Publicación: Cultivable Microbial Community Structure Along a Light Gradient in a Tropical Volcaniclastic Cave
Fecha
2026-05-26
Autores
Correa-Gallego, Sebastián
dc.contributor.advisor
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Editor
Universidad EAFIT
Resumen
Cave environments compress sharp changes in light, energy input, surface connectivity, and substrate heterogeneity into short spatial gradients. This makes them powerful natural systems for examining microbial responses to environmental heterogeneity. Yet the cultivable microbial fraction of tropical volcaniclastic caves remains poorly resolved. Organal-type pseudokarstic caves of the Colombian Andes are especially underrepresented in cave microbiology, despite their distinctive geomorphology and hydrological connection to montane landscapes. Here, I tested whether sector identity along the light-defined zonation of the Organal San Antonio, a tropical volcaniclastic cave at ~2350 m a.s.l. in Támesis, Antioquia, is associated with differences in the R2A-recoverable microbial fraction of cave sediments. Two cultivation experiments were conducted: an initial binary Light–Dark comparison and a primary three-sector experiment resolving Entrance, Transition, and Dark zones with aliquot-level gravimetric normalization, 15 °C incubation, and a twenty-three-cluster operational phenotypic crosswalk. In the primary experiment, cultivable density followed a step-like pattern across the gradient: Entrance and Transition sediments supported approximately 5.1–5.6 × 10⁵ CFU g⁻¹ field-moist sediment, whereas the fully aphotic Dark sector supported approximately 8.9 × 10⁴ CFU g⁻¹, a roughly sixfold reduction (η² = 0.652). Local morphotype-cluster richness and evenness showed no detectable sector-level differences, but community composition partitioned strongly with zonation (PERMANOVA R² = 0.573, p = 0.001) under balanced multivariate dispersion. The Transition sector supported a distinctive set of zone-restricted phenotypic clusters, contributing approximately 27% of its cultivable community, while the Dark sector combined reduced density with moderate abundance of aphotic-restricted clusters. Preliminary Gram, KOH, catalase, and microscopic characterization of representative isolates revealed Gram-level uncertainty and cellular heterogeneity within several cross-sector colony phenotypes, confirming that the morphotype crosswalk is useful for community-level comparison but not equivalent to taxonomic resolution. These results establish a first spatially resolved cultivable baseline for an organal-type tropical volcaniclastic cave and indicate that sector identity along a light-defined cave gradient is associated with lower cultivable density in the aphotic sector and strong morphotype-level compositional turnover, without a parallel decline in local morphotype-cluster diversity. The study defines the scale at which these patterns are valid: the aerobic, low-temperature, dilute-R2A cultivable fraction of sediment-associated microorganisms.
Descripción
Los ambientes cavernícolas comprimen cambios marcados en luz, aporte energético, conectividad superficial y heterogeneidad de sustrato dentro de gradientes espaciales cortos. Esto los convierte en sistemas naturales poderosos para examinar las respuestas microbianas a la heterogeneidad ambiental. Sin embargo, la fracción microbiana cultivable de las cuevas volcaniclásticas tropicales sigue estando poco resuelta. Las cuevas pseudokársticas de tipo organal de los Andes colombianos están especialmente subrepresentadas en la microbiología de cuevas, a pesar de su geomorfología distintiva y de su conexión hidrológica con los paisajes montanos. Aquí evalué si la identidad de sector a lo largo de la zonación definida por la luz del Organal San Antonio, una cueva volcaniclástica tropical situada a ~2350 m s.n.m. en Támesis, Antioquia, está asociada a diferencias en la fracción microbiana de sedimentos cavernícolas recuperable en R2A. Conduje dos experimentos de cultivo: una comparación binaria inicial Luz–Oscuridad y un experimento principal de tres sectores que resuelve las zonas de Entrada, Transición y Oscura, con normalización gravimétrica a nivel de alícuota, incubación a 15 °C y un crosswalk fenotípico operativo de veintitrés clústeres. En el experimento principal, la densidad cultivable siguió un patrón escalonado a lo largo del gradiente: los sedimentos de Entrada y Transición sostuvieron aproximadamente 5.1–5.6 × 10⁵ UFC g⁻¹ de sedimento húmedo de campo, mientras que el sector Oscuro, completamente afótico, sostuvo aproximadamente 8.9 × 10⁴ UFC g⁻¹, una reducción aproximada de seis veces (η² = 0.652). La riqueza y la equidad locales de clústeres de morfotipos no mostraron diferencias detectables a nivel de sector, pero la composición de la comunidad se particionó fuertemente con la zonación (PERMANOVA R² = 0.573, p = 0.001) bajo dispersión multivariada balanceada. El sector de Transición sostuvo un conjunto distintivo de clústeres fenotípicos restringidos a la zona, que aportaron aproximadamente el 27% de su comunidad cultivable, mientras que el sector Oscuro combinó una densidad reducida con una abundancia moderada de clústeres restringidos al sector afótico. La caracterización preliminar mediante Gram, KOH, catalasa y microscopía de aislados representativos reveló incertidumbre a nivel de Gram y heterogeneidad celular dentro de varios fenotipos coloniales intersectoriales, lo que confirma que el crosswalk de morfotipos es útil para la comparación a nivel de comunidad pero no equivalente a la resolución taxonómica. Estos resultados establecen una primera línea base cultivable espacialmente resuelta para una cueva volcaniclástica tropical de tipo organal e indican que la identidad de sector a lo largo de un gradiente cavernícola definido por la luz está asociada a una menor densidad cultivable en el sector afótico y a un fuerte recambio composicional a nivel de morfotipo, sin un descenso paralelo de la diversidad local de clústeres de morfotipos. El estudio define la escala a la que estos patrones son válidos: la fracción cultivable aeróbica, de baja temperatura y en R2A diluido de los microorganismos asociados a sedimento.
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