Descarga la aplicación para disfrutar aún más
Vista previa del material en texto
UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE CIENCIAS EFECTO DE LAS VARIACIONES DE TEMPERATURA EN EL CAMPO ACTIVIDAD METABÓLICA Y EL CRECIMIENTO DE OCTOPUS MAYA T E S I S QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE: BIÓLOGA P R E S E N T A : NELLI RODRÍGUEZ HERNÁNDEZ DIRECTOR DE TESIS: DOCTOR CARLOS ROSAS VÁZQUEZ Ciudad Universitaria, Cd Mx; 2018 UNAM – Dirección General de Bibliotecas Tesis Digitales Restricciones de uso DERECHOS RESERVADOS © PROHIBIDA SU REPRODUCCIÓN TOTAL O PARCIAL Todo el material contenido en esta tesis esta protegido por la Ley Federal del Derecho de Autor (LFDA) de los Estados Unidos Mexicanos (México). El uso de imágenes, fragmentos de videos, y demás material que sea objeto de protección de los derechos de autor, será exclusivamente para fines educativos e informativos y deberá citar la fuente donde la obtuvo mencionando el autor o autores. Cualquier uso distinto como el lucro, reproducción, edición o modificación, será perseguido y sancionado por el respectivo titular de los Derechos de Autor. 1. Datos del alumno Rodríguez Hernández Nelli 9992076554 Universidad Nacional Autónoma de México Facultad de Ciencias Biología 307212104 2. Datos del tutor Dr. Carlos Rosas Vazquéz 3. Datos del sinodal 1 Dra. Guillermina Alcaraz Zubeldia 4. Datos del sinodal 2 Dra. Cristina Pascual Jiménez 5. Datos del sinodal 3 Dra. Karla Kruesi Cortés 6. Datos del sinodal 4 M. en C. Claudia Patricia Caamal Monsreal 7. Datos del trabajo escrito Efecto de las variaciones de temperatura en el campo de actividad metabólica y el crecimiento de Octopus maya 66 p 2018 Aquella caracola me puso en el oído todo el escándalo del mar y no era hostil ni tierno, ni sublime tan sólo era el escándalo del mar Mario Benedetti AGRADECIMIENTOS Al océano, ese viejo azul que nos vio nacer y nos verá morir. Por ser el hogar de tanta vida, el ecosistema de Octopus maya y mi refugio, mi fuente de alegría, placer e inspiración. A los pulpos que nunca conocieron el mar porque su vida dio vida a este proyecto. Gracias. Al Dr. Carlos Rosas Vázquez por abrirme las puertas al mundo de Octopus maya, por todo el conocimiento que me brindó, la paciencia al responder mis dudas, las horas de clase, las correcciones en el laboratorio y en la producción del manuscrito. Por los consejos que me dio en mi proceso como tesista, el apoyo e impulso que me sigue brindando para que apueste todo a la divulgación científica. Por ser un ejemplo de vida a seguir. A la M. en C. Claudia Caamal Monsreal por el apoyo durante la aclimatación, los experimentos, el tiempo de preparación del manuscrito y los trámites de titulación. Por ser una hermosa persona, por la calidez, las pláticas y los consejos en mi época de tesista. Al Dr. Pedro Gallardo por el apoyo brindado en el trámite de la beca de titulación. A la DGAPA por la beca de titulación que me permitió vivir en Sisal durante los experimentos. A las Doctoras Cristina Pascual, Karla Kruesi y Guillermina Alcaraz quienes leyeron el manuscrito y me hicieron las observaciones necesarias para poder presentar esta tesis. A mis maestros Jorge Zepeda, Brian Urbano, Fernando Álvarez, Fabiola Hernández e Ignacio Morales, por el gran esfuerzo durante su labor docente, en las aulas de la Facultad de Ciencias y el Instituto de Biología, así como en los laboratorios y prácticas de campo. Han contribuido enormemente en mi formación como bióloga. Al proyecto PAPIIT-UNAM IN219116 que, bajo la dirección del Dr. Carlos Rosas y la M. en C. Claudia Caamal financió parcialmente los experimentos de la presente tesis. A mi madre Liduvina, mujer fuerte y de coraje que supo construir la vida que soñó en el campo. Gracias por todos los cuidados, las horas de estudio, las risas, los consejos, las pláticas. Por siempre escucharme. Por compartir conmigo el amor por la naturaleza, especialmente las plantas. Eres una mujer única, siempre vivirás en mi y yo en ti. A mi padre Juan Carlos, por despertar mi curiosidad hacia la naturaleza. Por las caminatas en el cerro buscando hongos, capulines, rocas e insectos. Por las horas que pasamos trepados en los árboles, por las clases de bioquímica y pedagogía. Por incentivarme a estudiar y pensar siempre. Por creer en mí siempre. Vas conmigo a todas partes. A mi hermana Nalle por siempre estar ahí, por tu solidaridad, tu confianza y calidez. Por siempre cuidarme y estar al pendiente de mí. Por ser mi ejemplo de solidaridad, constancia y trabajo. Mereces todo lo que sueñas. A mi hermana Nizel por llegar a alegrar mi vida y la de la familia, por la madurez y tranquilidad con la que vives y miras el mundo. Por las pláticas de libertad y feminismo. Pareces pequeña, pero posees una inteligencia y pensamiento crítico impresionantes. A mis abuelos, Carlota, Enrique, Soledad y Santiago, mis ancestros que lucharon por la vida, mis raíces. Por los cuidados y el amor que me siguen dando en cada encuentro. A Edgar, Vivi, Victor, Ale, Claudia, Fabian y Janet por ser mis segundos hermanos desde la infancia. A mis tíos por ser mis segundos padres, en especial a Canito, Rosa, Cris, Chucho y Chivis, por todo el apoyo y cariño. He disfrutado cada momento a su lado. A Oscar, por el apoyo y amor infinito. Te llevaré conmigo adentro, a fuera, en mis dedos, en los bordes del cerebro y en los centros de mis centros, de lo que soy y lo que queda. A mi amiga Dani, mujer inteligente, incansable y capaz de comerse al mundo si así lo quisiera. Por compartir conmigo tus brillantes ideas sobre la vida, biología, literatura y feminismo. Por las risas, los consejos, las horas de fiesta y baile. A mi amiga Miriam, por contagiarme tu alegría y energía. Por los abrazos, la confianza, las carcajadas interminables. Por escuchar mis preocupaciones, ideas y sueños. Por estar siempre a mi lado. Eres la única que coincide con mis locuras. A mis amigos de la facultad de ciencias; Topacio, Andrea, Jorge, Mauricio y Gabo, por las prácticas de campo y las horas de estudio en la biblioteca, por las fiestas y por compartir conmigo el amor por la biología. A Issaac por impulsarme a creer en mi como bióloga y como persona, por recordarme que los límites son mentales. A mis amigos de Sisal; Linda, fuiste mi gran compañera en esta aventura sisaleña, por siempre estar, por las lágrimas y risas compartidas, gracias por hacerme sentir en casa estando a kilómetros de mi hogar. Edén, por brindarme una amistad tan confiable y sincera, por los consejos, el apoyo, las risas, comidas y recargas compartidas. Eloy, gracias por las risas, las confidencias, el apoyo en la aclimatación, los experimentos y mi estancia en Sisal. A Misha que estuviste ahí cuando más lo necesité, me brindaste un apoyo y amistad incondicional, por los viajes, los momentos en la playa, los cenotes y la mezca. A Xaní por ser mi sugar mami, por recordarme que es necesario ser irreverente con el mundo para ser feliz, por la chelas y pláticas en la madrugada, por enseñarme a reír de mí misma. A Vane, Melisa, Pati, Erika, Magy, Dani, Jime, Ximenota y Estefy por la oportunidad de conocerlas y compartir bellos momentos a su lado, siempre estarán en mi corazón. A Ede y Chucho por ser mis padres adoptivos de Sisal, por enseñarme a pescar, por cuidarme y hacerme parte de su familia. Los quiero A mis compañeros de le REPSA que me han enriquecido en los seminarios, talleres, visitas a la reserva y los pedregales remanentes.Gracias por contagiarme su pasión por la conservación de la reserva, en especial a Marcela, Ianka y Lily quienes me hacen sentir acompañada y porque juntos soñamos un mundo donde todos los mundos quepan. A mis compañeros del Jardín Botánico del IB-UNAM; Quique, Nallely y Oscar por compartir conmigo su conocimiento botánico y de divulgación científica. A todas las mujeres del presente y del pasado que con su valentía y coraje lucharon incansablemente por defender nuestros derechos. Gracias a Mary Wollstonecraft, Simone de Beauvoir, Rosario Castellanos, Sor Juana Inés de la Cruz, Helia Bravo, Nellie Capobello, Elena Poniatowska, Rosa Montero, Ángeles Mastreta, Cristina Rivera de la Garza, Elena Garro y todas las mujeres que escribieron los textos que durante tres años me inspiraron para seguir adelante, por ser mi ejemplo de mujeres fuertes, inteligentes, irreverentes que supieron abrir camino en un mundo dirigido por y para hombres. Gracias por romper los modelos que la sociedad les propuso e impuso. Por elegirse a sí mismas y preferirse por encima de todo. Y a las anónimas que la historia olvidó pero que alzaron la voz y soñaron con un mundo justo. Aún falta mucho, pero juntas vamos construyendo el camino hacia la libertad. LISTA DE ABREVIATURAS FRECUENTES ATP: Adenosín Trifosfato CAM: Campo de Actividad Metabólica DE: Desviación Estándar HSPs: Proteínas de Shock Térmico IPCC: Panel Intergubernamental del Cambio Climático ITT: Intervalo de Tolerancia Térmica PY: Península de Yucatán TC: Temperatura Crítica TCE: Tasa de Crecimiento Relativa Diaria TMáx: Temperatura Máxima del ambiente TCmin: Temperatura Crítica mínima TCmáx: Temperatura Crítica máxima TIMR-min: Temperature Induced Minimum Metabolic Rate TIMR-max: Temperature Induced Maximum Metabolic Rate TMMax: Tasa Metabólica Máxima TMMin: Tasa Metabólica Mínima TME: Tasa Metabólica Estándar TP: Temperatura Preferida Contenido 1.Introducción .......................................................................................................... 10 1.1 Efecto de la temperatura sobre los seres vivos: los ectotermos acuáticos ........................................................................................................................ 