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LA ECOFISIOLOGÍA DE LOS ORGANISMOS ACUÁTICOSEN EL CONTEXTO DE LA ACUICULTURA

Dra. Mónica Hernández Rodrí[email protected]

Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada

1

Qué es la Ecofisiología?

Disciplina de la biología que describe como la fisiología de los organismos es afectada y regulada en respuesta a los

cambios del ambiente.

Hernández, 2012Hernández, 2011

2Hernández, 2006Hernández, 2004

Capacidad de Funcionamiento

Desempeño Fenotípico (Tomado de Schreck y Li, 1991)3

Factores Ambientales y la Fisiología

LETAL CONTROLADOR LIMITANTE ENMASCARADOR DIRECTRIZ

Destruye integridad organismos

-Nivel letal incipiente

-Tiempo efectivo

Gobierna tasa metabólica

-Influye en reacciones químicas

-Liberación de energía (reparación)

GTMetabólica

Gases

Modifica operación de un segundo

factor

Asegurar regulación fisiológica

Respuesta organismo a un gradiente

Selección Temp.

Reacción sustancias

Q10

limita o elimina materiales de

cadena metabólica

Dispara respuestas fisiológicas

DL50 o TLm

Costo-osmorregulaciónTermorregulación

Fry (1947) 5

M E C A N I S M O S

Bioquímico

Neuroendocrino

Comportamiento

6

MECANISMO POR COMPORTAMIENTO

Ley de Shelford 1931

La abundancia o distribución de los organismos puede controlarse por ciertos

factores (climáticos, topográficos y biológicos) donde los niveles pueden exceder el límite máximo o mínimo.

7

Polígono de Respuestas a la

Temperatura (Bret, 1956)

PA= Preferencia aguda

TE(s, i)= Temperatura de evitación

TLI(s, i)= Temperatura letal incipiente

TC(máx, mín)= Temperatura crítica

Zona de resistencia

Zona de Preferencia Témica

Zona de tolerancia

(Modificado de Reynolds y Casterlin, 1979) 8

Fry (1947)

Preferendum Final

La temperatura alrededor de la cual los organismos secongregan al ser colocados en un gradiente térmicoindependientemente de su historia térmica anterior yaquella temperatura preferida que es igual a latemperatura de aclimatación.

9

Sistema diseñado para la aclimatación de la Sardina del Pacífico

Fluctuación térmica invierno 13-18 °CFluctuación térmica verano 18-23 °C

Dibujo elaborado por Francisco Valenzuela

10

Interacción temperatura – salinidad

Temperaturas 20 a 32 °CSalinidad de 10 a 36 ‰

Respuestas fisiológicas:Tasa de consumo de O2

Tasa de excreciónPresión osmóticaPreferencia Termosalina

D I S E Ñ O E X P E R I M E N T A L

1.64±0.06 g (tanques 400L aclimatacióntemperatura x 30 días)

20 camarones por cubeta3.26 ± 0.23 g aclimatados a la interacción de la

temperatura y salinidad

11

Foto: Hernández 2002.

Dibujo elaborado por Francisco Valenzuela

Gradiente de Temperatura-Salinidad

1) Canal de Acrílico2) Control Electrónico3) Cámara PVC, agua caliente 4) Enfriador

5) Cámara PVC, agua fría6) Aire7) termógrafo8) Sensores de temperatura

1

3

4 5

6

6

7

8

12Bückle et al. (2003). Hidrobiológica 13(4): 277-287

Registros de temperatura y posición de los

organismos cada 10 minutos durante doshoras (método agudo) o cada hora duranteun ciclo de 24 h (método gravitacional).

Temperatura Preferida

Cámara Virtual

13

Comportamiento termorregulador de la sardina en un ciclo de 24 h

14

Hernández, 2005

Litopenaeus vannamei

Aclimatado a la interacción de diferentestemperaturas (20, 24, 28 y 32 °C) y salinidades(10, 18, 26, 35 y 40 ‰)

15

Hernández, 2006

Temperatura preferida de la Sardina del Pacíficoaclimatadas a temperaturas constantes.Mediana ± I.C. LI, Línea de Igualdad.

Acclimation Temperature (°C)

14 16 18 20 22 24 26

Pre

ferr

ed

Te

mp

era

ture

(°C

)

10

12

14

16

18

20

22

24

26

28

30

16Hernández, 2011

CO = PF + 0.531.05

CO = 25.2 oC

TEMPERATURA PARA OPTIMO CRECIMIETO DE LOS JUVENILES DE JUREL COLA AMARILLA

JOUBLING (1981), Coutant (1972), Brungs y Jones (1977)

17

Preferendum final 25.9°C

MWAT = TO + TLISU - TO

3

Ecuación para el calculo del Promedio de la temperatura máxima

(MWAT, por sus siglas en inglés)

MWAT, promedio de la temperatura máxima semanal que

no debe ser excedida en el ambiente (cultivo de los

organismos)

Temperaturas de Evitación

Las temperaturas que son poco frecuentadaspor los organismos y definen la zona de preferencia

térmica (Giatina y Garton, 1982).

