Descarga la aplicación para disfrutar aún más
Vista previa del material en texto
UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE CIENCIAS Análisis de las respuestas de escape del camarón Farfantepenaeus dourarum ante estímulos artificiales y naturales (Callinectes sp.) T E S I S QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE B I Ó L O G A P R E S E N T A : YOALLI QUETZALLI HERNÁNDEZ DÍAZ DITECTOR DE TESIS: DR. XAVIER CHIAPPA CARRARÁ 2008 Neevia docConverter 5.1 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. AGRADECIMIENTOS Agradezco a mi director Dr. Xavier Chiappa Carrará, por el tiempo, el apoyo, la asesoría y confianza otorgados durante la realización de este trabajo. Gracias por los “múltiples momentos de ocio”. A la Dra. Maite Mascaró Miquelajáuregui, al Dr. Luis Alberto Muñoz Ubando y al Dr. Nuno Simões, quienes sin confundir amistad con profesionalidad me brindaron una asesoría permanente, crítica y reflexiva. A los Ingenieros Javier Aldana y Ricardo Pérez por la realización del software de la automatización de datos. A la Dra. Gabriela Gaxiola y al M. en Cómputo Aplicado Armando Cervantes Sandoval por la amistad, el aporte de información, apoyo y asesoría. Al Dr. Carlos Rosas por proveer detalles valiosos siempre. A los técnicos académicos de la UMDI-Sisal, Biól. Manuel Valenzuela Jiménez por su paciente asistencia en el manejo de los organismos, Biól. Gabriela Palomino Albarrán, Ing. Adriana Paredes Medina, Ing. Miguel Arévalo López, M. en C. Juan José Dorantes Aranda, Biól. Gabriel Taboada Domínguez, M. en. C. Ariadna Berenice Sánchez Arteaga, M. en C. Maribel Badillo Alemán, M. en C. Alfredo Gallardo Torres, M. en C. Carmen Galindo de Santiago y Biól. Javier Apodaca Hernández (Tyson) por su apoyo técnico en las diferentes etapas de este trabajo. A la M. en C. Lizbeth Pestaña y Biól. Braulio Ávila por su asesoría y apoyo. Al Biól. Manuel Oseguera por las fotografías de los organismos. La tarea, el esfuerzo y el tiempo no podrían haber transcurrido en Sisal sin la amistad, interés, apoyo, confianza y cariño de Alejandra, Elis, Pedro, Martín, Carlos Maldonado, Jazmín Deneb, Manuel, Edgar, Salvador, Nadia, Catarina, Don Felipe chileno, Ulsía, Andrés y del Capitán Mex. En su compañía “no me salvé…” A Doña Geny y su familia Hernández, mi gratitud por su permanente actitud de apertura y cariño frente a su servilleta. A Galia, Erick, Mauricio, Orquídea y Ariel por la hermandad de años. Neevia docConverter 5.1 A mi familia, por su apoyo incondicional a lo largo de mi vida. A los atardeceres que incendiaban el cielo sisaleño. A la lucha, a la dignidad, a la pluralidad y diversidad de ideas… a la vida. Este trabajo fue posible gracias al financiamiento del proyecto PAPIIT-DGAPA-UNAM (IN216706). Así mismo, agradezco la beca de licenciatura otorgada en el marco del mismo proyecto. Neevia docConverter 5.1 A mis padres y mi hermano: Victor, Susana y Cuauhtli Sólo como guerrero se puede sobrevivir en el camino del conocimiento. Porque el arte del guerrero es equilibrar el terror de ser hombre con el prodigio de ser hombre. Don Juan Me fui. Y se quedaron los pájaros cantando… Neevia docConverter 5.1 ÍNDICE RESUMEN .................................................................................................................................................... 1 ABSTRACT .................................................................................................................................................. 2 I. INTRODUCCIÓN ............................................................................................................... 3 II. ANTECEDENTES 2.1 Interacciones depredador-presa .................................................................................... 4 2.2 Tácticas de escape ............................................................................................................ 6 2.3 Comportamiento Proteano ............................................................................................. 7 2.4 Defensas de los crustáceos ante la depredación .................................................... 10 2.5 Visión en crustáceos ...................................................................................................... 14 2.6 Comunicación química en la interacción depredador-presa en sistemas acuáticos ........................................................................................................................... 18 2.7 Especie estudiada a) Ubicación taxonómica ............................................................................................. 19 b) Importancia comercial ............................................................................................. 21 c) Ciclo de vida y zonas de crianza ........................................................................... 22 d) Distribución ................................................................................................................ 25 e) Abundancia .................................................................................................................. 26 2.8 Automatización de la obtención de datos .............................................................. 26 III. JUSTIFICACIÓN .............................................................................................................. 28 IV. OBJETIVOS ........................................................................................................................ 29 V. HIPÓTESIS ........................................................................................................................... 30 VI. MATERIALES Y MÉTODO ........................................................................................ 31 6.1 Origen y obtención del material biológico a) Presas ........................................................................................................................... 31 b) Depredadores ............................................................................................................. 32 6.2 Protocolo experimental 6.2.1 Área experimental ................................................................................................ 34 6.2.2 Experimentos con depredadores naturales .................................................. 36 Experimento 1: Ataque del depredador natural hacia el camarón ........ 38 Neevia docConverter 5.1 Experimento 2: Ataque del depredador natural hacia camarones cegados .................................................................................... 38 6.2.3 Experimento con estímulo artificial ............................................................... 40 Experimento 3: Estímulo (amenaza) artificial hacia el camarón ........... 40 6.3 Procedimiento de obtención de datos 6.3.1 Medidas morfométricas ...................................................................................... 42 6.3.2 Foto análisis ..........................................................................................................42 6.3.2.1 Método manual ...................................................................................... 43 a) Centro de masa ................................................................................. 44 b) Norte del camarón ........................................................................... 45 c) Distancia de reacción ..................................................................... 45 d) Ángulo de ataque .............................................................................. 45 e) Distancia de escape ......................................................................... 46 f) Ángulo de escape limitado al camarón....................................... 47 g) Ángulo de escape del camarón relativo a la posición de la jaiba .................................................................................................... 47 h) Tiempo de escape ............................................................................. 48 i) Velocidad media de escape ............................................................ 48 6.3.2.2 Características de ataque de la jaiba a) Heteroquelia ...................................................................................... 49 b) Posición diestra o zurda de quelípedos ..................................... 49 c) Posición de atque ............................................................................. 49 d) Quela empleada para emprender el ataque ............................. 