associated community
(2022) Bularz Aguirre, Bryan; Fernández Bergia, Miriam; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Ciencias Biológicas
La sistemática degradación de los ecosistemas marinos es un fenómeno global que tiene importantes consecuencias, incluyendo perdidas de biodiversidad y alteraciones a la provisión de servicios ecosistémicos. En regiones templadas, el ecosistema submareal costero se encuentra dominado por bosques de macroalgas (comúnmente llamados huiros), cuya abundancia y resiliencia están siendo influenciados por estresores que operan desde la de escala local a la escala regional. La pesca es uno de los principales factores afectando la abundancia y persistencia de los ecosistemas marinos. Su efecto puede ser directo, determinando la abundancia y distribución de tallas de las especies explotadas (y fauna acompañante) pero también de manera indirecta influenciando las interacciones entre especies. Un claro ejemplo de ecosistemas sujetos a efectos directos e indirectos de la pesca son los bosques de macroalgas pardas del sistema de corriente de Humboldt, donde se explotan una serie de peces e invertebrados que habitan estos bosques, pero a su vez, los bosques están siendo degradados por la extracción de los individuos que lo componen, actividad comúnmente denominada como barreteo. No obstante, hay un limitado conocimiento respecto a las consecuencias de las pesquerías artesanales sobre este valioso ecosistema, lo cual limita la capacidad de realizar esfuerzos de manejo y de conservación que sean efectivos. Esta tesis aborda las consecuencias directas e indirectas de la pesca artesanal sobre los bosques de Lessonia trabeculata y la comunidad bentónica asociada. Las consecuencias directas de la pesquería artesanal submareal de Lessonia trabeculata a nivel comunitario fue evaluado a través de un experimento de aproximadamente 2 años. En este esfuerzo se evaluaron (a) los cambios en la densidad de adultos y juveniles de Lessonia trabeculata como consecuencia del barreteo; (b) el impacto que tiene la remoción de macroalgas sobre ensambles de peces, de macroinvertebrados y especies sésiles del subdosel; y (c) cambios preguntas por resolver, particularmente en relación a comprender las velocidades y mecanismos de recuperación de estos bosques submareales a la escala en la cual opera la pesquería. Adicionalmente, se evaluó la influencia de los cambios en los bosques de Lessonia trabeculata, mediados por efectos directos e indirectos de las pesquerías, sobre los patrones de reclutamiento de las especies bentónicas. Las pesquerías pueden afectar el bosque directamente al alterar la densidad del mismo, o indirectamente, al remover depredadores tope y alterando así interacciones tróficas y últimamente afectando la intensidad de la herbivoría sobre los individuos que componen el bosque, la morfología y complejidad del bosque. Los estudios se enfocaron en (a) los efectos directos del barreteo y (b) los efectos indirectos de pesquerías artesanales sobre la morfología y complejidad del bosque analizando sus consecuencias en el patron de reclutamiento de especies bentónicas en Chile central. Para evaluar el impacto directo de la pesca de Lessonia trabeculata se comparó el reclutamiento de especies bentónicas en parches barreteados y control, utilizando el diseño del experimento previamente descrito. No obstante, el efecto del barreteo no siempre será la remoción casi total del bosque, sino que también puede ocurrir una reducción de la densidad de individuos en el bosque. La reducción de la densidad del bosque podría esperarse porque la regulación pesquera recomienda la extracción de huiro por medio. Por lo tanto, el segundo objetivo fue evaluar el patron de reclutamiento (ensamble de reclutas y tasa de reclutamiento) de especies bentónicas entre tres densidades del bosque: cero, media y alta. Finalmente, se evaluó el efecto indirecto de la pesca sobre el reclutamiento, mediado por cambios en la morfología de las macroalgas. Se ha propuesto que en bosques sujetos a 413 explotación de depredadores tope ocurre un efecto cascada que genera la defoliación de los 414 individuos del bosque por herbivoría, prevaleciendo extensos parches “skeleton”. Se comparó el reclutamiento de especies bentónicas entre parches defoliados (parches donde el bosque no forma un dosel) y parches con un dosel completamente desarrollado. Dado que la reproducción y por ende el reclutamiento de la mayoría