Las respuestas de evitación a las temperaturas extremas permiten a los organismos

mantenerse en un intervalo térmico óptimo.

18

Foto: Hernández, 2007

Las temperaturas de evitación se calculan con base en ladistribución de frecuencias relativas y son aquellastemperaturas que corresponden a los extremos de ladistribución.

0

3

6

9

12

15

1

Número de cámara

Fre

cu

en

cia

s

1 3 5 7 9 11 13

Barón, 2002

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23

Time (h)

10

12

14

16

18

20

22

24

26

Tem

peratu

re (

°C

)DAY NIGHT

Temperaturas de evitación de Sardinops sagax aclimatada a fluctuacionestérmicas invierno-verano. Temperatura de evitación superior (●) e inferior enel ciclo de verano (▲). Temperatura de evitación superior (○) e inferior en el

ciclo de invierno (*). Media ± desviación estandar.

20Martínez et al. Journal of Thermal Biology 34 (2009) 372–376

Especie Temperatura(°C)

Intervalo (°C)

Salinidad(ups)

Talla inicial(cm, g)

Salmo truttaOncorhynchus ketaSalvelinus fontinalisPleuronectes platessaSalmo gairdneriMorone saxatilisLebistes reticulatusMicropterus salmoidesCyprinodon maculariusIctalurus punctatusIctalurus punctatusCyprinodon macularisLepomis gibosusParalichthys californicusSardinops sagaxLitopenaeus vannameiSeriola lalandi

12.813.014.014.217.2

24-2524-25

252829303030

18.418.028

25.9

1.53.02.02.01.52.03.07.05.02.04.05.05.04.02.04.02.0

dulce35

dulcemarinodulcedulcedulcedulce15

dulcedulce35

dulcemarinomarino10-36marino

10-300 g

0.1-0.20.5-2.0 cm

0.3-3 g90-100 g

0.7-1.8 cm8-140 g

20-30 cm1.5-7.2 cm

4.0 g20-30 cm

24-344.0 g15 cm

Postlarva216.8 g

Temperatura óptima para crecimiento

21

Relación entre la temperatura y la tasa de crecimiento en el salmón

Gráfica tomada de Brett, 1956.

1910 28 36

5

0

10

15

20

25

30

35

40

Acclimation salinity ( ‰)

Pre

ferr

ed

te

mp

era

ture

(°C

)

5

0

10

15

20

25

30

35

40

Pre

ferr

ed

sa

linit

y (

‰)

Shrimp acclimated at 20 °C

1910 28 36

5

0

10

15

20

25

30

35

40


Pre

ferr

ed

te

mp

era

ture

(°C

)

5

0

10

15

20

25

30

35

40

Pre

ferr

ed

sa

linit

y (

‰)


1910 28 36

5

0

10

15

20

25

30

35

40


Pre

ferr

ed

te

mp

era

ture

(°C

)

5

0

10

15

20

25

30

35

40

Pre

ferr

ed

sa

linit

y (

‰)


1910 28 36

5

0

10

15

20

25

30

35

40


Pre

ferr

ed

te

mp

era

ture

(°C

)

5

0

10

15

20

25

30

35

40

Pre

ferr

ed

sa

linit

y (

‰)


Preferencia termosalina del camarón blanco (Litopenaeus vannamei) aclimatado a 20, 24, 28 y 32°C, y 10, 19, 28 y 36 ups.

23

T°Cups

Hernández et al. Journal of Thermal Biology 31 (2006) 565–572

Temperatura preferida a salinidad constante en el camarón blanco

Acclimation salinity (‰)

5 10 15 20 25 30 35 40

Pre

ferr

ed

te

mp

era

ture

(°C

)

15

20

25

30

35

4020 °C


5 10 15 20 25 30 35 40

Pre

ferr

ed

te

mp

era

ture

(°C

)

15

20

25

30

35

40

24 °CAcclimation salinity (‰)

5 10 15 20 25 30 35 40

Pre

ferr

ed

te

mp

era

ture

(°C

)

15

20

25

30

35

40 28 °C


5 10 15 20 25 30 35 40

Pre

ferr

ed

te

mp

era

ture

(°C

)

15

20

25

30

35

4032 °C

24Hernández et al. Journal of Thermal Biology 31 (2006) 565–572

Medium concentration (mmol kg-1

)

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

Hem

olym

ph c

once

ntra

tion

(mm

ol k

g-1)

400

500

600

700

800

900

1000

1100

1200

28 ºC

Hc = 728.35 + (0.116 x Mc)

Presión Osmótica

25

Fotos: Hernández 2006

Punto isosmótico

763 mmol/kg (20 °C)717 mmol/kg (24 °C)823 mmol/kg (28 °C)768 mmol/kg (32 °C)

26Bückle et al. Rev. Biol. Trop. 2006. Vol. 54 (3): 745-753

27

Cultivo piloto experimental de camarón blanco

DISEÑO DEL SISTEMA

3 estanques de 7 m3 (3 m Ø) conun filtro mecánico y uno biológicoambos con cuentas de plásticocomo medio filttrante.