49 6.3.3 Método automatizado (Aldana, 2007) ........................................................... 50 6.3.3.1 Primera etapa del filtrado de las imágenes a) Segmentación de las imágenes ..................................................... 50 6.3.3.2 Segunda etapa del filtrado de las imágenes a) Centro de Masa o centroide .......................................................... 52 b) Localización del norte del camarón ........................................... 52 6.3.3.3 Calculo de las trayectorias de escape .............................................. 53 6.4 Análisis estadísticos 6.4.1 Análisis de proporcionalidad depredador:presa ....................................... 54 6.4.2 Análisis de la relación de LT del camarón entre experimentos ............. 54 6.4.3 Análisis sobre las características de ataque de las jaibas a) Posición y quela empleada para emprender el ataque de Callinectes sp. ...................................................................................................................... 55 b) Posición zurda o diestra del quelípedo de ataque más utilizado, con respecto a la posición de ataque de Callinectes sp. ............................ 55 6.4.4 Análisis de datos lineales Neevia docConverter 5.1 a) Análisis de comparación entre camarones cegados y no cegados en respuesta al estímulo natural ...................................................................... 55 b) Análisis de comparación entre camarones atacados por un depredador y los amenazados por el estímulo artificial...................... 56 c) Análisis comparativo entre las 8 categorías de ataque del estímulo artificial ............................................................................................................. 56 6.4.5 Escapes contralaterales vs escapes ipsilaterales ....................................... 56 6.4.6 Análisis de datos angulares .............................................................................. 57 VII. RESULTADOS .................................................................................................................... 59 7.1 Pared de la arena experimental como barrera al “tail-flip” ................................ 59 7.2 Método automatizado .................................................................................................... 60 7.3 Relación de proporcionalidad depredador:presa ................................................... 62 7.4 Relación de LT del camarón entre experimentos .................................................. 62 7.5 Características de ataque de la jaiba a) Posición y quela empleada para emprender el ataque de Callinectes sp.64 b) Posición zurda o diestra del quelípedo de ataque (F) con respecto a la postura de ataque de Callinectes sp. ................................................................. 65 7.6 Componentes del escape 7.6.1 Análisis de las distancias de reacción (Dr) de F. duorarum ante los estímulos natural y artificial ............................................................................ 67 7.6.2 Análisis de las distancias de escape (De) de F. duorarum ante los estímulos natural y artificial ............................................................................ 70 7.6.3 Análisis del tiempo de escape (Te) de F. duorarum ante los estímulos natural y artificial ............................................................................................... 73 7.6.4 Análisis de la velocidad media de escape (VX e ) de F. duorarum ante los estímulos natural y artificial ..................................................................... 76 7.6.5 Análisis de los ángulos de escape de F. duorarum ante los estímulos natural y artificial ............................................................................................... 78 7.6.5.1 Representación gráfica de los datos circulares ............................ 78 7.6.5.2 Estímulo natural - Escapes contralaterales vs ipsilaterales de acuerdo al cuadrante de ataque .......................................................................... 79 - Campos probabilísticos de escape en el estímulo natural ...... 80 - Escapes contralaterales vs ipsilaterales totales del estímulo natural ................................................................................................... 82 7.6.5.3 Estímulo artificial - Escapes contralaterales vs ipsilaterales de acuerdo al ángulo de ataque .............................................................................................. 83 Neevia docConverter 5.1 - Campos probabilísticos de escape en el estímulo artificial .. 85 - Escapes contralaterales vs ipsilaterales totales del estímulo artificial ................................................................................................ 86 7.7 Ángulos de escape 7.7.1 Estímulo natural - Camarones con visión vs control de procedimiento ............................... 87 - Camarones no cegados vs camarones cegados ........................................ 89 7.7.2 Estímulo natural vs estímulo artificial .......................................................... 90 VIII. DISCUSIÓN ......................................................................................................................... 92 8.1 Respuesta biológica 8.1.1 Comportamiento de escape de Farfantepenaeus duorarum. .................. 92 8.1.2 El ataque de Callinectes sp.. ............................................................................ 92 8.1.3 Estímulo natural y comportamiento proteano. ........................................... 93 8.1.4 Respuesta del comportamiento de escape sin visión. ................................ 96 8.1.5 Estímulo artificial y comportamiento proteano. ......................................... 98 8.1.6 Éxito de los depredadores sobre el comportamiento proteano. .......... 104 8.1.7 Diferencia del comportamiento entre estímulo natural y artificial. .. 104 8.2 Innovación tecnológica .............................................................................................. 106 8.3 Problemas con la metodología ................................................................................ 110 8.4 Futuras investigaciones ............................................................................................. 111 IX. CONCLUSIONES ............................................................................................................113 LITERATURA CITADA ............................................................................................... 115 Neevia docConverter 5.1 LISTA DE FIGURAS Figura 1. Ejemplo de defensas primarias y defensas secundarias ................................................. 5 Figura 2. Reacción errática de vuelo de una mariposa nocturna ante la presencia de un murciélago ................................................................................................................................. 9 Figura 3. Vista lateral y dorsal de la ejecución de un “tail-flip” de Crangon crangon .......... 12 Figura 4. Inclinación de C. crangon antes del “tail-flip” e imágenes de video de alta velocidad que muestran un “tail flip” .............................................................................. 13 Figura 5. Ojos compuestos de Farfantepenaeus duorarum .......................................................... 15 Figura 6. Reconocimiento químico de un depredador por parte de un organismo acuático mediante la información de sustancias químicas en el agua puede gnerar distintos tipos de respuestas en el organismo ................................................................................... 19 Figura 7. Partes del cuerpo de Farfantepenaeus duorarum .......................................................... 20 Figura 8. Ciclo de vida de Farfantepenaeus duorarum ................................................................. 23 Figura 9. Ámbito de distribución (línea roja) de Farfantepenaeus duorarum ........................ 26 Figura 10. Farfantepenaeus duorarum................................................................................................. 32 Figura 11. Jaibas del género Callinectes utilizadas como depredadores durante experimentos con estímulo natural .................................................................................... 33 Figura 12. Arena experimental donde se llevaron a cabo los experimentos de respuesta de escape del camarón rosado ................................................................................................... 