de las especies bentónicas es marcadamente estacional en un primer estudio se evaluó todo un ciclo anual completo, evaluando el reclutamiento en cada estación del año (otoño, invierno, primavera y verano). Este determinó la época de mayor reclutamiento y luego los otros dos estudios solo consideraron una estación del año (verano austral) donde la abundancia de reclutas de la mayoría de las especies era mayor. Este set de estudios que evaluó el reclutamiento se enfoca exclusivamente en patrones, como un primer paso para comprender las consecuencias de la pesquería y no pretende investigar los mecanismos que explican el patrón. Para evaluar el reclutamiento se utilizaron unidades estándar de monitoreo denominadas “SMURF” por sus siglas en ingles. Los SMURF luego fueron llevadas a laboratorio y los individuos presentes en los SMURF fueron identificados al nivel taxonómico más bajo posible. El número de individuos identificados para cada taxa capturados en cada SMURF se dividió por el número de días que el SMURF estuvo en el agua para obtener una tasa de reclutamiento diario. Los resultados muestran efectos de (a) remoción de Lessonia trabeculata, (b) la densidad de Lessonia trabeculata y (c) la morfología de Lessonia trabeculata sobre el ensamble de reclutas y sobre la tasa de reclutamiento de las especies más conspicuas. Se identificaron cerca de 50 taxa y a pesar de que los tres estudios se desarrollaron en diferentes sitios a lo largo de la costa de Chile central, y en distintas ventanas temporales, el reclutamiento de algunas especies fue persistentemente más abundante: Eulithidium umbilicata, Pilumnoides perlatus, Taliepus spp., Tetrapygus niger y Semimytilus algosus. Estas especies en conjunto sumaban más del 50% de los reclutas. Los resultados muestran tres patrones generales (a) efecto de los tratamientos sobre los patrones de reclutamiento de especies bentónicas asociadas a los bosques de Lessonia trabeculata que sugieren la influencia de las pesquerías en la complejidad del bosque y (b) que las condiciones locales interfieren en la tasa de reclutamiento de estas especies. Los resultados sugieren la necesidad de adoptar un manejo pesquero de los bosques de Lessonia trabeculata que considere los impactos ecosistémicos de las diferentes pesquerías, con el objeto de poder realizar estrategias de manejo efectivas que aseguren la protección de estos ecosistemas costeros.
Los antocerotes tuberosos de Chile Central y sus simbiontes cianobacteriales
(2024) Venegas Inostroza, Nicolás Ignacio; Pérez Trautmann, María Fernanda; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Ciencias Biológicas
Las interacciones mutualistas con microorganismos han sido fundamentales en la historia evolutiva de las plantas terrestres, las que han promovido la diversificación de los grandes linajes de plantas. Estas interacciones han resultado en una diversidad de patrones de especialización. Los briófitos son un grupo de plantas terrestres altamente derivadas, que incluye a los antocerotes, una división que interactúa ubicuamente con simbiontes cianobacteriales (cianobiontes) del género Nostoc, capaces de fijar nitrógeno. Los estudios previos sobre especialización de estas interacciones han abarcado una baja diversidad de antocerotes, ninguno de los cuales transmite verticalmente los cianobiontes. En este trabajo nos centramos en los antocerotes tuberosos de Chile central. Phaeoceros carolinianus y Phaeoceros microsporus forman tubérculos de manera facultativa y se distribuyen ampliamente, mientras que la tercera especie, Paraphymatoceros diadematus, forma tubérculos constitutivamente, aloja cianobiontes al interior de los tubérculos y es endémica de Chile central ¿Existe algún grado de especialización entre P. diadematus y sus cianobiontes? ¿Influye la retención de cianobiontes al interior de los tubérculos en los patrones de diversidad de los cianobiontes? Proponemos que, dado que la especie P. diadematus retiene en los tubérculos cianobiontes con mayor frecuencia que las otras especies de antocerotes tuberosos, la transmisión vertical generará patrones de especialización. Hallamos bajos niveles de especialización por especificidad hacia el subclado 3 de Nostoc, cuya abundancia como cianobionte parece reflejar su abundancia en el suelo. Finalmente exploramos la función ecosistémica de estos antocerotes, la que constituyó una novedosa fuente de fertilidad no considerada previamente en Chile central.
