Memoria para optar al título de Ingeniero Civil en Biotecnología / La creciente tendencia por parte de bacterias patógenas de volverse resistentes a los antibióticos ha llevado al campo de la ciencia a una incansable búsqueda por nuevas moléculas capaces de acabar con estos microorganismos. Una tendencia ha sido buscar compuestos naturales desarrollados por bacterias de ambientes extremos. En esa búsqueda, científicos hallaron una cepa de Streptomyces en el Salar de Huasco, región de Tarapacá, Chile, con propiedades antibióticas y citotóxicas. Con el fin de poder comprender de mejor manera el metabolismo de esta cepa, se realizó un modelo metabólico in silico de tal cepa, denominada HST28, en base al genoma secuenciado de ésta. La primera fase fue determinar la filogenia de la cepa mediante comparación de rRNA 16S, lo cual reveló una cercanía del 97% con Streptomyces avermitilis. Posteriormente, usando la información disponible en la base de datos KEGG, se elaboró el modelo metabólico en base a la comparación entre HST28 y S. avermitilis mediante BLAST usando la extensión de Python COBRApy en Jupyter para armar metabolitos y reacciones. Se generó una serie de funciones destinadas a facilitar el trabajo de elaboración del modelo, junto con un protocolo para encontrar errores en el modelo terminado. El modelo final cuenta con 804 reacciones, 627 metabolitos y 594 genes, lo que constituye un modelo de tamaño promedio para este tipo de estructuras. El análisis al modelo determinó que el HST28 debería crecer mejor con sacarosa como fuente de carbono, y amonio como fuente de nitrógeno. Las tasas de crecimiento en medios mínimos fueron altas en comparación a otros Streptomyces. Finalmente, queda destacar que el procedimiento para generar y curar el modelo tiene la potencialidad de ser útil en otras investigaciones que impliquen el desarrollo de un modelo metabólico.

Ingeniero Civil / Los salares se ubican típicamente en la región altiplánica andina de Chile, Perú y Bolivia. Los sistemas acuáticos formados en ellos, corresponden usualmente a lagunas extremadamente someras, sometidas a condiciones ambientales desfavorables como bajo oxígeno atmosférico, alta oscilación térmica, alta radiación y fuertes vientos durante las horas del día. Estos ecosistemas están principalmente sustentados por la producción bentónica primaria, la que funciona como alimento para aves de la zona, como los flamencos, ave que se encuentra en estado vulnerable. Debido a lo anterior es que el trabajo de título realizado, consiste en la elaboración de un modelo hidrodinámico de la variación intradiaria de dióxido de carbono y oxígeno en el salar de Huasco, dinámicas que se ven afectadas por los flujos en la interfaz agua-sedimentos, los procesos biológicos de la columna de agua y los flujos en la interfaz aire-agua. El objetivo general es describir y cuantificar los procesos de transporte-reacción de dióxido de carbono y oxígeno en la zona, mediante la elaboración de un modelo hidrodinámico impermanente en 0D del salar, que permita obtener las evoluciones diarias para el oxígeno y el dióxido de carbono, para luego ser validado utilizando mediciones del terreno. El fin de la modelación es adquirir conocimiento acerca de estos fenómenos que pueden afectar considerablemente a los ecosistemas de la zona, únicos en el mundo, adaptados a condiciones climáticas extremas. Inicialmente se realizó un procesamiento de los datos obtenidos en dos campañas de terreno realizadas en los años 2015 y 2016, el que complementado con una revisión bibliográfica orientada a la hidro y biodinámica de sistemas someros, permitió plantear un modelo conceptual que simula las evoluciones intradiarias de dióxido de carbono y oxígeno. Luego se procedió a calibrar y validar el modelo con datos medidos, para finalmente realizar un análisis de sensibilidad que explique los procesos y parámetros más significativos del modelo. El principal resultado del trabajo, corresponde a un modelo que permite cuantificar las variaciones intradiarias de dióxido de carbono y oxígeno. Este modelo permite identificar que los procesos más importantes para el salar corresponden a la producción primaria, y a los flujos de masa en la interfaz aire-agua, tanto para el dióxido de carbono como para el oxígeno. En estos flujos se presentan inconsistencias entre lo que se sabe de la literatura y lo que se observa en el modelo, donde se presentan grandes diferencias entre las tasas de trasferencia en esta interfaz según el compuesto que se esté analizando.