11 1.2 Temperatura preferida ......................................................................................... 12 1.3 Tolerancia térmica ................................................................................................ 13 1.4 Tolerancia térmica limitada por la energía y la capacidad de oxigenación ................................................................................................................... 13 1.6 Cambio climático .................................................................................................. 17 1.7 Capacidad de aclimatación y vulnerabilidad al cambio climático........... 20 1.8 Biología de Octopus maya ................................................................................. 20 1.9 Área de distribución de Octopus maya .......................................................... 22 1.10 Pesquería de Octopus maya ............................................................................ 24 2.Justificación .............................................................................................................. 24 3. Pregunta de investigación .................................................................................... 25 4.Hipótesis ..................................................................................................................... 25 5.Objetivos ..................................................................................................................... 26 5.1 Objetivo general .................................................................................................... 26 5.2 Objetivos particulares ......................................................................................... 26 6.Materiales y método ............................................................................................. 27 6.1 Origen de los animales y acondicionamiento ............................................... 27 6.2 Aclimatación ........................................................................................................... 29 6.3 Crecimiento ........................................................................................................... 31 6.4 Consumo de oxígeno, metabolismo estándar .............................................. 31 6.5 Temperatura preferida ......................................................................................... 32 6.6 Temperatura crítica máxima y mínima ............................................................ 34 6.7 Determinación del campo aeróbico metabólico ........................................... 35 6.7.1 Método que utiliza temperaturas que inducen la tasa metabólica máxima y mínima en organismos ectotermos bentónicos para estimar el campo aeróbico ....................................................................................................... 35 6.8 Tolerancia al calentamiento y capacidad de aclimatación ........................ 37 6.9 Análisis de datos ........................................................................................................ 37 7.Resultados ............................................................................................................ 39 7.1. Crecimiento ........................................................................................................... 39 7.2 Consumo de oxígeno, metabolismo estándar .............................................. 41 7.3 Ventana térmica ..................................................................................................... 43 7.3.1 Temperatura preferida .................................................................................. 43 7.3.2 Temperaturas Críticas .................................................................................. 44 7.4. Determinación del campo aeróbico ................................................................ 44 7.4.1. TIMR mínimas y máximas .......................................................................... 44 7.4.2. Campo de actividad metabólica ............................................................... 45 7.5 Tolerancia al calentamiento y capacidad de aclimatación ........................ 46 8.Discusión .............................................................................................................. 47 9.Conclusiones ........................................................................................................ 55 10.Anexo 1 ................................................................................................................ 56 11. Referencias ........................................................................................................ 57 Introducción La temperatura es un factor abiótico que influye en todos los procesos de los seres vivos (Somero, 2010). Las especies del planeta han desarrollado adaptaciones para sobrevivir en las condiciones térmicas del ambiente donde habitan (Mora y Ospina, 2001; Stillman y Somero, 2002; Díaz et al., 2013). Sin embargo, durante el último siglo se han observado cambios en el sistema climático del planeta como consecuencia de actividades antropológicas (Molina et al., 2017). Los patrones de precipitación han cambiado y se ha registrado un aumento de la temperatura promedio de la superficie terrestre y oceánica. Todas las proyecciones del cambio climático predicen que en los próximos cien años la temperatura seguirá aumentando en casi todos los ecosistemas del mundo (IPCC, 2013). Los ectotermos marinos son un grupovulnerable al cambio climático porque carecen de mecanismos fisiológicos y anatómicos para controlar la temperatura corporal (Portner, 2008; Somero, 2010). Algunos de estos ectotermos son recursos alimenticios importantes en todo el mundo y sostienen la economía de una parte importante de la sociedad. En México, el pulpo rojo Octopus maya es uno de los recursos pesqueros más importantes del país (CONAPESCA, 2015). Además, es una especie endémica de la península de Yucatán y una pieza fundamental en las redes tróficas del ecosistema marino del que forma parte (Juárez et al., 2015). Es importante conocer la tolerancia térmica de O. maya, las respuestas fisiológicas y conductuales, así como la vulnerabilidad de la especie ante el aumento de temperatura con el fin de dilucidar las posibles consecuencias del cambio climático sobre la población de pulpo rojo. En trabajos anteriores se ha determinado la tolerancia térmica en distintos estadios de vida de O. maya y se encontró que las etapas tempranas tienen una alta sensibilidad térmica (Noyola et al., 2013). Hasta la fecha, todas las investigaciones han aclimatado a los pulpos con temperaturas constantes. Sin embargo, las predicciones del cambio climático indican una alta probabilidad de que se den fluctuaciones térmicas estaciónales o diarias en los primeros cien metros de profundidad de la columna de agua, en la mayoría de los ecosistemas marinos (IPCC, 2013). Por otra parte, se ha observado que la temperatura de aclimatación tiene una influencia directa sobre la tolerancia térmica de los ectotermos marinos (Anguiletta, 2009; Somero; 2010), incluido O. maya. (Noyola et al., 2013; Juárez et al., 2015; Noyola et al., 2015; Juárez et al., 2016; Caamal-Monsreal et al., 2016; Sánchez et al., 2017). En este contexto, se diseñó la presente investigación cuyo objetivo es conocer si la aclimatación de los juveniles tempranos de O. maya en fluctuaciones diarias de temperatura que incluya una temperatura por fuera de su aclimatación funcional aumenta la tolerancia térmica de los organismos. 1.1 Efecto de la temperatura sobre los seres vivos: los ectotermos acuáticos La temperatura es uno de los factores abióticos con mayor influencia sobre los seres vivos. Esta variable afecta todos los niveles de organización biológica, a escala molecular, bioquímica, fisiológica y de conducta (Mora y Ospina, 2001; Stillman y Somero, 2002; Díaz et al., 2013). La temperatura tiene la suficiente magnitud como para imponer estrictos límites en donde la vida puede ocurrir. Por lo tanto, la distribución biológica, suele reflejar los gradientes térmicos del planeta, tanto de especies acuáticas y terrestres, como en contextos espaciales y temporales (Hochachka y Somero, 2002). Sin embargo, la temperatura no ejerce el mismo impacto sobre las diversas especies. La sensibilidad térmica, la termorregulación, la evolución e historia de vida juegan un rol importante en su adecuación (Angilletta, 2009). A lo largo de la historia evolutiva, las especies han desarrollado adaptaciones fisiológicas, morfológicas y conductuales para regular su temperatura corporal (Cumillaf et al., 2016). Los organismos que carecen de mecanismos anatómicos y fisiológicos para mantener una temperatura corporal constante y distinta del medio en el que se desarrollan, se conocen como ectotermos. La temperatura tiene particular influencia sobre la supervivencia y adecuación de los ectotermos (Hochachka y Somero, 2002). La mayoría de los ectotermos marinos habitan en ambientes donde ocurren fluctuaciones de temperatura de manera espacial y temporal (Sokolova, 2013). Por esta razón, los organismos se han adaptado para sobrevivir dentro de un rango de temperaturas más o menos bien establecido, conocido como intervalo de tolerancia térmica (Reynolds y Casterlin, 1979). Cuando los regímenes térmicos de los ecosistemas cambian y los organismos se exponen a temperaturas por fuera de su tolerancia térmica, es necesario que migren en busca de condiciones térmicas funcionales o que desplieguen mecanismos fisiológicos que les permitan sobrevivir. Esta condición de estrés térmico se puede tolerar por un tiempo limitado. (Hochachka y Somero, 2002). 