35 Figura 13. Cámara Silicon Imaging ...................................................................................................... 36 Figura 14. Barrera física durante el periodo de aclimatación que permitió el intercambio de sustancias químicas de reconocimiento ............................................................................ 37 Figura 15. Diagrama que representa los 8 ángulos de ataque del estímulo artificial sobre el eje del cuerpo del camarón ................................................................................................... 41 Figura 16. (Ti) Tiempo inicial y (Tf) Tiempo final de un “tail-flip”. Imagen media ocurre durante el “tail-flip” ............................................................................................................... 44 Figura 17. Distancia de reacción ............................................................................................................ 45 Figura 18. Ángulo de ataque ................................................................................................................... 46 Figura 19. Distancia de escape ............................................................................................................... 46 Figura 20. Ángulo de escape limitado al camarón y Ángulo de escape relativo a la jaiba ... 48 Figura 21. Correlaciones lineales entre LT del camarón y los parámetros lineales de la respuesta de escape del primer “tail-flip” ante Callinectes sp. como depredador natural. ........................................................................................................................................ 63 Figura 22. Frecuencia de ataques de Callinectes sp. en función de la quela empleada para emprender el ataque y de la posición de ataque de los quelípedos de la jaiba ...... 65 Figura 23. Frecuencia de ataques de Callinectes sp. en función de la posición zurda o diestra del quelípedo cortante y de la posición de ataque de los quelípedos de la jaiba ............................................................................................................................................. 66 Neevia docConverter 5.1 Figura 24. Distancia de reacción en camarones que podían ver, camarones sin visión y el control de procedimiento en respuesta al estímulo natural ......................................... 68 Figura 25. Distancia de reacción en camarones atacados con el estímulo natural y el estímulo artificial .................................................................................................................... 68 Figura 26. Representación gráfica de las medias de la distancia de reacción (Dr) obtenidas a partir de 8 ángulos de ataque en los experimentos realizados con estímulos artificiales .................................................................................................................................. 69 Figura 27. Distancia de escape en camarones que podían ver, camarones sin visión y el control de procedimiento en respuesta al estímulo natural ......................................... 71 Figura 28. Distancia de escape en camarones atacados con el estímulo natural y el estímulo artificial ...................................................................................................................................... 71 Figura 29. Representación gráfica de las medias de los 8 ángulos de ataque del estímulo artificial propios de la distancia de escape (De) ............................................................. 72 Figura 30. Tiempo de escape en camarones que podían ver, camarones sin visión y el control de procedimiento en respuesta al estímulo natural ......................................... 74 Figura 31. Tiempo de escape en camarones atacados con el estímulo natural y el estímulo artificial ...................................................................................................................................... 74 Figura 32. Representación gráfica de las medias de los 8 ángulos de ataque del estímulo artificial propios del tiempo de escape (Te) .................................................................... 75 Figura 33. Velocidad media de escape en camarones que podían ver, camarones sin visión y el control de procedimiento en respuesta al estímulo natural .................................... 77 Figura 34. Velocidad media de escape en camarones atacados con el estímulo natural y el estímulo artificial .................................................................................................................... 77 Figura 35. Representación gráfica de las medias de la velocidad media de escape (VX e ) obtenidas en los 8 ángulos de ataque del estímulo artificial ....................................... 78 Figura 36. Sobreposición de los ángulos de escape de Farfantepenaeus duorarum en respuesta a los ataques de Callinectes sp. cuando ocurrieron desde (A) cuadrante anterior izquierdo del camarón, (B) cuadrante anterior derecho del camarón, (C) cuadrante posterior izquierdo del camarón y (D) cuadrante posterior derecho del camarón ...................................................................................................................................... 80 Figura 37. Interacción entre las zonas de escape y de exclusión durante el primer “tail-flip” de F. duorarum en respuesta al estímulo natural. .......................................................... 81 Figura 38. Histogramas de frecuencia circular que muestran las distribuciones de los ángulos de escape contralaterales e ipsilaterales de los experimentos con estímulo artificial. De acuerdo a los resultados mostrados en la Tabla 12, las distribuciones de los datos de cada experimento no son significativamente diferentes. ................ 82 Figura39. Histogramas de frecuencia circular de las 8 categorías de ataque del experimento 3 que muestran las distribuciones de los ángulos de escape relativos al ángulo de ataque. Las flechas indican la dirección del estímulo de ataque artificial. Ataques sobre la zona lateral derecha (ipsilateral) del cuerpo del camarón (flecha verde. Neevia docConverter 5.1 A: 0°; B: 45° y H: 315°). Ataques sobre las secciones anterior y posterior del camarón (flecha amarilla. C: 90° y G: 270°). Ataques sobre la zona lateral izquierda (contralateral) del cuerpo del camarón (flecha azul, D: 135°; E: 180° y F: 225°). .................................................................................................................................... 84 Figura 40. Interacción entre las zonas de escape y de exclusión durante el primer “tail-flip” de F. duorarum en respuesta al estímulo artificial ........................................................ 85 Figura 41. Histogramas de frecuencia circular que muestran la distribución de los ángulos de escape contralaterales e ipsilaterales totales del experimento con estímulo artificial. Las distribuciones no son significantemente diferentes. ........................... 87 Figura 42. Histogramas de frecuencia circular que muestran la distribución de los ángulos de escape del experimento 1 (camarones que pueden ver) y del control de procedimiento. No existen diferencias significativas entre las distribuciones de ambos experimentos. .............................................................................................................. 88 Figura 43. Histogramas de frecuencia circular que muestran la distribución de los ángulos de escape del experimento 1 (camarones que pueden ver) y del experimento 2 (camarones cegados). No existen diferencias significativas entre las distribuciones de las respuestas obtenidas en ambos experimentos. ........................ 89 Figura 44. Histogramas de frecuencia circular que muestran la distribución de los ángulos de escape del experimento 1 (camarones atacados por un depredador natural) y del experimento 3 (camarones amenazados con estímulos artificiales). No existen diferencias significativas entre las distribuciones de las respuestas obtenidas en ambos experimentos. .............................................................................................................. 91 Figura 45. Interface gráfica diseñada en el software del método automatizado de la obtención de datos ............................................................................................................... 107 LISTA DE TABLAS Tabla 1. Clasificación taxonómica de Farfantepenaeus duorarum ............................................. 