Patrones de diversidad alfa, beta y gama en sistemas insulares.
(2014) Valenzuela Ospina, Leonor Adriana; Marquet, P. A. (Pablo A.); Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Ciencias Biológicas
La ecología de comunidades y la biogeografía buscan entender los procesos que determinan los patrones en la naturaleza, pero generalmente a distintas escalas espaciales y enfatizando diferentes procesos. La ecología de comunidades por lo general se ha centrado en los efectos de los procesos de selección a pequeña escala, mientras que la biogeografía se ha enfocado en los efectos de la dispersión y especiación a gran escala, aunque recientemente han convergido a una escala regional, donde se tienen en cuenta cuatro procesos generales: selección, deriva ecológica, dispersión y especiación. En este sentido, descomponer la diversidad regional (diversidad γ) en sus componentes α, que representa la diversidad local y β, que da cuenta de la variación en la composición de especies, ayuda a entender los vínculos entre las diferentes escalas espaciales y como esta influye en los patrones de diversidad.Los archipiélagos son sistemas relativamente bien estudiados para los cuales existe una considerable base empírica y teórica, están compuestos por unidades discretas (islas), cuantificables, numerosas y variables en tamaño, forma y distancia, lo cual los hace un sistema idóneo para entender cómo interactúan diferentes factores tales como: el tamaño, la heterogeneidad, la configuración espacial, el aislamiento y el pool continental, que dan cuenta de los cuatro procesos ya mencionados. En esta tesis se estudiaron las causas de los patrones de diversidad alfa, beta y gamma en sistemas insulares a dos escalas, intra archipiélagos, es decir entre islas de un mismo archipiélago (capitulo 1) e inter archipiélagos, es decir entre archipiélagos (capitulo 2 y 3). Para esto utilizamos la diversidad de mamíferos terrestres no voladores de 21 archipiélagos (155 islas) ubicados alrededor del mundo.Nuestro estudio muestra que esta nueva aproximación puede ayudar a entender mejor los procesos detrás de las relaciones entre diferentes factores y los componentes de la diversidad. A menor escala, es decir entre islas de un mismo archipiélago (capitulo 1), los factores relacionados con los procesos de selección, como el área, la diversidad de hábitats y el tamaño corporal, tienen un mayor efecto que los relacionados con dispersión (distancia al continente y distancia entre islas), mientras que a mayor escala (entre archipiélagos, capitulo 3), la dispersión cobra mayor relevancia y los patrones de diversidad pueden ser explicados por los efectos conjuntos de los factores relacionados con procesos de dispersión entre las islas, que dependen de la configuración espacial y procesos de selección, relacionados con la heterogeneidad del sistema. A nivel inter-archipiélagos, bajo el modelo de colonización neutral (capítulo 2), los patrones de diversidad se vieron afectados por la tasa de migración, el tamaño y topología de los archipiélagos, lo cual nos indica que los procesos de deriva ecológica pueden generar diferentes patrones a través de los efectos de estos factores. Sin embargo, los resultados indican que los procesos no-neutrales disminuyen la riqueza de especies presentes en una metacomunidad y aumentan la diferenciación entre las comunidades locales (diversidad β, capitulo 3).