1.2 Temperatura preferida Los ectotermos móviles se desplazan dentro de su hábitat para ajustar su temperatura corporal. Los animales seleccionan temperaturas usando una variedad de estrategias, incluyendo las migraciones estacionales, diurnas y la selección de un periodo apropiado para el forrajeo, la caza, el cortejo, el apareamiento, etc. (Somero 2010). De esta manera, pueden pasar más tiempo a temperaturas que corresponden a su aclimatación funcional y evitar temperaturas extremas que podrían resultar en graves daños o incluso, la muerte (Kelsh y Neill, 1990). En el laboratorio se puede medir la temperatura preferida de un ectotermo móvil exponiéndolo a un gradiente térmico para que tenga la opción de elegir. Se ha observado que la temperatura preferida, medida en un sistema experimental, suele estar dentro del rango de aclimatación funcional (Huey, 1991). Dos métodos existen para estimar la temperatura preferida en el laboratorio. El método gravitacional y el agudo. El método gravitacional evalúa la preferencia térmica en organismos que proceden del océano. El método agudo evalúa los efectos de la temperatura de aclimatación sobre la preferencia térmica (Reynolds, et al. 1979; Noyola et al., 2013). 1.3 Tolerancia térmica Conocer la tolerancia térmica de las especies es un primer acercamiento para estimar la capacidad que tienen los organismos para tolerar el estrés térmico. Se le conoce como intervalo de la tolerancia térmica al rango de temperaturas en las que un ser vivo puede vivir, es decir, su límite es la temperatura letal. El rango de tolerancia térmica de las especies se divide en dos zonas, la zona óptima y la zona sub óptima, limitadas entre sí, por la temperatura crítica mínima y la temperatura crítica máxima. El límite térmico crítico se define como el punto en el cual la actividad locomotora se desorganiza y el animal pierde su capacidad de escapar de las condiciones que rápidamente llevarán a su muerte (Lutterschmidt y Hutchison, 1997b; Díaz et al., 2013). La tolerancia térmica de cada especie refleja su historia evolutiva y en el caso de los ectotermos, esta se encuentra fuertemente influenciada por su capacidad de aclimatación (Reynolds y Casterlin, 1979; Somero 2010). Los ectotermos tienen la capacidad de responder a un cambio de temperatura por medio de la aclimatación. Esto implica un proceso que comienza con la detección de una señal ambiental, seguida de la transducción de la señal en una respuesta celular y la activación de moléculas (Vinagre et al., 2015). 1.4 Tolerancia térmica limitada por la energía y la capacidad de oxigenación Los seres vivos son sistemas termodinámicamente abiertos y necesitan mantener un balance entre la entrada y salida de energía para sobrevivir. La energía que entra al sistema, está limitada por su habilidad de conseguir y asimilar el alimento, así como de su capacidad metabólica para transformarlo en moléculas de ATP. El presupuesto energético se reparte de manera que los animales prioricen el costo metabólico para mantenerse vivos, por encima de otros procesos como el crecimiento o la reproducción. Sin embargo, la asignación del presupuesto energético dependerá de la especie y del momento ontogénico en el que se encuentre cada individuo (Pörtner, 2010; Sokolova, 2013). Recientemente se han propuesto modelos que se enfocan en integrar los efectos de diversos estresores ambientales sobre los procesos biológicos que están relacionados directamente con la adecuación de los organismos y que a su vez son ecológicamente relevantes. Este marco teórico permite relacionar lasrespuestas fisiológicas a largo plazo y sus consecuencias en las poblaciones (Sokolova, 2013). El modelo de tolerancia térmica limitada por el oxígeno y la capacidad de oxigenación parte del concepto OCLTT (por sus siglas en inglés oxygen-limited and capacity-limited thermal tolerance) y examina la respuesta a estresores ambientales para analizar la tolerancia térmica de las especies. En este modelo se propone que la tolerancia térmica está determinada por la capacidad del sistema circulatorio y ventilatorio de los organismos para llevar oxígeno a las mitocondrias y producir el ATP que suple las demandas metabólicas (Pörtner, 2001; Pörtner, 2002; Pörtner, 2010). Partiendo de las premisas anteriores, Sokolova et al., (2013) propuso el modelo de tolerancia al estrés limitada por la energía. Este modelo se centra en entender las respuestas biológicas de los organismos como marcadores bioenergéticos que permitan distinguir entre un nivel de estrés moderado compatible con la supervivencia a largo plazo, de un estrés extremo bioenergética mente insostenible. Estos marcadores reflejan el descenso progresivo del Campo Aeróbico Metabólico (CAM), definido como la fracción de energía metabólica disponible después de cubrir el costo del mantenimiento estándar (Clark et al., 2013). El CAM es un indicador del estado fisiológico de los organismos. También, es un indicador de la energía con la que disponen los seres vivos para llevar a cabo todos los procesos biológicos que contribuyen a mejorar la adecuación de las especies (Clark et al., 2013; Sokolova et al., 2013). En ausencia de estrés térmico un organismo se encuentra en el intervalo óptimo. En el intervalo óptimo, el organismo produce por metabolismo aeróbico las moléculas de ATP necesarias para cubrir el costo del metabolismo estándar, en otras palabras, el balance energético es positivo. En esta condición el metabolismo anaerobio está activo, pero en un nivel basal el cual puede manifestarse a partir de la detección de pequeñas concentraciones de lactato sanguíneo. En el intervalo óptimo, el campo aeróbico metabólico (CAM) es máximo y está disponible para sostener procesos biológicos como el crecimiento, la reproducción y la generación de reservas. La magnitud de estos procesos y la cantidad de energía dirigida hacia ellos dependerá del estado del ciclo de vida del organismo (Sokolova et al., 2013). El intervalo pejus comienza cuando el organismo está expuesto a una condición de estrés moderado. Los mecanismos de protección al estrés se activan. El costo del metabolismo estándar incrementa por el consumo energético que genera la protección al estrés. Es probable que en esta condición la asimilación del alimento y/o la capacidad del metabolismo aeróbico se vean comprometidos pues las moléculas involucradas en la producción de energía podrían haber alcanzado su máxima capacidad. Por esa razón en esta condición es posible observar un declive en la magnitud del campo aeróbico. Así, ante la ausencia de una producción mayor de energía, las reservas energéticas disminuyen o desaparecen (Pörtner 2010). Cuando los organismos están expuestos a un estrés extremo, en el intervalo pessimum, el incremento progresivo de las demandas de ATP supera el suministro de las moléculas por vías del metabolismo aeróbico. El campo aeróbico es tan bajo que se activan los procesos bioquímicos asociados a la producción de energía por rutas anaeróbicas. En esta condición, el metabolismo anaeróbico sostiene la tasa metabólica estándar. Debido a la acumulación de ácido láctico y al desgaste energético de los organismos, esta condición fisiológica se puede sostener sólo por un tiempo limitado. Sin embargo, se ha observado que algunas especies puede sobrevivir por mayor tiempo en esta condición gracias a la activación de mecanismos que les permiten disminuir las demandas metabólicas (Sokolova et al., 2013). Finalmente, en los límites de la tolerancia térmica se encuentran las temperaturas letales. Cuando un organismo se encuentra en estos puntos térmicos se generan disturbios masivos de la homeostasis, daños celulares y sistemáticos que no pueden ser reparados, dando como resultado la muerte (Sokolova, 2013). (Fig.2) Figura1. Integración del modelo OCLTT de Portner (2010) y tolerancia al estrés limitada por la energía de Sokolova (2013). Tp: Temperatura óptima, Tc: Temperatura crítica, Td: Temperatura letal o de desnaturalización. Las técnicas para medir el campo aeróbico metabólico dependen en gran medida de la especie de estudio y sus hábitos. Para medir el consumo de oxígeno y obtener la tasa metabólica estándar (TMmin) y la tasa metabólica máxima o activa (TMmáx), es común utilizar un túnel de nado para las especies acuáticas móviles y cámaras respirométricas para los organismos sésiles. En el caso de la TMmin se mide en un periodo de nula o mínima actividad y sin haber alimentado al organismo desde horas antes (dependiendo de la especie) de modo que el gasto metabólico de la digestión y/o asimilación metabólica no influya en la medición. La TMmáx se mide aumentando la velocidad de agua que pasa por el túnel para obligar a los animales a desarrollar una actividad constante. En organismos de baja actividad como los caracoles se ha utilizado la persecución en donde el organismo es obligado a moverse. En especies sésiles, esta medición es más complicada. Algunos autores han propuesto pinchar al animal para provocar un pico de actividad espontánea pero no todos los organismos responden al estímulo (Clark et al., 2013). Recientemente se ha propuesto utilizar una temperatura alta, pero por debajo de la temperatura crítica máxima (90%) con el fin de provocar una respuesta de escape y generar un consumo de oxígeno máximo (Rodríguez- Fuentes et al., 2017; Paschke et al., 2018). 