20 Tabla 2. Características morfo-anatómicas de Farfantepenaeus duorarum .............................. 21 Tabla 3. Comparaciones realizadas entre los ángulos de escape de los experimentos con estímulo natural .......................................................................................................................... 58 Tabla 4. Series de imágenes eliminadas del análisis de resultados por experimento debido a la influencia de la pared de la arena experimental en la respuesta de escape de F. duorarum. ..................................................................................................................................... 60 Tabla 5. Número de repeticiones por experimento en las que se utilizaron los datos arrojados por el software diseñado por el método automatizado de la obtención de datos de los parámetros circulares y lineales ..................................................................... 61 Neevia docConverter 5.1 Tabla 6. Estadísticos descriptivos (media y D.E.=desviación estándar) de la longitud total (LT) de los camarones, y longitud del caparazón (LC) y ancho del caparazón (AC) de las jaibas. ................................................................................................................................ 62 Tabla 7. Parámetros de las correlaciones de los componentes lineales del “tail-flip” y la LT del camarón. ANOVA de las LT entre experimentos con estímulo natural .............. 63 Tabla 8. Estadísticos descriptivos de la distancia de reacción de los camarones ante los estímulos natural y artificial ................................................................................................... 67 Tabla 9. Estadísticos descriptivos de la distancia de escape de los camarones ante los estímulos natural y artificial ................................................................................................... 70 Tabla 10. Estadísticos descriptivos del tiempo de escape de los camarones ante los estímulos natural y artificial ................................................................................................... 73 Tabla 11. Estadísticos descriptivos de la velocidad media de escape de los camarones ante los estímulos natural y artificial ............................................................................................. 76 Tabla 12. Porcentaje de escapes realizados por F. duorarum hacia zonas con mayor y menor probabilidad de escapes dependiendo del cuadrante de ataque por Callinectes sp. ............................................................................................................................. 81 Tabla 13. Análisis circular estadístico de los ángulos de escape contralaterales e ipsilaterales (tomados de 0° a 180°) referenciando la posición de Callinectes sp. para los experimentos con estímulo natural ....................................................................... 83 Tabla 14. Porcentaje de escapes realizados por F. duorarum hacia zonas con mayor y menor probabilidad de escapes dependiendo del ángulo de ataque del estímulo artificial ......................................................................................................................................... 85 Tabla 15. Análisis circular estadístico de los ángulos de escape contralaterales e ipsilaterales (agrupados de 0° a 180°) relativos al ángulo de ataque para los experimentos con estímulo artificial .................................................................................... 86 Tabla 16. Análisis circular estadístico de los ángulos de escape de camarones con visión (experimento 1) y de camarones del control de procedimiento ................................... 88 Tabla 17. Análisis circular estadístico de los ángulos de escape de camarones que podían ver (experimento 1) y de camarones cegados (experimento 2) .................................... 89 Tabla 18. Análisis circular estadístico de los ángulos de escape de camarones atacados por un depredador natural (experimento 1) y de camarones amenazados con estímulos artificiales (experimento 3) ..................................................................................................... 90 Tabla 19. Número y porcentaje de datos obtenidos por el método automatizado vs número y porcentaje de datos conseguidos por el método manual.............................................. 108 Neevia docConverter 5.1 1 RESUMEN Esfuerzos de investigación previos para analizar las trayectorias de escape de presas ante el ataque de sus depredadores han permitido una mejor comprensión de los factores involucrados en determinar el éxito del escape y la supervivencia de las presas. En este estudio, realizado en condiciones controladas de laboratorio, por primera vez se han generado datos reales de la conducta de escape del primer “tail-flip” presentado por Farfantepenaeus duorarum, caracterizándose y comparándose los componentes lineales (distancia mínima reacción, Dr; distancia de escape, De; duración, Te, y velocidad media de escape, V X e ) y circulares (ángulo de escape, Áng esc) ante el ataque de dos especies de jaibas del género Callinectes (C. ornatus y C.sapidus) y de estímulos artificiales. Para evaluar la importancia de la visión en la respuesta de escape, se realizó un experimento utilizando camarones impedidos experimentalmente de visión. Para los fines de este trabajo, se ha definido el primer “tail-flip” como el movimiento inicial de rotación mostrado por el camarón durante la respuesta de escape aún cuando más allá de esta fase, la presa continúa escapando a lo largo de diferentes trayectorias. Los resultados mostraron que la Dr de F. duorarum fue significativamente mayor cuando fueron atacados por Callinectes sp. que cuando fueron amenazados por estímulos artificiales (t = 2.80, p<0.05), pero De, Te y V X e fueron similares entre ambos grupos (t = -0.07, t = -0.12, t = -0.07, p>0.05, respectivamente). Los parámetros Dr, De y Te en camarones con y sin visión fueron estadísticamente similares (F = 0.38, F = 2.25, F = 2.78, p>0.05, respectivamente), en tanto que los camarones sin visión presentaron V X e significativamente menores que aquellos que pudieron ver a la jaiba durante el ataque (F = 4.34, p<0.05). Los resultados mostraron diferencias significativas en la Dr dependiendo de los ángulos en que recibían el estímulo artificial (F = 6.6, p<0.05). De esta manera, los ángulos de ataque de 0° (cabeza) y 180° (cola) generaron las mayores Dr, mientras que los ángulos de ataque de 90° (costado derecho) y 270° (costado izquierdo) causaron las menores Dr de F. duorarum. Las medias de los ángulos de escape entre camarones con y sin visión atacados por una jaiba, y entre camarones amenazados por estímulos artificiales y atacados por un depredador fueron estadísticamente Neevia docConverter 5.1 2 similares (Watson y Williams, F = 2.83; Mardia-Watson-Williams, W = 3.35, p>0.05, respectivamente). Si bien los estímulos visuales son importantes, no son la única fuente de información con que cuenta F. duorarum para la detección de depredadores. Los componentes lineales de la respuesta de escape desempeñan un papel importante en la evasión de depredadores. Al igual que en otras especies, la respuesta a los estímulos de ataque resulta en direcciones impredecibles de escape (comportamiento proteano) a lo largo del eje longitudinal del camarón (ipsilateral o contralateral). ABSTRACT Research efforts to investigate escape trajectories of prey when attacked by their natural predators have rendered in a better understanding of factors determining escape success and prey survival. In the present study, linear (minimum reaction distance, Dr; escape distance, De; escape duration, Te; and escape velocity, V X e ) and circular (escape angle, Áng esc) components of the first “tail flip” displayed by Farfantepenaeus duorarum under contrasting laboratory conditions, were compared. We defined the first “tail flip” as the first rotational motion displayed by shrimp during the escape response, even when, beyond this stage, prey continued to escape along a different path. Shrimp were either faced with natural (Callinectes ornatus or C. sapidus) or artificial stimuli, or experimentally impeded from vision. Results showed that Dr in F. duorarum was significantly greater when attacked by Callinectes sp. than when threatened by artificial stimuli (t = 2.80; p < 0.05), but De, Te and V X e were similar amongst both groups (t = -0.07, t = -0.12, t = -0.07, p>0.05, respectively). The Dr, De and Te in shrimps with and without vision