Recent trends of forest ecosystems in the Anthropocene at multiple scales: linking carbon balance, water, erosion, and future changes
(2023) Alaniz Baeza, Alberto José; Marquet, P. A.; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Ciencias Biológicas
Los ecosistemas de bosques han sido fuertemente afectados por la actividad humana, ya sea de forma directa a través del cambio de uso y cobertura de suelo, así como de forma indirecta mediante el cambio climático. Este tipo de presiones han alterado de manera significativa el funcionamiento de estos ecosistemas a múltiples escalas y en diferentes aristas. El carbono almacenado en estos ecosistemas se pierde por deforestación, mientras que las nuevas condiciones ambientales alteran los flujos y balances a escala del ecosistema. Adicionalmente, estos procesos pueden modificar otro tipo de dinámicas como la captación de aguas en las cuencas o los ciclos de erosión, los cuales usualmente dependen de una combinación de dinámicas hidrometeorológicas y coberturas de suelo. La presente tesis tiene por objetivo analizar las tendencias históricas y recientes de estas dinámicas a múltiples escalas. En primer lugar, se analizó el balance de carbono de los bosques a escala global, mediante la utilización de métodos de percepción remota y modelos interanuales de estimación de cambio en los stocks de carbono. En segundo lugar, se realiza un análisis a escala regional sobre el nivel de vulnerabilidad de las cabeceras de cuenca en Chile centro sur (38.4 a 43.2°S) desde un enfoque multifactorial, integrando degradación de las coberturas vegetales, cambio climático y cambio de cobertura de suelo. En tercer lugar, se generó un análisis a escala de cuenca para el caso del lago Lanalhue ubicado en la región del Bio-bío, en donde se estimaron las tendencias históricas (últimos 100 años) de la erosión, mediante la combinación de análisis sedimentológicos y modelos espacialmente explícitos de erosión. Finalmente, el último capítulo de la presente tesis muestra una perspectiva teórica en cuanto a la estimación de la temporalidad futura del riesgo de colapso de los ecosistemas de acuerdo con el marco de lista roja de ecosistemas amenazados. La presente tesis busca entregar un panorama general y multiescalar de las tendencias, procesos y desencadenantes de cambio en los ecosistemas de bosques con el fin de expandir el conocimiento acerca del impacto humano en la biodiversidad.
Red de interacciones planta-herbívoro en el bosque nativo fragmentado de Chiloé
(2022) Madriaza Maturana, Ana Karina; Armesto, Juan J.; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Ciencias Biológicas
La tesis doctoral abordó las interacciones entre insectos herbívoros y plantas leñosas del bosque nativo templado de Chiloé y sus complejas relaciones en ambientes fragmentados. La investigación abarcó cuatro capítulos, los cuales recorrieron desde una revisión bibliográfica sobre la literatura que abordaba estudios de red planta-herbívoro, herbivoría, identidad de insectos herbívoros y fragmentación del hábitat. Luego, se dio paso a la descripción de la red planta-herbívoro en el bosque nativo fragmentado de Chiloé y como las propiedades de la red estaban dadas por el área y/o la conectividad del ambiente. Por último se evaluaron los factores ascendentes y descendentes que afectaban a la herbivoría en el mismo sistema de estudio. Considerando que las especies de plantas y herbívoros se encuentran embebidas en intrincadas redes de interacción que raramente constituyen cadenas lineales, el presente estudio de redes tróficas que involucró tanto a plantas y herbívoros como a sus enemigos naturales, permitió conocer los efectos indirectos (mediados por especies no involucradas directamente en la relación de consumo) y directos de la fragmentación sobre la herbivoría. Globalmente, esta investigación incluyó la mayoría de los conceptos relevantes en la ecología de las interacciones entre plantas y herbívoros (redes tróficas, riqueza y abundancia de plantas e insectos herbívoros, fragmentación de hábitats y patrones de consumo). Quedaron otros tópicos importantes por abordar en el futuro (por ejemplo, de qué manera las variaciones de la herbivoría en ambientes fragmentados afectan la adecuación biológica de las plantas), sin embargo, las preguntas consideradas fueron de suficiente amplitud y profundidad como para resumir en gran medida el conocimiento existente en bosques de Chiloé, así como identificar los vacíos por llenar en futuras investigaciones. Aún más importante como contribución de esta tesis, es su tema central en bosques de Chiloé, pues en Chile la mayoría de los estudios se habían enfocado en el bosque Maulino y en bosques de las cercanías de Osorno, y por tanto, una mirada desde un sistema insular, complementó las visiones con un enfoque comunitario.

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