1.5 El crecimiento como indicador del estado fisiológico de los ectotermos El crecimiento de los ectotermos es un indicador del nivel de estrés ambiental. El crecimiento de un animal implica dos procesos distintos: La tasa de crecimiento o acumulación de biomasa y la tasa de desarrollo o diferenciación ontogénica. Ambos están limitados por la alimentación, consumo, digestión, absorción y anabolismo. La temperatura afecta todos estos procesos, sin embargo, no son igualmente sensibles a esta variable. Al igual que el desarrollo, el crecimiento es impulsado por el metabolismo, principalmente el aeróbico. Si el metabolismo se perturba esta modificación se verá reflejada en el desempeño de los ectotermos. Es muy probable que una disminución en el desempeño afecte negativamente el crecimiento de los organismos. En este sentido, el crecimiento podría reflejar el estado fisiológico de los animales. Sin embargo, el efecto de la temperatura sobre el tamaño corporal depende de cómo se distribuya la energía y los materiales durante la ontogenia (Zuo et al, 2012). 1.6 Cambio climático En las últimas décadas, se han observado cambios en algunas características del sistema climático global como la temperatura de la superficie terrestre y la distribución de la precipitación (IPCC, 2013). Los cambios en el clima son consecuencia de actividades humanas que generan una producción excesiva de gases de efecto invernadero (GEI) como el dióxido de carbono (CO2), metano (CH4) y óxido nitroso (N2O). El uso de combustibles fósiles, la actividad agrícola e industrial y la deforestación son las principales actividades humanas que contribuyen al cambio climático (Molina et al., 2017). Los GEI se acumularon en exceso en la atmósfera a partir de la revolución industrial en el siglo XVII. En 1850 la concentración de dióxido de carbono en la atmósfera era de 280 ppm (partes por millón), la de metano era de 700 ppmm (partes por billón) y la de óxido nitroso era de 280 ppmm (partes por billón).En 2013 la concentración del CO2 atmosférico ha aumentado 43%, es decir 400 ppm, la de metano 163%, con 1800 ppmm y la de óxido nitroso 17% con 330 ppmm (partes de billón) (Fig. 1). Esta cantidad de gases no pueden ser absorbidos por los mecanismos que antes mantenían en equilibrio la composición química de la atmósfera (Molina et al., 2017). Figura 2. Muestra el aumento de la concentración de los GEI desde el año 1850 hasta el 2013. Los puntos y líneas verdes corresponden al CO2 (dióxido de carbono), los naranjas al CH4 (metano) los rojos al N2O (óxido nitroso). Tomada del resumen para responsables de políticas. Informe de síntesis. Cambio climático 2014 del IPCC, 2013. Recientemente se ha puesto énfasis en el hecho de que la temperatura promedio del planeta ha aumentado como consecuencia del cambio climático de origen antropogénico. La temperatura promedio del agua en los océanos también se ha incrementado en los primeros 100 metros de la columna de agua (Fig. 2). Figura 3. Mapa del cambio observado en la temperatura media anual de 1901 y 2012 derivado de la tendencia lineal en la que la suficiencia de los datos permite obtener una estimación sólida. Las demás áreas se encuentran en blanco. Las áreas coloreadas indican tendencias significativas al nivel del 10%. Las líneas diagonales indican áreas donde las tendencias no son significativas. Tomado del resumen para responsables de políticas. Cambio climático 2014. Impactos, adaptación y vulnerabilidad del IPCC, 2013. Las predicciones más optimistas prevén que al final del siglo XXI, la temperatura en las zonas tropicales y subtropicales aumente entre 0.6ºC y 2.0ºC en los primeros 100 metros de profundidad (IPCC, 2013). Sin embargo, existen proyecciones que prevén un aumento de 4°C o más en algunas zonas tropicales y subtropicales (IPCC, 2013). El impacto del cambio climático sobre la vida marina puede ser potenciada por la contaminación, destrucción del hábitat, acidificación de los océanos y sobre explotación de las especies de importancia pesquera (Sokolova et al., 2013). El efecto del cambio climático es una preocupación a nivel mundial. El cambio climático tendrá consecuencias sobre la dinámica de los ecosistemas. Por lo tanto, es importante analizar los mecanismos fisiológicos, moleculares y celulares que los organismos despliegan en respuesta al estrés térmico para dilucidar el posible efecto que los cambios en el clima tendrán sobre las poblaciones y los individuos que las conforman (Molina et al., 2017). 1.7 Capacidad de aclimatación y vulnerabilidad al cambio climático Los escenarios del cambio climático modelados para el resto del presente siglo, predicen una mayor taza de calentamiento en las zonas templadas que en las zonas tropicales (IPCC, 2013). Sin embargo, las evidencias muestran que las especies que viven en ambientes tropicales pueden sufrir más con un pequeño incremento de la temperatura (Tewksbury et al., 2008; Hoffmann and Todgham, 2010; Pörtner and Peck, 2010) debido a que los organismos tropicales viven más cerca de sus límites térmicos (Stillman, 2003; Deutsch et al., 2008; Tewksbury et al., 2008; Duarte et al., 2012). Sin embargo, la vulnerabilidad al cambio climático no sólo depende de los límites térmicos de los organismos y su tolerancia al calentamiento, también depende de su capacidad de aclimatación (Angilletta, 2009). La tolerancia al calentamiento se define como la diferencia entre la TC máx de los organismos y la temperatura máxima de su respectivo hábitat. Por otra parte, la capacidad de aclimatación se define como la habilidad de la especie para incrementar su límite térmico superior (TC máx) después de que se le haya aclimatado por un periodo de tiempo a temperaturas más altas. La capacidad de aclimatación se estima obteniendo la diferencia entre la TC máx. de los organismos aclimatados a una temperatura control y la TC máx. de los aclimatados a una temperatura más cálida (Vinagre et al. 2016). 1.8 Biología de Octopus maya Este octópodo es una especie bentónica endémica de la Península (Voss y Solís- Ramírez, 1966). Se distribuye a lo largo de la plataforma continental desde la costa de Ciudad del Carmen en el estado de Campeche hasta Isla Mujeres en el estado de Quintana Roo (Solís-Ramírez 1994, Van Heukelem 1977). Octopus maya habita a una profundidad máxima de 58 metros, con mayor abundancia entre los 10 y 25 metros. (Gamboa-Álvarez et al., 2015). Los pulpos de esta especie viven en praderas de Thalassia testudinum, en conchas vacías de gasterópodos como Strombus gigas, Strombus costatus y Pleuroploca gigantea, así como en oquedades, cuevas y rocas coralinas que le sirven de refugio (Voss y Solís-Ramírez,1966). El carácter más distintivo del pulpo maya es la presencia de una mancha oscura u ocelo situado bajo los ojos, haciéndose menos aparente en los adultos. Esta especie de cefalópodo alcanza tallas grandes. La longitud del manto (Fig. 4) en etapa de adulto es de 48 –116 mm en las hembras y 77– 119 mm en los machos. O. maya tiene un ciclo de vida corto que dura entre uno y dos años. Cuando los machos alcanzan la etapa adulta, el tercer brazo derecho es hectocotilizado y contiene una lígula pequeña y en forma de cuchara que le permite transferir los espermatóforos a la cavidad del manto de la hembra (Voss y Solís – Ramírez, 1966; Ávila-Poveda et al., 2009). Machos y hembras tienen varias cópulas durante la etapa de reproducción. La hembra conserva los espermatóforos y fecunda los óvulos utilizando el esperma de varios machos con los que copuló. Al final del ciclo de vida, la hembra coloca la puesta, entre 1500 y 2000 huevos, en oquedades o refugios. Los huevos son piriformes, de color blanco y miden 17 mm de largo. El desarrollo es directo y la incubación dura entre 50 y 65 días. Durante este periodo, la hembra no se alimenta ni sale del refugio por lo que muere de inanición una vez que los huevos eclosionan (Voss y Solís-Ramírez, 1966). Durante los primeros quince días de vida, las crías pasan por un estado de transición que se caracteriza por la absorción del vitelo interno, cambios en la glándula digestiva y un comportamiento holo-bentónico1 (López-Ripoll, 2010). Después de este periodo, la glándula digestiva está completamente desarrollada y se comportan como organismos bentónicos (López-Ripoll, 2010; Noyola Regil et al., 2015). Figura 4. Esquema con las principales medidas para determinar el tamaño de los pulpos. La longitud del manto es la medida más confiable (FAO, 2013) El pulpo maya forma parte de una red trófica compleja y dinámica que probablemente cambia a lo largo de su ciclo de vida (Noyola Regil, 2015). De acuerdo con Celis-Sánchez y colaboradores (2014), los cangrejos del género Callinectes spp son la principal presa de O. maya. Sin embargo, otros crustáceos como Libinia dubia, y moluscos como Strombus pugilis y Melongena corona bispinosa forman parte importante de la dieta de esta especie. El róbalo Centropomus undecimalis y el pargo canané Ocyurus chrysurus se han reportado como principales depredadores, los cuales forman parte de las comunidades de peces de la Península de Yucatán (Solís - Ramírez et al., 1997; Noyola Regil, 2014). 