were similar (F = 0.38, F = 2.25, F = 2.78, p>0.05, respectively), whilst shrimps without vision presented V X e significantly smaller than those receiving visual stimuli from the predator (F = 4.34, p<0.05). Results showed significant differences in Dr grouped in eight different attack angles of the artificial stimulus (F = 6.6, p <0.05). Attack angles of 0° (head) and 180° (tail) generated the greatest Dr, while the angles of attack of 90° (right side) and 270° (left side) caused lower Dr in F. duorarum. Mean angles of Neevia docConverter 5.1 3 escape amongst shrimps with and without vision (attacked by a crab), and shrimps threatened by artificial stimuli and attacked by predators were statistically similar (Watson and Williams, F = 2.83; Mardia-Watson-Williams, W = 3.35, p> 0.05, respectively). Visual stimuli are important but, are not the only source of information F. duorarum use to detect predators. Linear components of the escape response play a significant role in predator avoidance. As in other species, response to attack stimuli resulted in unpredictable directions of escape (protean behaviour) along the longitudinal axis of shrimp (ipsilateral or contralateral). I. INTRODUCCIÓN En este trabajo se presenta una caracterización de la respuesta de escape del camarón rosado Farfantepenaeus duorarum bajo la presión de un depredador natural (Callinectes sp.) y ante la amenaza que representan los estímulos artificiales. Según los experimentos de Lang et al. (1977) realizados con juveniles de la langosta Homarus americanus, la respuesta de escape ocurre más frecuentemente en juveniles que en adultos. Por esta razón, se utilizaron camarones juveniles. Dado que las jaibas del género Callinectes son depredadores voraces de camarones peneidos y realizan incursiones muy cortas en la columna de agua (Mascaró et al., 2003), se utilizaron como organismos depredadores. Dado que las jaibas al depredar casi nunca despliegan movimientos verticales en la columna de agua, la utilización de jaibas como depredadores en el presente modelo biológico facilita la comprensión de las respuestas de escape de los camarones en dos dimensiones. Asimismo, se sientan las bases metodológicas para desarrollar un sistema automático que permita el registro de los eventos de escape. Neevia docConverter 5.1 4 II. ANTECEDENTES 2.1 Interacciones depredador-presa La depredación es una de las interacciones ecológicas más importantes que se establece entre dos o más especies de animales, pues ha sido reconocida como una de las fuerzas reguladoras de la estructura de una comunidad y de las densidades de las poblaciones que la forman (Hastings, 1997). Además, tal interacción entre diferentes especies de organismos e interacciones entre organismos y sus medios produce una fuente muy importante de presión de selección que conduce a la evolución de ambos, los cazadores y las presas (Driver y Humphries, 1988). Cuando un depredador se alimenta de una especie de presa en particular, tanto estructuras del cuerpo como estrategias complejas pueden evolucionar gradualmente en depredador y presa. Este proceso es conocido como co-evolución. Los organismos que co-evolucionan con este tipo de interacciones se ven implicados en una “carrera armamentista evolutiva”, en la que se seleccionan aquellos individuos presas que presentan mejores formas de evitar la captura y aquellos individuos depredadores que tienen los mecanismos más eficientes para burlar estas defensas y lograr alimentarse. Para evitar ser capturada, una presa debe interrumpir la secuencia de eventos que permiten su detección. Sin embargo, una vez que la presa ha sido detectada por un depredador, debe desplegar mecanismos fisiológicos y conductuales para sobrevivir al encuentro y persecución (Vermeij, 1982). Así, las presas presentan un extenso arreglo de mecanismos de defensa que se han podido agrupar en distintos conjuntos de adaptaciones: morfológicas, fisiológicas y conductuales. A su vez, las adaptaciones defensivas se han clasificado en defensas primarias y secundarias (Edmunds, 1974). Las defensas primarias Neevia docConverter 5.1 5 consisten en estructuras o conductas que se presentan independientemente de la presencia de un depredador (Figura 1A). En este conjunto se incluyen las adaptaciones morfológicas como cripsis y patrones conductuales, como habitar en refugios. Estas defensas se despliegan paraprevenir el inicio de una posible secuencia de depredación. Las defensas secundarias únicamente se presentan cuando un organismo se enfrenta con un depredador. En éstas se incluye un variado conjunto de tácticas evasivas (escondiéndose, reduciendo la actividad o reubicándose) entre las que se encuentran aquellas maniobras de último minuto que efectúa una presa para evitar su captura (Figura 1B). Estos movimientos pueden poner a la presa fuera del campo visual del depredador (Weihs y Webb, 1984; Linden et al., 2003). Si el depredador localiza a una presa individual y comienza un ataque, los movimientos de evasión, que normalmente son muy rápidos, pueden prevenir la captura (Weihs y Webb, 1984). Algunas presas intentan desplegar conductas agresivas para disuadir al depredador (Siiter, 1999). Figura 1. Ejemplo de defensas primarias, que son estructuras de defensa morfológicas constitutivas que siempre están expresadas en los organismos independientemente del riesgo inmediato; (A) el caparazón de una tortuga. Ejemplo de defensas secundarias que son respuestas de comportamiento ante el encuentro con un depredador (B). Aún si el ataque es exitoso y la presa es capturada, algunos individuos pueden ser capaces de escapar, realizando movimientos de forcejeo para liberarse de su apresamiento. Neevia docConverter 5.1 6 La presencia de estructuras como armaduras y armas como garras, cuernos, astas o tenazas puede deberse a la defensa exitosa que dichas estructuras confieren al individuo que las presentan. 2.2 Tácticas de escape Los movimientos para evadir a un depredador generalmente son maniobras rápidas que realiza una presa para evitar que las trayectorias de ambos confluyan. Dentro de estos movimientos, se encuentran los saltos rápidos o los arranques repentinos de velocidad en una dirección en particular. Para que la evasión sea exitosa, es necesario que una presa logre velocidades más altas que las del depredador o que la dirección escogida por el escape evite el encuentro. Si la trayectoria de escape es hacia el depredador, la probabilidad de captura aumenta. Esta táctica, sin embargo, puede llegar a confundir al depredador y evitar el encuentro. Algunos cefalópodos utilizan tinta como una táctica adicional disuasiva que distrae al depredador en el seguimiento visual que hace de la presa (Edmunds, 1974). En el mismo orden de ideas, seguir una trayectoria idéntica a la del depredador para tratar de alejarse sobre el mismo plano del que proviene el ataque, no es una buena estrategia (Weihs y Webb, 1984). Debido a que generalmente el tamaño relativo de un depredador es mayor que el de la presa, estos pueden ser capaces de lograr mayores velocidades y sostenerlas por tiempos más prolongados, resultando en una captura exitosa (Weihs y Webb, 1984). Por lo tanto, la mayor probabilidad de que un escape sea exitoso ocurre cuando la trayectoria del escape se orienta, con un ángulo más o menos definido, hacia alguno de los lados de donde proviene el ataque. De ahí, que muchas especies tengan la capacidad de percibir información acerca del ataque de los depredadores (por ejemplo el tamaño y tipo Neevia docConverter 5.1 7 de depredador, y la dirección y velocidad del ataque) y reaccionar diferencialmente, ya sea, en el momento inicial, o más adelante, en la dirección o en la velocidad del escape (Domenici y Blake, 1993; Boothby y Roberts, 1995). De acuerdo a la estrategia teórica elaborada por Weihs y Webb (1984) sobre modelos de evasión del depredador, perseguir a una presa requiere de una inversión de energía, prolongar esta fase es una estrategia que utilizan algunos organismos para que el costo energético para que el depredador mantenga la persecución sea mayor que el beneficio que se obtenga de la captura. Sin embargo, esta estrategia no está exenta de riesgos. La presa se puede agotar antes que el depredador, considerando que los depredadores a menudo son más grandes y pueden tener mayor resistencia. En esta situación, las presas tienen en juego su supervivencia, mientras que los depredadores pueden permitirse abortar ese evento de persecución y dirigir un nuevo ataque a una presa cuya captura requiera una menor inversión de energía. Por esta razón, algunos autores consideran que la presión evolutiva sobre las presas es mayor que sobre los depredadores (Barbosa y Castellanos, 2005). Un escape ideal tiene que posicionar a la presa fuera de la trayectoria del depredador, de manera tal que el tiempo necesario para que el depredador re-oriente el ataque sea lo suficientemente grande para que la presa salga del campo visual o sensorial del depredador (Edmunds, 1974). 