Ingeniero Civil / El Salar del Huasco, ubicado en la Región de Tarapacá, Chile, constituye un sistema de gran relevancia ambiental al albergar ciertos ecosistemas vitales para la sobrevivencia de especies en estado vulnerable, como por ejemplo flamencos, que requieren de lagunas someras para sus nidos, típicas en estos ambientes. El objetivo de este trabajo de título es realizar un balance hídrico histórico en esta cuenca mediante un modelo de simulación hidrológica, en una escala temporal de 30 años y utilizando información meteorológica proveniente del reanálisis atmosférico, para así analizar la disponibilidad del recurso hídrico y su dinámica temporal futura en una escala de tiempo de 94 años. Se escogió el modelo de simulación hidrológica TOPMODEL por la naturaleza distribuida de los procesos considerados, simpleza en los datos de entrada y cantidad reducida de parámetros a calibrar. A los datos de entrada obtenidos del reanálisis atmosférico se les aplicó un proceso de escalamiento espacial a la zona y luego se realizó una corrección de sesgo mediante ajustes probabilísticos a sus curvas de duración. La hidrología de la cuenca del Salar se obtuvo para el periodo comprendido entre los años 1984 y 2014. La calibración de los parámetros se realizó de forma de disminuir el error entre la recarga producto de caudal y flujo subterráneo a través del acuífero al Salar y la descarga por evaporación desde el mismo. Los resultados de esta simulación histórica arrojan que de la precipitación media anual: un 90% se evapora en la cuenca mientras el 10% restante escurre superficial y subsuperficialmente hacia el Salar donde posteriormente se evapora totalmente, mientras que la percolación profunda es despreciable frente a las variables anteriores. Posteriormente se obtuvieron las series futuras de precipitación y evapotranspiración potencial a partir de los resultados del modelo climático HadGEM2-AO, acoplado con un modelo de balance radiativo, bajo los escenarios de cambio climático RCP 2.6, 4.5, 6.0 y 8.5. A estas series se les aplicó un escalamiento espacial, mientras que la corrección del sesgo se determinó a partir del periodo histórico común a las series de cada uno de los escenarios. Luego, ocupando los parámetros ya calibrados, se simuló la hidrología del Salar en el periodo histórico (1984-2005) y futuro (2006-2100) para analizar su dinámica. Con las series de recarga al Salar y evaporación potencial en el mismo, se realizó el balance de volumen de la laguna. Los resultados muestran que al comparar una ventana temporal de los años 2070-2100 con la inicial de la proyección futura (1984-2005), se tiene un aumento estadísticamente significativo de la precipitación de un 55% y 70% para los dos escenarios de mayor forzamiento radiativo, mientras que la recarga al salar como fracción de la precipitación aumenta de un 13% a un 23% para el escenario RCP 6.0. El balance de volumen en el Salar predice aumentos en la altura promedio anual de la laguna entre 36% y 74% mientras que el área de la misma aumenta hasta 1.4 veces para el escenario R.C.P 8.5.

Ingeniero Civil / Los humedales altiplánicos corresponden a sistemas acuáticos complejos que se generan en cuencas endorreicas. Se componen normalmente por una laguna somera de alta salinidad, un bofedal y cursos naturales, principalmente formados por afloramientos de agua subterránea. Estos sistemas tienen particularidades únicas, asociadas a las condiciones climáticas y geográficas extremas que posee la región del Altiplano, caracterizándose por tener una alta biodiversidad y riqueza endémica. Sin embargo, han sido declarados como ecosistemas frágiles ante factores como el cambio climático y la minería. Lo anterior hace relevante el estudio y la conservación de estos sistemas debido al alto valor ecológico, científico y cultural que poseen. Lamentablemente, en la región Altiplánica existe poca información de monitoreo climático, y ésta, a su vez es acotada en el tiempo y espacio, de manera que los productos satelitales y los reanálisis atmosféricos se presentan como una herramienta útil para subsanar esta falta de información. En este trabajo se desarrolla una metodología que permite estimar el balance hídrico en humedales altiplánicos a partir de productos satelitales y reanálisis atmosféricos. Para lo anterior se utilizó el modelo propuesto por de la Fuente & Niño (2010), el cual permitió calcular el caudal afluente a los cuerpos de agua en los salares a partir de la evaporación potencial, superficie de los cuerpos de agua y salinidad de los aportes. La evaporación potencial se obtuvo mediante el uso del método aerodinámico a nivel horario propuesto por Thornthwaite & Holzman (1939), utilizando como forzantes la temperatura del aire, la humedad relativa, y el viento proveniente de los reanálisis atmosféricos ERA-Interim, además de la temperatura del aire calibrada mediante del producto LST MODIS. Por otro lado, la superficie de los cuerpos de agua se obtuvo a través del análisis automatizado de las imágenes de Landsat 5 y Landsat 8, haciendo uso del índice NDWI. Esta metodología se aplicó en el Salar del Huasco y Salar de Coposa, los cuales fueron escogidos principalmente por su contraste en términos de intervención antrópica. Finalmente, se analizó la precipitación de la zona mediante el producto TRMM-TMPA y su relación con el fenómeno del Niño-Oscilación Sur. Mediante la aplicación de esta metodología se logró observar la alta dependencia al nivel freático de los salares, además de los perjuicios en la disponibilidad hídrica por la sobreexplotación de los acuíferos de la zona y la lenta recuperación de estos sistemas. Mediante las herramientas implementadas se logró representar de manera adecuada la evolución y tendencia temporal de la superficie de los cuerpos de agua en los salares, así como la temperatura del aire y la humedad relativa. No obstante, ERA-Interim subestima significativamente la variabilidad del viento, limitando la correcta modelación de la evaporación potencial de la zona. Por otra parte, TRMM-TMPA mostró ser una herramienta útil para conocer la estacionalidad de la precipitación, pero presenta dificultades en reproducir su variabilidad. En general, los productos satelitales y de reanálisis presentaron un buen comportamiento, a pesar de sus limitaciones de resolución espacial. Sin embargo, para el mejoramiento en el uso de estos productos, se hace indispensable una buena red de monitoreo para calibrar esta información y mejorar así la reconstrucción de las series climáticas históricas. En particular, la medición del viento, parámetro que generalmente se excluye en los estudios, resultó ser fundamental para la estimación de la variabilidad histórica del balance hídrico en salares. / Este trabajo ha sido parcialmente financiado por el proyecto Fondecyt 1140821