1.9 Área de distribución de Octopus maya 1 Holo-bentónico se refiere al comportamiento mixto en el que el juvenil puede estar tanto en el bentos como nadando en la columna de agua. Este comportamiento se ha observado en los juveniles tempranos de O. maya. La plataforma de la Península de Yucatán recibe diferentes masas de agua del Caribe y ocasionalmente de regiones más profundas del Golfo de México que convergen en una plataforma amplia, plana y poco profunda. De la parte continental, la plataforma recibe agua, nutrientes y materia delas lagunas costeras, los ríos subterráneos y cenotes. Por lo anterior, la plataforma posee condiciones térmicas heterogéneas que influyen en la distribución espacial y temporal de las especies. Sin embargo, las propiedades de la termoclina en la costa de Yucatán están principalmente determinadas por la acción combinada de dos procesos: 1. El aporte de calor atmosférico y los procesos de evaporación en la superficie del agua y 2. La llegada de agua mucha más fría en verano por la surgencia proveniente del Caribe. La surgencia estacional de verano es uno de los fenómenos con mayor influencia en el hábitat de O. maya, ocurre de julio a septiembre y provoca temperaturas por debajo de los 23° C en profundidades mayores a los 4 metros (Enríquez et al., 2013). Esta surgencia provoca que la zona costera del Estado de Yucatán se diferencie en dos zonas: la que corresponde a la costa que va de Dzilam de Bravo a Ría Lagartos, donde la surgencia tiene mayor influencia y la costa que va desde Progreso a Celestún que es una zona de transición (Enríquez et al., 2013). En contraste, en el estado de Campeche la surgencia estacional de verano no tiene mayor influencia por lo que las temperaturas, en las zonas en las que se distribuye O. maya están regidas por las variaciones térmicas asociadas con los cambios estacionales. Estudios recientes han demostrado que los patrones de reproducción de O. maya están relacionados con la forma en que la surgencia estacional tiene o no influencia a lo largo del área de distribución (Rosas et al., 2012; Juárez et al., 2016; Ángeles-González et al., 2017). Se ha observado que los pulpos que se distribuyen en las zonas donde la surgencia estacional de verano tiene mayor influencia, presentan un periodo de reproducción continuo con un máximo en los meses más fríos del año, mientras que, en la zona de Campeche, el periodo reproductivo está restringido a los meses más fríos (Rosas et al., 2012; Juárez et al., 2016). 1.10 Pesquería de Octopus maya La pesquería de pulpo es una de las más importantes del país. Se extraen entre 10 y 20 mil toneladas anuales, y ocupa el lugar once en cuanto a volumen y el cuarto en cuanto a su valor (Instituto Nacional de la Pesca, 2015). Representa una importante actividad económica, principalmente en los Estados de Campeche, Yucatán y Quintana Roo donde la pesca de pulpo genera alrededor de 15 mil empleos directos (CONAPESCA, 2011). Las especies que sostienen la pesquería son el pulpo patón (Octopus vulgaris) y pulpo rojo (Octopus maya). Esta última representa el 80% de las capturas totales (SAGARPA, 2004). 2.Justificación Debido a la importancia pesquera, ecológica y como ejemplo de especie monitor para el cambio climático O. maya es una de las especies más estudiadas de todos los cefalópodos del mundo (Juárez et al., 2016). Se ha analizado el efecto de le temperatura en el desarrollo embrionario, crecimiento, reproducción y distribución geográfica. Se ha observado que los estados de vida tempranos son más sensibles a los cambios de temperatura ambientales. De acuerdo al Panel Intergubernamental IPCC, (por sus siglas en inglés) la plataforma continental de la Península de Yucatán será una de las zonas más afectadas por el cambio climático antropológico. Este fenómeno provocará una modificación en la temperatura del océano y en las corrientes marinas. Aunque los modelos predicen que las zonas ubicadas en latitudes subtropicales y templadas sufrirán mayores cambios que los trópicos, se espera que los límites máximos y mínimos anuales promedio cambien a nivel global en una escala diaria, estacional o interanual. El IPCC también pronostica que el cambio climático provocará fluctuaciones térmicas espaciales y temporales en la distribución geográfica de O. maya. Hasta ahora, la tolerancia térmica y los efectos de la temperatura en el crecimiento, desarrollo y balance energético de los juveniles tempranos de O. maya se han estudiado con temperaturas de aclimatación constantes (Noyola et al., 2013b).Sin embargo, es importante analizar el efecto de tales fluctuaciones termales en el campo aeróbico y crecimiento para evaluar la tolerancia térmica de los juveniles tempranos a las fluctuaciones térmicas posibles en un escenario de cambio climático y así comprender los alcances adaptativos que la especie podría tener ante los retos ambientales que impondrá el cambio climático global. 3. Pregunta de investigación La tolerancia térmica de los juveniles tempranos de O. maya tiene un intervalo entre los 22 y los 26°C, por fuera de los cuales se reduce el campo aeróbico. Esos límites se establecieron en condiciones constantes. Tomando en cuenta las predicciones del IPCC, es posible que los juveniles tempranos de Octopus maya experimenten variaciones diarias de temperatura en los próximos cien años. En ese contexto el presente estudio fue diseñado para contestar la siguiente pregunta de investigación. ¿La tolerancia térmica de los juveniles tempranos de Octopus maya se incrementa cuando son expuestos a variaciones diarias que los exponen a temperaturas por fuera del límite térmico previamente establecido? 4.Hipótesis La tolerancia térmica de los juveniles tempranos, embriones y organismos reproductores se ha establecido a partir de pulpos aclimatados en temperaturas constantes. Sin embargo, todos los escenarios de cambio climático modelados por IPCC (2013) indican una alta probabilidad de que ocurran fluctuaciones de temperatura diarias o estacionales en los primeros 100 metros de profundidad en la columna de agua de la mayoría de los ecosistemas marinos. Aunado a lo anterior, es posible que la surgencia estacional de verano que mantiene temperaturas por debajo de los 22°C en el ecosistema donde Octopus maya ocurre se vea alterada como consecuencia del cambio climático ya que el IPCC (2013) también propone la posibilidad de un cambio en las corrientes marinas. Por lo tanto, es probable que las condiciones térmicas del ambiente donde habita Octopus maya cambien y los organismos de esta especie se expongan a fluctuaciones diarias de temperatura. Teniendo en consideración que el régimen térmico al que se exponen los ectotermos marinos durante la aclimatación tiene un efecto sobre la tolerancia térmica, es de esperar que la tolerancia térmica de organismos expuestos a una condición fluctuante se modifique respecto de la obtenida en organismos expuestos a condiciones constantes como un reflejo de los mecanismos fisiológicos que los juveniles de Octopus maya pusieran en marcha para sobrevivir en un ambiente térmico fluctuante. 5.Objetivos 5.1 Objetivo general - Conocer si la exposición diaria a fluctuaciones de temperatura que incluya una temperatura por fuera de la aclimatación funcional amplía la tolerancia térmica de los juveniles tempranos de O. maya respecto de la observada en estudios previos. 5.2 Objetivos particulares - Conocer si la exposición a las fluctuaciones diarias de temperatura afecta el coeficiente de crecimiento diario de los juveniles tempranos de O. maya con respecto a los pulpos aclimatados a condiciones de temperatura constantes. - Conocer si el consumo de oxígeno durante el metabolismo estándar de los pulpos es afectado por la exposición diaria a fluctuaciones de temperatura como reflejo del estrés térmico al que se le expone. - Conocer el estado fisiológico de los juveniles tempranos de O. maya por medio del Campo Aeróbico Metabólico de los pulpos para saber si la exposición diaria a fluctuaciones de temperatura genera un estado de estrés fisiológico en los organismos. - Conocer la preferencia y los límites térmicos de los juveniles tempranos de O. maya aclimatados a las fluctuaciones diarias de temperatura para evaluar el grado de vulnerabilidad de la especie ante un escenariode cambio climático donde ocurran fluctuaciones diarias de temperatura. 6.Materiales y método 6.1 Origen de los animales y acondicionamiento Se obtuvieron 216 juveniles tempranos de O. maya a partir de puestas de hembras silvestres capturadas frente a las costas de Sisal, Yucatán, mediante el arte de pesca artesanal conocido como gareteo. Las hembras se acondicionaron en estanques de un metro cúbico, conectados a un sistema de recirculación con una temperatura constante de 24°C ± 1, 35.0% de salinidad y 6.70 mg/L de oxígeno disuelto. El fotoperiodo se estableció en 12 horas luz y 12 horas oscuridad. La puesta de huevos se mantuvo en las mismas condiciones hasta la eclosión. Las hembras y la puesta se acondicionaron en el área de maduración del laboratorio experimental, de organismos marinos de la Unidad Multidisciplinaria de Docencia e Investigación, Facultad de Ciencias, UNAM, Sisal, Yucatán, México (Fig. 5). Figura 5. A. Hembra reproductora de O. maya en cautiverio. B. Puesta de huevos de O. maya acondicionada en incubación. Un día después de la eclosión, cada pulpo se colocó en un contenedor de plástico de 500 ml, acondicionado con dos ventanas cubiertas con maya de plástico que permiten el libre paso de agua. Se colocó una concha de Strombus pugilis como refugio. Durante un mes se acondicionaron en estanques de 150 litros, conectados a un sistema de recirculación con una temperatura constante de 24°C ± 1, 35.0% de salinidad y 6.70 mg/L de oxígeno disuelto (Fig. 6). El fotoperiodo se estableció en 12 horas luz y 12 horas oscuridad. Figura 6. A). Sistema de re circulación utilizado durante la etapa de aclimatación de los juveniles tempranos de O.maya del primer experimento. B). Juvenil temprano de O.maya individualizado y en aclimatación. En el presente trabajo se llevaron a cabo dos experimentos. El primero se realizó con 120 organismos eclosionados en septiembre de 2015. El segundo se realizó con 96 organismos eclosionados en enero de 2016. En el segundo experimento, A B A B los pulpos se individualizaron hasta el segundo mes. En esta ocasión los juveniles se acondicionaron a un estanque de geomembrana de 22 000 litros bajo las mismas condiciones fisicoquímicas del primer experimento desde la eclosión hasta el primer mes de vida (Fig. 7). Figura 7. Estanques de geomembrana utilizados en la etapa de maduración de los juveniles del segundo experimento. A) Paredes del tanque B) Vista frontal del tanque Después del primer mes de acondicionamiento, los organismos se pesaron con una balanza analítica digital VELAB, modelo VE-1000. Se utilizó papel absorbente para eliminar el agua del animal, con el fin de evitar una sobre estimación. 