2.3 Comportamiento Proteano La evolución de cualquier mecanismo de escape conlleva la coacción de que los depredadores cuenten con la capacidad para aventajarlo. En el caso de muchos animales esa capacidad reside en poder para predecir el escape a través del aprendizaje de los patrones Neevia docConverter 5.1 8 de evasión de aquellas presas que exhiben una conducta recurrente. Si, por ejemplo, ante un ataque, una presa emprende su huida en una misma dirección, el depredador podría aprender a girar en esa dirección durante las últimas etapas de un ataque. Una conducta anti-depredatoria eficiente implica la incorporación de elementos impredecibles dentro de las maniobras de evasión que realiza una presa (Driver y Humphries, 1988), disminuyendo la habilidad de aprendizaje de los depredadores. Este tipo de comportamiento fue formalmente identificado por Chance y Russell (1959, citado en Driver y Humphries, 1988) y el término “proteano” fue acuñado para describir comportamientos que fueron “suficientemente no sistemáticos en apariencia para evitar una reacción de predicción que detallara la posición o acciones del actor” (Driver y Humphries, 1988). Dicho de otra forma, trayectorias de escape azarosas, variaciones en el tiempo y en la distancia de escape, ocurrencia de giros repentinos, o la emisión de señales cuya finalidad sea la de confundir los sistemas sensoriales de los depredadores, forman parte del comportamiento proteano, nombrado así, debido a la relación con el mítico Proteus que frustraba a sus captores gracias a su permanente cambio de forma, impidiéndoles un comportamiento sistemático al cual reaccionar. Dill (1977) llamó a la tendencia individual, observada en algunas especies de animales, de escapar hacia la derecha o izquierda de un eje central, como “handedness”. Este término se usa para describir que, en un evento de escape, no puede existir una dirección preferencial de escape más allá de la que dicta el azar. Las tácticas evasivas que tienen este componente impredecible tienden a ser las más exitosas (Waters, 2003). Una vez establecido el comportamiento proteano como concepto teórico, los investigadores no han tenido que mirar muy lejos para encontrar ejemplos. Los elementos proteanos son comunes en los comportamientos y adaptaciones de muchas especies a través Neevia docConverter 5.1 9 de muchos taxa (Drivers y Humphries, 1988; Treherne y Foster, 1981) incluyendo peces (Domenici y Blake, 1993), anfibios (Boothby y Roberts, 1995) e insectos (Waters, 2003). Tanto los depredadores como las presas pueden mostrar comportamientos proteanos que se despliegan en escalas temporales mayores que aquellas en las que ocurren los encuentros entre depredadores y presas. Algunas especies de mariposas nocturnas que son capaces de detectar la presencia de murciélagos depredadores muestran patrones de vuelo errático cuando están bajo estas condiciones de amenaza (Waters, 2003) (Figura 2). Lewis et al. (1993) señalan que este despliegue es un “seguro proteano” que minimiza las probabilidades de encuentro entre los actores de la relación depredador–presa. La gran cantidad de conductas proteanas que se han observadoen el reino animal ha ayudado a explicar las tasas de éxito aparentemente bajas (NÚMERO DE CAPTURAS/NÚMERO DE INTENTOS) de muchas especies de depredadores (Vermeij, 1982). Figura 2. Reacción errática de vuelo de una mariposa nocturna ante la presencia de un murciélago. Neevia docConverter 5.1 10 2.4 Defensas de los crustáceos ante la depredación El phylum Crustacea es un grupo de animales extremadamente grande y diverso en el cual se presentan numerosas técnicas para evadir a los depredadores. Hay especies que están protegidas de forma natural por su exoesqueleto, como es el caso de la langosta Homarus gammarus (Howard y Benett, 1979). Otras especies son crípticas y utilizan madrigueras que fungen como escondites que las ocultan de los depredadores (por ejemplo Nephrops norvegicus) y algunas otras tienen hábitos nocturnos, que aunque no siempre tienen que ver con protección les pueden ayudar a ocultarse (Rice y Chapman, 1971). La gran variedad de ritmos biológicos que se presenta en este grupo de animales facilita evitar a depredadores en espacio y tiempo. Por ejemplo, muchos crustáceos zooplanctónicos como los eufáusidos (ej. el kril antártico, Euphausia superba) y los copépodos exhiben marcadas migraciones verticales diarias en la columna de agua. Autores como Hays (2003) han especulado que una posible ventaja de estas migraciones es evitar a los depredadores. Cangrejos y langostas de gran tamaño tienen la capacidad de defenderse usando sus apéndices adaptados en forma de poderosas pinzas (algunos reaccionan agresivamente ante las amenazas). Otras especies se agrupan (Ritz, 1994), hecho que reduce la depredación individual a los miembros del grupo (Treherne y Foster, 1981; Jensen y Larsson, 2002). Es importante considerar que muchas especies de crustáceos son pequeñas, se encuentran ligeramente armadas y muchas son incapaces de repeler un ataque. Para reducir la depredación, los crustáceos decápodos reaccionan ante situaciones de riesgo mediante una respuesta individual cuyo resultado es una aceleración repentina ante un estímulo (Bullock, 1984). En este caso, los componentes proteanos de la respuesta Neevia docConverter 5.1 11 son importantes para maximizar el éxito de un escape. Por ejemplo las trayectorias que sigue C. crangon ante el ataque de un pez (Gadus morhua) son variables e impredecibles (Arnott et al., 1998; Arnott et al., 1999). Si bien no es privativo de las especies pequeñas, la posibilidad de realizar escapes rápidos es crucial para la supervivencia de estas presas. El mecanismo de respuesta ante el ataque de depredadores que exhiben varios crustáceos como mísidos, camarones, eufáusidos, cangrejos y langostas, es el conocido como “tail-flip” (Neil y Ansell, 1995). Los camarones de la Familia Penaeidae (Rafinesque, 1815) utilizan el mecanismo del “tail-flip” como estrategia de escape ante amenazas de depredación. El “tail-flip” radica en respuestas individuales a los estímulos de amenaza y consiste en una rápida flexión de los músculos del abdomen. Una combinación de mecanismos de arrastre, de aceleración e impulso han sido propuestos como generadores del “tail-flip”. Sobre las bases del modelo matemático de Daniel y Meyhöfer (1989), la cola (el abdomen y los urópodos) actúa como una pala en aducción con el cefalotórax. Desde una vista dorso-ventral los escafoceritos del camarón al igual que los urópodos se expanden en forma de abanico durante la flexión del cuerpo y despliegan lo que Arnott et al. (1998) llamaron un “abanico” de cabeza y cola respectivamente (Figura 3). Esta posición del cuerpo aumenta la cantidad de líquido desplazado, que a su vez, causa un desplazamiento muy rápido del animal. La forma del telson permite incrementar el empuje que se genera de esta manera. Neevia docConverter 5.1 12 Figura 3. Vista lateral y dorsal de la ejecución de un “tail-flip” de C. crangon. Los escafoceritos del camarón (número 1) y los urópodos (número 2) se expanden en forma de abanico para aumentar la cantidad de líquido desplazado (tomado de Arnott et al., 1998). Existen básicamente dos clases de “tail-flip”, el llamado “solo remo” (single oar) y el “jack-knife” (Neil y Ansell, 1995). Ambos mecanismos de evasión comienzan después de unos pocos milisegundos a partir de la ocurrencia del estímulo que los provoca. El primero ha sido observado en crustáceos grandes como N. norvegicus y H. gammarus. Consiste en la flexión del abdomen del animal en una posición vertical. Las fuerzas hidrodinámicas resultantes impulsan al animal hacia atrás. El control dinámico del desplazamiento puede ser modificado por la alteración del punto en el que la flexión del abdomen ocurre, dando al animal trayectorias más verticales en respuesta a estímulos que llegan por la parte detrás de su cuerpo. No ocurre ningún giro lateral y cualquier intento es minimizado por el propio tamaño