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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
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
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
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
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
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 24 °C
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 28 °C
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 32 °C
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
Acclimation salinity (‰)
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
Acclimation salinity (‰)
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.
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%
Foto: Hernández, 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.