6.2 Aclimatación El tiempo de aclimatación fue de un mes en ambas repeticiones. El primer experimento se llevó a cabo con cuatro grupos de pulpos, cada uno con 30 individuos de 0.38 ± 0.2 g de peso. Se asignaron al azar a cuatro tratamientos térmicos, dos constantes, 22° y 30° C y dos fluctuaciones, una de 22 a 26 °C y otra de 22 a 30 °C. Los pulpos se aclimataron a las fluctuaciones de temperatura en ciclos de 24 horas en las que se incrementó la temperatura a razón 1°C h -1 y los animales permanecieron por 5 h a 30°C y 8 h a 26°C (Fig. 8). El segundo experimento se llevó a cabo con cuatro grupos de pulpos de 0.38 ± 0.2 g de peso. Dos grupos de 30 pulpos y dos de 16. Los grupos de 30 pulpos se destinaron a las temperaturas fluctuantes y los de 16 a las constantes A B Figura 8. Variaciones de la temperatura a la que se expusieron los juveniles de O. maya con respecto al tiempo. A) Fluctuación 22-26°C y B) Fluctuación 22-30°C. Durante el mes de aclimatación, los pulpos se colocaron en estanques de 150 litros acoplados a un sistema de recirculación con 35.0% de salinidad, 6.70 mg/L de oxígeno disuelto y un fotoperiodo de 12 horas luz y 12 horas oscuridad (Fig. 9B). La temperatura se controló con enfriadores y calentadores de titanio sumergibles conectados a controladores digitales con sensores de temperatura. Durante el tiempo de aclimatación y de acondicionamiento, los pulpos se alimentaron dos veces al día, a razón del 71% de su peso húmedo, con una pasta de jaiba y calamar (30-70 % respectivamente), adicionada con una pre mezcla de vitaminas y aglutinada con grenetina (Rosas et al., 2008). La pasta, se colocó en valvas de moluscos para que el alimento llegara al fondo (Fig. 9A). Las heces, las valvas y restos de alimento se retiraron diariamente con un sifón para evitar la descomposición del alimento. A B Figura 9. A). Pulpo alimentándose de la pasta suministrada como alimento. B). Sistema de aclimatación de los juveniles tempranos de O. maya expuestos a los diferentes tratamientos térmicos. 6.3 Crecimiento El crecimiento se determinó como la diferencia del peso al inicio y al final del experimento. El peso de los animales se registró en el día uno y 30 después de haber experimentado los tratamientos experimentales. El coeficiente diario de crecimiento (CDC, % dia -1 ) se calculó como: CDC % día −1 = [(LnPi-LnPf)/t] *100 Donde Pi y Pf es el peso inicial y final, respectivamente. Ln es logaritmo natural y t es el número de días del tratamiento. 6.4 Consumo de oxígeno, metabolismo estándar El consumo de oxígeno en el metabolismo estándar de los animales experimentales se determinó individualmente en 16 pulpos por tratamiento. Se utilizaron cámaras respirométricas de 100 ml conectadas a un sistema de recirculación con un flujo de 1 ml s-1 (Fig. 10). Las cámaras se conectaron a sensores ópticos de flujo conectados a un amplificador OXY10 (Presens®) a su vez conectados a una computadora que registraba la concentración de O2 del agua que pasaba por los sensores. Una cámara sin pulpo se usó como control. El sensor se calibró para cada temperatura experimental usando agua marina saturada con aire (100%) y una solución de metabisulfito de sodio al 5% para 0% de oxígeno disuelto (Anexo 1). Figura 10. A) Juvenil temprano de O. maya en la cámara respirométrica. B) Sistema respirómetro de flujo continuo Los pulpos se expusieron a las mismas condiciones térmicas a las que fueron aclimatados. Las fluctuaciones se provocaron con un calentador de titanio sumergible de 1000 W. Las evaluaciones duraron aproximadamente 10 horas. El consumo de oxígeno de los animales se determinó como la diferencia entre la concentración de oxígeno de entrada y salida de cada cámara. El consumo de oxígeno (VO2) se determinó con la siguiente formula: VO2= (([O2, mg/L]e – [O2, mg/L]s) x Flujo (L/h-1))/peso, g Donde el consumo de oxígeno (VO2) es igual a la concentración de oxígeno inicial menos la concentración de oxígeno final multiplicado por el flujo de agua y dividido entre el peso del pulpo. Al final de la medición del consumo de oxígeno en el metabolismo estándar se pesaron los pulpos. 6.5 Temperatura preferida A B La temperatura preferida se determinó utilizando un canal de 4 metros de largo y 20 centímetros de diámetro, dividido en 20 segmentos de 20 centímetros cada uno. Un enfriador de inmersión de 400 W se conectó al final del canal para enfriar el agua a 6°C. En el otro extremo se colocó un calentador de titanio sumergible de 1000 W para calentar el agua a 38°C. Un gradiente de temperatura de 8 a 35°C se generó, con una diferencia de ± 1°C entre segmento (Figura 11). Se colocó un tubo difusor a lo largo del canal con el fin de mantener una concentración de oxígeno disueltode 6.7 mg/L y evitar la estratificación térmica vertical de la columna de agua (Díaz et al., 2006) Figura 11. Sistema utilizado en la determinación de la temperatura preferida. La preferencia térmica se evaluó individualmente. Se colocó al pulpo en el segmento donde el agua tenía la misma temperatura de aclimatación experimental del animal. En el caso de los pulpos expuestos a temperaturas fluctuantes, se eligió la temperatura más alta pues es la que los animales estaban expuestos en el momento de las evaluaciones de preferencia. El pulpo se mantuvo en el gradiente media hora, posteriormente se localizó el segmento donde se encontró y se tomó la temperatura. Este punto se estableció como la temperatura preferida. Se midieron seis pulpos en cada tratamiento. 6.6 Temperatura crítica máxima y mínima La ventana térmica de los juveniles de O. maya se determinó a partir de la evaluación de la temperatura crítica mínima (TCmin) y máxima (TCmáx). La temperatura crítica máxima se calculó con seis pulpos aclimatados a la fluctuación de 22-26°C, seis aclimatados a la fluctuación 22-30°C. La temperatura crítica mínima se calculó con seis pulpos aclimatados a la fluctuación de 22-30°C. Se tomaron los valores de temperaturas críticas mínimas de 22°C y 30°C de Noyola y colaboradores, 2013. La temperatura crítica máxima se calculó colocando al pulpo en un recipiente de ocho litros de agua. La temperatura inicial del agua fue la misma que la temperatura de aclimatación. Un aumento de temperatura a razón de 1°C por minuto se provocó utilizando un calentador sumergible de vidrio de 400 watts. La temperatura que provocó la expulsión de tinta de los pulpos, se consideró como la temperatura crítica máxima. Este criterio se ha utilizado para determinar la temperatura crítica máxima porque la expulsión de tinta en pulpos es una conducta de escape que se da en respuesta al estrés. Además, se ha observado que en el instante en el que el pulpo expulsa tinta pierde su capacidad de locomoción2. Durante el experimento, la variable que estresa al pulpo es el aumento de temperatura. (Noyola et al., 2013). La temperatura crítica mínima se calculó en el mismo canal en el que se realizaron las evaluaciones de temperatura preferida. Un gradiente de 30°C a 7°C con diferencia de 1°C entre segmentos de 10 cm cada uno se utilizó. Los pulpos, dentro de su contenedor individual se sumergieron en el punto que tenía la temperatura de aclimatación. El contenedor fue desplazado manualmente a razón de un segmento por minuto con el fin de que el pulpo experimentara una disminución de la temperatura de 1°C por minuto. La temperatura en la que los 2, 3 El límite térmico crítico se define como el punto en el cual la actividad locomotora se desorganiza y el animal pierde su capacidad de escapar de las condiciones que rápidamente llevarán a su muerte (Lutterschmidt y Hutchison, 1997b; Díaz et al., 2013). animales enrollaban los brazos y dejaban de moverse fue considerada como la temperatura crítica mínima.3 (Noyola et al., 2013). 