del cuerpo (Neil, 1993). Así, se pueden ejecutar múltiples saltos lo que resulta en un rápido desplazamiento que permite que el animal se desplace del lugar en que se encuentra la amenaza. El mecanismo del “tail-flip” tipo “jack-knife” es el más usado en crustáceos pequeños (Neil y Ansell, 1995). Este opera de una manera bastante similar, sin embargo, Neevia docConverter 5.1 13 considerando que el cefalotórax es relativamente más ligero y proporcionalmente más pequeño que en las especies grandes, el animal se dobla eficazmente a la mitad, reuniéndose el abdomen con el cefalotórax (Figura 4). Esto impulsa al animal en una trayectoria principalmente vertical, con la excepción de que el comportamiento se ha modificado por la inclusión de un giro lateral de aproximadamente 90°. La rotación del animal sobre su costado origina que este sea desplazado lateralmente por el “tail-flip”. Para hacer más eficiente la generación del impulso, el extremo anterior del cefalotórax está adaptado en algunas especies para formar el abanico mencionado con la cabeza y la cola. El conjunto de adaptaciones morfo-anatómicas permite una mayor variedad de posibles trayectorias de escape que las que se obtienen con el “tail-flip” “solo remo”. También es posible realizar múltiples saltos y los organismos tienen la posibilidad de cambiar de dirección entre cada uno de ellos. Figura 4. (1) Diagrama donde se ejemplifica la inclinación de C. crangon de (a) hacia (b) en respuesta a un estímulo que se acerca del lado izquierdo del camarón. (2) Imágenes de video de alta velocidad (la escala de tiempo que se muestra es en milisegundos) que presentan el “tail-flip” de C. crangon tipo jack- knife desde una vista lateral (tomado de Arnott et al., 1998; 1999). Algunas investigaciones que se han realizado para describir el comportamiento de escape de crustáceos pequeños, como el camarón café C. crangon, han permitido concluir que la efectividad del escape depende de que el animal siga una trayectoria que minimice la probabilidad de captura por parte del depredador (Arnott, 1996 citado en Guerin. A Neevia docConverter 5.1 14 quantitative analysis of predator evasion tactics in the rockpool prawn Palaemon elegans; Arnott et al., 1998; Arnott et al., 1999). Guerin (A quantitative analysis of predator evasion tactics in the rockpool prawn Palaemon elegans) observó que el giro lateral que realiza Palaemon elegans puede ser hacia el lado izquierdo o derecho del animal. De esta forma, se introduce un componente aleatorio en la trayectoria de escape; es decir, estos organismos despliegan una defensa proteana. Es interesante notar que este componente aleatorio en la dirección del escape ocurre cuando el ataque de un depredador ocurre desde la parte anterior frontal de la presa (Guerin. A quantitative analysis of predator evasion tactics in the rockpool prawn Palaemon elegans). En cambio, los ataques sobre los costados tienen como resultadouna dirección de escape mucho más predecible, y el autor encontró una influencia significativa de la dirección del ataque sobre la dirección del escape (Guerin. A quantitative analysis of predator evasion tactics in the rockpool prawn Palaemon elegans). Crangon crangon habita áreas de sedimento fino y los organismos se entierran para evitar ser detectados. Cuando la evasión del depredador es necesaria, despliegan un escape tipo “jack-knife” realizando, por lo general, múltiples saltos para alejarse rápidamente del depredador y ocultarse nuevamente (Arnott et al., 1999). Así mismo, es interesante notar que el camarón Farfantepenaeus duorarum habita en zonas con fondos blandos y se esconde debajo del sedimento. Sin embargo, no se ha descrito la conducta de escape que despliega frente a situaciones de peligro, ante la proximidad de sus depredadores. 2.5 Visión en crustáceos Los crustáceos habitan en una gran variedad de hábitats en el medio acuático, por lo que, han desarrollado una gama muy diversa de adaptaciones visuales de acuerdo con las exigencias que impone cada ambiente. En el medio marino la intensidad de la luz Neevia docConverter 5.1 15 disminuye con la profundidad y los organismos que habitan en zonas intersticiales, abisales, bénticas o pelágicas presentan diferentes estructuras para detectar la luz. Se han descrito ojos tipo nauplio, órganos frontales, ocelos inter-cerebrales, fotorreceptores caudales y ojos compuestos. Los ojos compuestos son los más conspicuos y mejor estudiados (Harling, 2000; Meyer-Rochow, 2001). Si bien los ojos compuestos alcanzan su más alto grado de sofisticación en los estomatópodos (Cronin et al., 1994), también los poseen los eufáusidos (Land, 1981) y los crustáceos decápodos (Herring y Roe, 1988; Cronin y Jinks, 2001). Los ojos compuestos permiten la percepción binocular del entorno que tiene implicaciones sensoriales críticas para el organismo (Cronin y Jinks, 2001). Son pedunculados, pareados y movibles (Figura 5). Estas características permiten incrementar la cantidad de información recibida por estas estructuras, en comparación con los ojos sésiles. Dado que se encuentran pareados y suficientemente separados, permiten que el organismo tenga un campo de visión binocular. Como son pedunculados y tienen la capacidad de rotar, como en el caso de F. duorarum, se permiten la percepción de la profundidad generada por triangulación y el grado de convergencia de los ojos (Cronin, 1986). A pesar de que existen especulaciones acerca de qué es lo que realmente ven los camarones, se sabe que algunos pueden discernir formas, patrones y movimientos (Brusca y Brusca, 2003). Figura 5. Ojos compuestos de Farfantepenaeus duorarum. Neevia docConverter 5.1 16 En las larvas de crustáceos la visión está implicada en la orientación en la columna de agua y en la migración vertical tanto en el ambiente marino como en los hábitats estuarinos. En los adultos, además de las tareas anteriores, la visión es empleada en acciones más complejas como la navegación, reconocimiento y captura de presas, visión espacial, selección de pareja, comunicación y detección de depredadores (Forward et al., 1984; Tankersley et al., 1995). Una presa debe reconocer a un depredador a una distancia suficiente para asegurar que cuenta con el tiempo necesario para ejecutar un escape exitoso (Blake y Hart, 1995). La participación de la visión en la evasión de los depredadores por las larvas de cangrejo ha sido estudiada por Forward (1976; 1977), y sus resultados indican que las larvas despliegan una trayectoria fotonegativa cuando se presentan cambios en la intensidad de la luz, tal como ocurre cuando un depredador pasa por encima de ellos. Este comportamiento es conocido como “respuesta a la sombra”. La velocidad del nado y la orientación del movimiento proporciona escapes efectivos de los depredadores (Cronin y Jinks, 2001). En los crustáceos adultos el ojo se deriva directamente del pre-existente en las etapas larvales. En los eufáusidos y en los decápodos, la retina larval persiste como parte del ojo adulto y también se preserva el arreglo de los fotorreceptores (Cronin y Jinks, 2001). Los decápodos adultos forman las imágenes por el aparato dióptrico compuesto por varias unidades receptoras, u omatidios (Cronin, 1986). La imagen que se forma en cada omatidio se transmite a la retínula y, sobre esta estructura, se sobreponen las imágenes formadas en cada omatidio (Cronin, 1986). La resultante es una superposición de imágenes ópticas poco nítida ya que el número de transmisores para llevar todos los componentes visuales al mismo punto de enfoque es menor al número de elementos enfocados en la Neevia docConverter 5.1 17 retínula (Land et al., 1979). Es decir, en un ojo compuesto existe una dificultad morfo- anatómica para alinear todos los componentes ópticos. Sin embargo, la capacidad receptora de este tipo de ojos que funcionan a través de la superposición de imágenes, puede incrementarse cambiando la apertura del ojo. Mediante estos movimientos se reduce la aberración óptica al interponer altas intensidades de un pigmento receptor, formado por una capa de proteínas, que redirige la luz transmitida al rabdoma, que es el organelo encargado de la fotorrecepción (Cronin, 1986) incrementando así la sensibilidad del ojo. Por lo tanto, el “grano” del campo visual es en gran parte una función del número de rabdomas y la aceptación de luz de sus funciones angulares. Estos ojos están adaptados para la visión en luz tenue y son comunes entre crustáceos nocturnos o crepusculares y en algunas especies de