Cada estanque con 31 cortinas dematerial sintético que proporcionóun total de 62 m2

7440 Pl12

Fotos: Bückle, 2007

28

Cultivo piloto experimental de camarón blanco

28.8±0.6°C7.1±0.5 mg·L-1

7.9±0.3 (pH)28.3±0.4 ups

65% supervivenciarendimiento de 6,1 kg/m2 de espejo de agua

Anaya y Bückle. 2012. Revista de Ciencias Biológicas y de la Salud. Volumen XIV, Número 3.

29

29000L382 m2


30

Crecimiento de macroalgas como complemento en la dieta en el cultivo de camarón blanco. Ulva sp., Lyngbya sp., Cladophora sp., Feldmannia irregularis

Foto: Bückle, 2011

31

Cultivo de tilapia en agua de mar

a) 31.8 peces m-3

b) 61.2 peces m-3

c) 101 peces m-3

Supervivencia arriba 90%


ESTRÉS EN ORGANISMOS ACUÁTICOS

32


Foto: CICESE, 2011

Principales estresores en el cultivo de organismos

Ambiente físico:

Ambiente biológico:

Alimentación:

Manejo y trabajos de

rutina:

Agua: Calidad, salinidad y [O2]

Temperatura

Instalaciones de confinamiento

Densidad de población

Relaciones sociales: Jerarquías, dominancia

Depredación

Naturaleza y composición de la dieta

Textura y tamaño del pienso

Palatabilidad

Clasificación, biometrías, etc.

Traslados a los estanques, limpieza, desinfección,

etc.

Número de eritrocitos

y leucocitos

34

Análisis de sangreen peces

Fotos: Del Río, 2004; Hernández, 2011CICESE

El número y tipo de leucocitos varia por:

Factores externos

Densidad de siembra

Infestaciones parasitarias

Deficiencias nutricionales

Diferenciación de los tipos de leucocitos (WBC, white blood cells)

Linfocitos

Trombocitos

Monocitos Neutrófilos Eosinófilos Basófilos

Hahn-Von-Hessberg et al. (2011)Meza, 2015 (CICESE)

32

Respuesta inmune específica

Células fagocítica y

respuesta inflamatoriaFagocitosis y

actividad microbicida Inflamación y

degranulación

.

Respuesta inmune

alérgica

Coagulación y fagocitosis

Química sanguínea

C

CONTROL TCMax TLIS

B

A

CONTROL TCMax TLIS

CONTROL TCMax TLIS

260270280290300310320330340350360

Pre

sió

n O

sm

ótica

(m

mo

l kg

-1)

24°C

28°C

32°C

0

1

2

3

4

5

6

7

8

Pro

teín

as T

ota

les (

g 1

00 m

l-1)

24°c

28°C

32°C

0

50

100

150

200

Concentr

ació

n d

e G

lucosa (

g 1

00 m

l-1)

24°C

28°C

32°C

*

**

***

**** *

*

36

Parámetros Sanguíneos

Híbrido de Tilapia expuesta a

estrés por temperatura

Del Río et al. 2008. Marine and Freshwater Behaviourand Physiology. Vol. 41 (2), 135–145.

0

5

10

15

Optima18°C

RF 13°C RF 18°C RC 18°C RC 23°C

ng

/ml

Régimen de Aclimatación

Cortisol

**

**

0

50

100

150

200

Optima18°C

RF 13°C RF 18°C RC 18°C RC 23°C

mg

/dl

Régimen de Aclimatación

Glucosa

**

Martínez et al. (2011). Environ BiolFish 91:39–49DOI 10.1007/s10641-010-9757-z

El manejo de la zona de preferencia térmica de los organismos (importanciaeconómica o con potencial) es fundamental para obtener un crecimientoóptimo en las prácticas de cultivo.

38

Evaluación de la condición de salud de los organismos en cultivo medianteindicadores biológicos.

C o n c l u s i o n e s

Especies acuáticas mejor adaptadas apoyado con estudios de fisiología animal.

Foto: Meza, 2015.

http://www.fishbase.org/Photos/PicturesSummary.cfm?ID=1477&what=species






















39

G R A C I A S


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