6.7 Determinación del campo aeróbico metabólico 6.7.1 Método que utiliza temperaturas que inducen la tasa metabólica máxima y mínima en organismos ectotermos bentónicos para estimar el campo aeróbico Se utilizó el método de TIMR definido como la temperatura que induce la tasa metabólica mínima4 (TIMR min) y máxima5 (TIMR máx), respectivamente. Este método fue desarrollado en las instalaciones de la UNAM en Sisal para medir la actividad metabólica en organismos que no tienen conductas de natación continua, como los pulpos. En este método los valores de las TIMR min y TIMR máx permiten obtener información sobre la tasa metabólica de los pulpos en una condición que refleja la capacidad fisiológica de los organismos de producir energía metabólica en dependencia de la temperatura de aclimatación. En el caso de las TIMR máx. la temperatura alta estimula el metabolismo de los animales y es posible obtener una aproximación a la tasa metabólica en máxima actividad. La temperatura baja utilizada en TIMR min permite obtener una tasa metabólica baja localizada en algún punto entre el metabolismo basal y el metabolismo de rutina (Rodríguez Fuentes et al., 2017; Paschke et al., 2018). La TIMR máx se evaluó exponiendo a los organismos al 95% de su TCmáx. El agua de un tanque de 8 litros se calentó. Una cámara respirométrica se llenó con agua de este estanque y se midió la concentración de oxígeno inicial con un sensor polarográfico ISI Pro 20. El pulpo se colocó dentro de la cámara respirométrica. La cámara se cerró herméticamente bajo el agua y se dejó así por 4 La tasa metabólica mínima en este trabajo se refiere a un valor de tasa metabólica localizada en algún punto entre el metabolismo estándar y el de rutina 5 La tasa metabólica máxima se refiere a una tasa metabólica próxima al metabolismo activo cinco minutos. Pasados los cinco minutos, se midió nuevamente la concentración de oxígeno. Se realizaron 12 repeticiones para cada tratamiento (Fig. 12) Figura 12. A) Sistema experimental utilizado para las mediciones de TIMR min y TIMR máx de juveniles tempranos de O. maya aclimatados a cuatro tratamientos térmicos. B) Cierre de la cámara respirométrica C) Medición de la concentración de oxígeno utilizando un sensor polarográfico ISI Pro 20. Un procedimiento similar se siguió para la medición de la TIMR min. El agua se enfrío hasta alcanzar un valor equivalente al 110% de la TCmin. Una cámara respirométrica se llenó con agua y se midió la concentración de oxígeno inicial. El pulpo se colocó dentro de la cámara respirométrica. La cámara se cerró herméticamente bajo el agua y se dejó así por 5 min. Pasados los cinco minutos, se midió nuevamente la concentración de oxígeno. El consumo de oxígeno se calculó con fórmula: VO2 =[ ((((O2 i- O2 f) /t) /VR) *60 s) *1000 ml]- control /peso g Donde O2 i, es la concentración de oxígeno inicial, O2 f es la concentración de oxígeno final (mg/L), t es el tiempo del experimento (5 minutos) y VR es el volumen del frasco menos el volumen desplazado por el pulpo (ml). Los valores promedios de las evaluaciones efectuadas con 3 cámaras sin organismo fueron usados como valor control. A B C El CAM fue calculado a partir de la diferencia entre la tasa metabólica mínima y máxima, se utilizaron los valores promedio de cada tratamiento. 6.8 Tolerancia al calentamiento y capacidad de aclimatación La capacidad de aclimatación para cada tratamiento se calculó de la siguiente manera: TCmáx (tratamiento) menos TCmáx (grupo control) El grupo control de la fluctuación 22-26°C fue 22°C constante. La fluctuación de 22-30°C tuvo dos grupos control, uno fue 22°C y otro fue 22-26°C. Por lo tanto, se obtuvieron dos valores de la capacidad de aclimatación de los pulpos aclimatados en la fluctuación 22-30°C. El índice de tolerancia al calor se calculó restando la TCmáx. a la temperatura más alta registrada en el ecosistema (TMáx) de O. maya. Dos índices de vulnerabilidad se calcularon para cada tratamiento. Uno para Yucatán, donde la temperatura más alta registrada es de 26°C y otro para Campeche con 30 °C. El Panel Intergubernamental de expertos sobre el cambio climático (por sus siglas en inglés IPCC) predice un aumento de tres grados. Se calculó un índice de vulnerabilidad para este escenario, sumando tres grados a la temperatura máxima de ambas zonas de distribución. Es decir, 29°C para Yucatán y 33°C para Campeche. 6.9 Análisis de datos El coeficiente diario de crecimiento de los cuatro tratamientos fue analizado utilizando un análisis de varianza (ANOVA) de una vía, con un nivel de probabilidad de P < 0.05. Después del ANOVA se usó unaprueba de Tukey para comparar entre medias de los tratamientos. Se realizó una prueba de normalidad Shapiro – Wilk y una prueba de homocedasticidad, Barlett previo al ANOVA. Los valores del consumo de oxígeno de los pulpos medidos durante el metabolismo estándar se analizaron utilizando el lenguaje de programación R. Se calculó el promedio de cada tratamiento y se graficó con sus respectivas desviaciones estándares. Las gráficas muestran el promedio del consumo de oxígeno en función de la temperatura que experimentaban. Se utilizaron los datos del último intervalo de la medición, una vez que los pulpos aclimatados a las fluctuaciones llegaron al punto térmico más alto, para comparar el consumo de oxígeno del metabolismo de rutina de los pulpos aclimatados a los cuatro tratamientos térmicos. Se utilizó análisis de varianza (ANOVA) de una vía, con un nivel de probabilidad de P < 0.05 Para comparar las temperaturas críticas máximas entre los tratamientos 22-26 y 22-30 se utilizó una prueba de t de Student para muestras independientes. Los datos de temperatura preferida obtenida de los animales mantenidos en los cuatro tratamientos de aclimatación se analizaron con un análisis de varianza de una vía (ANOVA) con un nivel de probabilidad de P < 0.05. Después del ANOVA se usó una prueba de Tukey para comparar entre medias de los tratamientos. La ventana térmica se creó tomando las temperaturas críticas mínimas y máximas de los tratamientos 22, 26 y 30°C constante de Noyola y colaboradores por falta de juveniles para evaluar las temperaturas críticas en este experimento (2013). Para comparar las TIMR de las dos repeticiones del experimento se utilizó un análisis de varianza de una vía (ANOVA). Como no se observaron diferencias significativas los datos se agruparon. Así, para comparar entre los cuatro tratamientos de aclimatación, se realizó nuevamente un análisis de varianza de una vía (ANOVA) con un nivel de probabilidad de P < 0.05. Después del ANOVA se usó una prueba de Tukey para comparar entre medias de los tratamientos. Una prueba de normalidad Shapiro – Wilk y una prueba de homocedasticidad, Barlett se realizó previo a todas las pruebas de ANOVA. Todos los valores se expresaron como promedio + desviación estándar (DS). Todas las pruebas se realizaron con el paquete estadístico STATISTICA versión 8.0. 7.Resultados 7.1. Crecimiento Los datos de las muestras fueron homocedásticos y presentaron una distribución normal (Fig. 13) La temperatura de aclimatación tuvo un efecto significativo en el crecimiento de los juveniles de Octopus maya. Los pulpos aclimatados a 30°C tuvieron la mayor tasa de crecimiento, resultando ser 50 % mayor que la registrada para los aclimatados en 22°C (F = 9.65; gl = 3 P< 0.05; Fig. 14). Predicción vs Valores residuales Variable dependiente: Crecimiento (% dia-1) 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 2,6 2,8 3,0 3,2 3,4 3,6 3,8 4,0 4,2 Valores de predicción -2,5 -2,0 -1,5 -1,0 -0,5 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 R e s id u a le s A -2,5 -2,0 -1,5 -1,0 -0,5 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 Residuales -3,0 -2,5 -2,0 -1,5 -1,0 -0,5 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 V a lo re s e s p e ra d o s n o rm a le s ,01 ,05 ,15 ,35 ,55 ,75 ,95 ,99 Figura 13. A) La gráfica representa la homocedasticidad de los datos de la muestra. B) La segunda gráfica muestra la distribución normal de los datos. Ambas gráficas son de juveniles tempranos de O. maya aclimatados a cuatro tratamientos térmicos. B Figura 14. Coeficiente diario de crecimiento de juveniles tempranos de O. maya aclimatados a cuatro tratamientos térmicos. Los números son promedios + la desviación estándar. Las letras indican diferencias significativas 7.2 Consumo de oxígeno, metabolismo estándar Los valores del consumo de oxígeno del metabolismo de rutina no fueron significativamente diferentes en los organismos expuestos a los cuatro tratamientos térmicos (P > 0.05; Fig. 15). Aunque se observó una tendencia a mostrar una tasa metabólica mayor en aquellos animales aclimatados en la fluctuación 22-30°C. Figura 15. Consumo de oxígeno de metabolismo de rutina de juveniles tempranos de O. maya aclimatados a cuatro tratamientos térmicos. Los valores son promedio + desviación estándar. En el caso de los pulpos aclimatados a fluctuaciones se representa en el gráfico el consumo de oxígeno en el intervalo de tiempo que corresponde a la temperatura más alta de la fluctuación. Figura 16. Consumo de oxígeno de juveniles tempranos de O. maya aclimatados a cuatro tratamientos térmicos: A) 22°C B)22-26° C) 22-30°C D) 30°C. Los valores son promedio y está representado con la línea continua. La desviación estándar está representada con las líneas verticales. La línea punteada representa la temperatura en la que los pulpos estuvieron expuestos con respecto al tiempo de la medición. 7.3 Ventana térmica 7.3.1 Temperatura preferida Las condiciones de aclimatación no afectaron las temperaturas preferidas (f = 0.69; gl = 3; p > 0.05, Fig. 17). Se observó una tendencia de los animales A B C D aclimatados a 22°C a preferir temperaturas menores que las elegidas por los animales aclimatados a 30°C (21.7°C y 24°C, respectivamente). 7.3.2 Temperaturas Críticas La aclimatación a los tratamientos con fluctuación de temperatura, 22-26°C y 22- 30°C afectaron las temperaturas críticas máximas registradas en el presente estudio, con valores de 35 + 1.2°C para los animales expuestos a la fluctuación de 22–26°C y de 39.5 + 2.8°C para los pulpos aclimatados a la fluctuación de 22– 30°C (t = -3.65; gl = 10, P = 0.004; Fig. 17). La temperatura crítica mínima de los pulpos aclimatados en la fluctuación de 22 – 30°C fue 17.7 + 0.7°C (Fig. 17). Figura 17. Temperaturas críticas y preferidas de juveniles tempranos de O. maya aclimatados a cuatro tratamientos térmicos. Los valores son promedio + desviación estándar. Las barras azules representan la temperatura preferida, las naranjas son las temperaturas críticas máximas y la barra gris representa la temperatura crítica mínima. Las barras sin relleno son las temperaturas críticas tomadas de Noyola y colaboradores (2013). 7.4. Determinación del campo aeróbico 7.4.1. TIMR mínimas y máximas La tasa metabólica activa fue significativamente menor en los animales aclimatados a 30°C constante con un valor de 73.48 mg O2/h/g (F = 3.8; df = 3; P < 0.05; Fig. 18). La tasa metabólica activa del resto de los tratamientos tuvo un valor promedio de 105.6 + 3.4 mg O2/h/g entre los cuales no se registraron diferencias significativas. El valor más alto de tasa metabólica mínima se registró en los pulpos aclimatados a 30°C (46.4 + 27 mg O2/h/g). Los animales aclimatados a 22°C y los de ambas fluctuaciones no tuvieron diferencias significativas entre sí (F = 2.84; df = 3; p < 0.05; Fig. 18). Un valor promedio 29.8 + 4.4 mg O2/h/g se calculó para estos tres tratamientos. Figura 18. Tasa metabólica mínima y máxima de juveniles tempranos de O. maya aclimatados a cuatro tratamientos térmicos. Los valores son promedio. Las barras de error representan la desviación estándar. En azul se representa la tasa metabólica mínima y la tasa de metabolismo activo en naranja. Letras diferentes indican diferencias significativas. 7.4.2. Campo de actividad metabólica El valor más alto del CAM se registró en los animales aclimatados en la fluctuación de 22-26°C. El CAM más bajo fue el de los pulpos aclimatados en 30°C constante. El valor del CAM de 30°C resultó ser el 66% menor que el observado en 22-26°C (Fig. 17). Los animales en la fluctuación de 22-30°C y los aclimatados en 22°C constante mostraron un CAM 12 y 4% respectivamente, menores que el registrado en la fluctuación de 22-26°C (Fig. 19). Figura 19. Campo metabólico aeróbico de juvenilestempranos de O. maya aclimatados a cuatro tratamientos térmicos. Los valores son promedios. 7.5 Tolerancia al calentamiento y capacidad de aclimatación Los juveniles tempranos tienen una mayor capacidad de aclimatación hacia temperaturas cálidas que a las temperaturas frías. Los pulpos con mayor capacidad de aclimatación fueron los aclimatados a 22-30°C en comparación a los aclimatados en 22-26°C. La tolerancia al calentamiento es mayor para los pulpos de Yucatán que para los de Campeche. En un escenario de cambio climático en el que aumentara 3°C la temperatura del agua, disminuiría la tolerancia al calentamiento de O. maya tanto en Yucatán como en Campeche. Sin embargo, los juveniles temprano de Campeche serían más vulnerables que los de Yucatán (Tabla 1). Tabla 1. Capacidad de aclimatación y tolerancia al calentamiento de juveniles tempranos de O. maya. Capacidad de aclimatación máxima= TCmáx (tratamiento) – TCmáx (control). Capacidad de aclimatación mínima= TCmin (tratamiento) – TCmin (control). El asterisco indica la capacidad de aclimatación calculada tomando como contro la TC máx de los pulpos aclimatados en la fluctuación 22-26°C. Índice de vulnerabilidad = TMáx del ambiente – TCmáx (tratamiento). La temperatura máxima de Yucatan fue 26°C y la de Campeche 30°C. Se agregaron 3°C al valor de la T Máx del ambiente en la columna IPCC + 3 Tratamiento Capacidad de aclimatación Tolerancia al calentamiento, °C Yucatán Campeche Yucatán IPCC + 3 Campeche IPCC + 3 Máxima Mínima 22 °C 6.7 2.7 3.7 - 0.3 22-26 °C 2.3 0.2 9 5 6 2 *22-30 °C 4.5 4.7 13.5 9.5 10.5 6.5 22-30 °C 1.5 1.3 30°C 10.5 6.5 7.5 3.5 8.Discusión El presente estudio fue diseñado para establecer si es que la exposición a una temperatura fluctuante mejora la tolerancia térmica de los juveniles tempranos de O. maya. Los resultados obtenidos indican que la fluctuación térmica que incluye una temperatura por fuera del rango óptimo, es decir 22-30°C, no mejora la tolerancia térmica de los juveniles. La temperatura crítica máxima de los pulpos aclimatados a la fluctuación de 22- 30°C si aumentó con respecto a los aclimatados en 22-26°C. Sin embargo, los pulpos aclimatados a 22-30°C tuvieron un valor del CAM reducido en comparación con los de 22°C y los de 22-26°C aunque mayor que el valor de CAM de los pulpos aclimatados a 30°C. El valor del CAM de los pulpos aclimatados a 30°C resultó de un consumo de oxígeno mayor cuando se evaluó la taza metabólica mínima en comparación con el resto de los tratamientos. Por otra parte, el coeficiente diario de crecimiento de los pulpos aclimatados a 22-30°C no fue significativamente mayor que la observada en los pulpos aclimatados a 22-26°C, por lo tanto, este gasto metabólico no se puede atribuir a los procesos biológicos asociados al crecimiento. Debido a lo anterior, el gasto del metabolismo estándar podría reflejar el costo del mantenimiento de los mecanismos fisiológicos desplegados como respuesta al estrés térmico o, a un desacople de las vías del metabolismo aeróbico. De cualquier forma, disminuye la energía disponible para el desarrollo, la actividad, el crecimiento, almacén de energía y otros procesos relacionados con la adecuación (Sokolova et al., 2013). La temperatura de aclimatación no afectó la temperatura preferida. Estos resultados concuerdan con los obtenidos en el camarón Litopenaeus vannamei y en el pez Micropterus salmoides en los cuales tampoco se observó un efecto de la aclimatación sobre el preferendum térmico (Díaz et al. 2007; González et al. 2010). Fry (1974) observó que cuando las evaluaciones de temperatura preferida duran más de dos horas, los organismos de una misma especie suelen elegir la misma temperatura, independientemente de su temperatura de aclimatación. Es decir, los organismos de una especie tenderán a elegir la misma temperatura cuando tengan la libertad para hacerlo. Probablemente la temperatura preferida de los juveniles de O. maya no se vio influenciada por su temperatura de aclimatación debido a que esta especie evolucionó en un ambiente térmicamente estable. De acuerdo con los reportes oceanográficos existen evidencias que indican que la costa norte de la Península de Yucatán es afectada por una surgencia que en el verano mantiene la temperatura del bentos entre los 22 y los 26ºC (Enríquez et al., 2013). Esa surgencia, posiblemente aparecida una vez que la Península terminó de elevarse (hace 3-5 millones de años) proporcionó un hábitat con temperaturas más bien constantes en el que, en verano la temperatura del fondo se mantiene por la influencia de la surgencia y en el invierno por la reducción de la temperatura superficial producida por la influencia de los vientos polares. Así, los resultados del presente estudio indican que, debido a la estabilidad ambiental, los juveniles de O. maya tienden a preferir un intervalo relativamente estrecho de temperaturas debido, principalmente a que están adaptados a ambientes más bien constantes o con intervalos de variación térmica muy estrechos. Esto explicaría porque la preferencia de temperatura de los pulpos no fue afectada por las fluctuaciones de temperatura, indicando que, a pesar de ser expuestos a un ambiente cambiante, los organismos no fueron capaces de modificar los patrones conductuales que se manifiestan en los ensayos de preferencia térmica (Zavala-Hidalgo et al. 2003, Zavala-Hidalgo et al. 2006, Enríquez et al., 2010; Noyola et al. 2013a; Noyola et al. 2013b) De acuerdo a la hipótesis de Pörtner (2010), el preferendum térmico suele coincidir con el máximo valor de CAM y el máximo desempeño de los organismos. De igual forma, Sokolova (2012) propone que el desempeño de las especies es máximo, en el intervalo óptimo. Por esta razón, los organismos eligen temperaturas que se encuentran dentro del intervalo óptimo. En el presente estudio, la temperatura preferida se encuentra dentro del intervalo de aclimatación que tuvo un mayor valor de CAM el cual fue registrado en la fluctuación de 22-26°C. En estudios previos (Noyola et al., 2013a, Noyola et., al 2013b) los resultados de crecimiento y balance energético mostraron que los juveniles de O. maya aclimatados en temperaturas dentro del rango de 22-26°C maximizan su eficiencia para transformar la energía ingerida en biomasa y exhiben su máximo desempeño. También se observó que las altas temperaturas provocan una reducción en el CAM. De la misma manera, en la presente investigación se observó que los animales aclimatados a 30ºC mostraron los valores más bajos de CAM, indicando que en tales condiciones los pulpos experimentaban un desgaste metabólico general que limitó su desempeño. Es interesante notar que el valor de CAM registrado para los animales de la fluctuación 22-30°C fue superior al obtenido en los aclimatados a 30°C constante, lo que indicaría que el estrés térmico es mayor en una temperatura constante por fuera del rango óptimo en comparación con una condición fluctuante, aunque esta incluya 30°C. De acuerdo al modelo propuesto por Sokolova (2013) cuando los organismos se encuentran en un rango pejus, se ponen en marcha mecanismos de defensa como la síntesis de proteínas de choque térmico, así como moléculas asociadas al sistema antioxidante. Tales mecanismos provocan que el costo energético por mantenerse vivo aumente y entonces tengan menos energía disponible para el resto de las funciones biológicas. Probablemente, los pulpos aclimatados en el régimen fluctuante, al estar expuestos a otras temperaturas que, si están dentro del intervalo óptimo, tienen oportunidad de recuperarse porque no tienen que enfrentar todo el tiempo el estrés que implica estar por encima de 26°C mientras que los aclimatados a una temperatura de 30°C todo el tiempo tendrían que
Compartir