aguas profundas. De acuerdo a las observaciones conductuales de Meyer-Rochow (2001) los animales bajo diferentes condiciones fóticas despliegan diferentes respuestas. Los decápodos tienen ojos que responden de manera poco eficiente a los cambios rápidos de intensidad en el estímulo luminoso. Esto es evidencia de la relación entre los niveles de luz en el hábitat y las respuestas temporales en las características del ojo (Johnson et al., 2000). Las jaibas del género Callinectes, por otra parte, tienen ojos compuestos que permiten la aposición de las imágenes. Este diseño es mejor que el de otros decápodos en términos de resolución óptica y facilita la detección del movimiento. Los animales que poseen estos ojos son usualmente activos en medios bien iluminados (Cronin, 1986). Wine y Krasne (1982) consideraron que en los cangrejos tanto el estímulo visual como el mecánico inducen la respuesta de escape conocida como “tail-flip”. Neevia docConverter 5.1 18 2.6 Comunicación química y mecánica en la interacción depredador-presa en sistemas acuáticos Entre los organismos acuáticos las interacciones que involucran a la interacción depredador-presa no sólo están influenciadas por señales visuales, sino que también se basan en comunicaciones olfatorias y auditivas (Brönmark y Lars-Hansson, 2000). La importancia de señales no visuales para la comunicación en sistemas acuáticos se debe en parte a que en la columna de agua la intensidad luminosa disminuye al aumentar la profundidad debido a la rarefacción, turbidez, viscosidad, salinidad, cantidad de partículas suspendidas y la absorción natural de la luz. La heterogeneidad de los hábitats acuáticos impone ciertas restricciones al uso de la visión en algunos organismos acuáticos. Diferentes estudios han mostrado que individuos presa de diversos grupos funcionales responden a concentraciones de sustancias químicas liberadas por un depredador a través de mecano y quimiorreceptores (Brönmark y Lars-Hansson, 2000). Una vez detectada la presencia química de un depredador, la presa evalúa el riesgo de depredación e intenta reducir su vulnerabilidad. La presión de selección ha favorecido la evolución de elaboradas adaptaciones defensivas incluyendocambios morfológicos, conductuales y/o en las estrategias de historia de vida con el propósito de incrementar la probabilidad de supervivencia al impedir un encuentro, evitando el ataque y la captura (Brönmark y Lars-Hansson, 2000) (Figura 6). En interacciones depredador-presa existen básicamente dos fuentes de señales químicas para advertir a la presa sobre la aproximación de depredadores: sustancias liberadas directamente por el depredador (kairomona) y sustancias liberadas por una presa lesionada. Neevia docConverter 5.1 19 Figura 6. El reconocimiento químico de un depredador por parte de un organismo acuático mediante la información de sustancias químicas en el agua puede generar distintos tipos de respuestas en el organismo. 2.7 Especie estudiada a) Ubicación taxonómica (Tabla 1) Farfantepenaeus duorarum es conocido como camarón rosado debido a que los juveniles y los adultos en estuarios presentan colores grises, rojos, pardos o con combinaciones de gris y azul con manchas oscuras en las pleuras del tercer y cuarto segmento abdominal (Pérez- Farfante, 1969; Williams, 1984). Los juveniles y adultos en el mar pueden tener colores rojos, rosados, grisáceos o amarillo limón, generalmente con una mancha que puede variar de púrpura, café, rojiza o azul en la articulación del tercer y cuarto segmentos del abdomen (Pérez-Farfante, 1969; Williams, 1984) (Figura 7). Neevia docConverter 5.1 20 Figura 7. Partes del cuerpo de Farfantepenaeus duorarum Tabla 1. Clasificación taxonómica de Farfantepenaeus duorarum Reino Animalia Phylum Artrópoda Subphylum Crustacea (Brünnich, 1772) Clase Malacostraca (Latreille, 1802) Subclase Eumalacostraca (Grobben, 1892) Superorden Eucarida (Calman, 1904) Orden Decapoda (Latreille, 1802) Suborden Dendrobranchiata (Bate, 1888) Superfamilia Penaeoidea (Rafinesque, 1815) Familia Penaeidae (Rafinesque, 1815) Género Farfantepenaeus (Burukovsky, 1997) Especie Farfantepenaeus duorarum (Burkenroad, 1939) Nombre común Camarón rosado Camarón rosado del norte (Pérez-Castañeda y Defeo, 2001) A pesar de su importancia comercial, muchos aspectos de la biología de los Penaeidae y del papel que juegan las variaciones espacio-temporales de un conjunto de variables ambientales en los hábitats estuarinos en el ciclo de vida de estas especies, no han sido estudiados (Pérez-Castañeda y Defeo, 2001). En la Tabla 2, se presentan algunas Neevia docConverter 5.1 21 características morfo-anatómicas que se emplean para la determinación taxonómica de esta especie. Tabla 2. Características morfo-anatómicas de Farfantepenaeus duorarum Farfantepenaeus duorarum Rostro presenta de 7-9 dientes dorsales, más el diente epigástrico y 2-3 ventrales Caparazón con surco gastro-frontal amplio Cresta adrostral prominente, aguda y de la misma longitud que el surco adrostral Espina hepática es pronunciada Petasma del macho presenta la costilla ventral ensanchada y doblada hacia la porción proximal, la parte distal está armada en el borde libre con espinas pequeñas En la hembra el télico tiene el proceso anterior relativamente largo, el proceso posterior con una cresta media longitudinal corta, pero bien desarrollada, las placas laterales son amplias, con los labios unidos en la línea media y anteriormente, divergen ligeramente, dejando expuesta la punta de la cresta media del proceso anterior. b) Importancia comercial Los camarones de la Familia Penaeidae constituyen uno de los recursos más importantes para las pesquerías comerciales y la acuacultura en las regiones tropicales y subtropicales del mundo (Provenzano, 1985; Pérez-Castañeda y Defeo, 2001; Maggioni et al., 2001). La captura del camarón es una de las actividades pesqueras de mayor importancia en México (Zapata-Pérez et al., 2005). En el caso del litoral del Golfo de México, este recurso representa la tercera pesquería en cuanto a volumen de captura (Wakida-Kusunoki et al., 2007). Sin embargo, si se toma en cuenta el valor económico de la producción y la cantidad de empleos que genera en las diferentes fases de la actividad, así como la infraestructura usada en su explotación y procesamiento, es posible decir que esta pesquería es la más importante de los litorales del Golfo y del Caribe mexicano (Fernández et al., 2001; Zapata- Neevia docConverter 5.1 22 Pérez et al., 2005; Wakida-Kusunoki et al., 2007). El camarón peneido F. duorarum es objeto de explotación por importantes industrias camaroneras en el Golfo de México. Si bien su pesca es más intensiva en el área de Tortugas en el sureste de Florida y en el oeste de Texas en Estados Unidos (Ehrhardt et al., 2001; Criales et al., 2003), junto con F. aztecus, F. brasiliensis y Litopenaeus (antes Penaeus) setiferus (Pérez-Farfante y Kensley, 1997), la contribución ponderal de estas especies a las capturas totales de las flotas pesqueras de E.U.A y México es de aproximadamente el 95 y hasta el 98% (Arreguín- Sánchez y Chávez, 1985). Sin embargo, la importancia relativa de F. duorarum a la pesquería se ha reducido como lo muestra la disminución constante de sus capturas anuales (Hernández-Aguilera et al., 2005). En la Sonda de Campeche se explotan cuatro especies de camarón pero la pesquería de altura está dirigida principalmente a la explotación de dos especies, el camarón rosado F. duorarum que es la especie más importante, tanto por los volúmenes de captura, como por su valor comercial, y el camarón café F. aztecus (Wakida- Kusunoki et al., 2007). c) Ciclo de vida y zonas de crianza Costello y Allen (1970) indican que la duración máxima del ciclo de vida de F. duorarum es de unos 16 a 20 meses. Las hembras del camarón rosado desovan en el mar abierto unos 138,600 a 225,400 HUEVOS/INDIVIDUO (Pérez-Velázquez y Gracia, 2000). Las estimaciones de Costello y Allen (1970) y Shapiro (1983) son valores que oscilan entre 200,000 y 1’000,000 HUEVOS/INDIVIDUO (Ramírez-Rodríguez y Arreguín-Sánchez, 2003). Una vez liberados los huevos se desarrollan las larvas plantónicas que realizarán metamorfosis a través de cinco etapas de nauplio, tres de protozoea y tres de mysis. Después de mysis, las larvas, que alcanzan a tener varios milímetros de longitud, tienen la apariencia de adultos, Neevia docConverter 5.1 23 pero con sólo dos o tres dientes sub-rostrales. Posteriormente las post-larvas del camarón rosado de 6-12 mm de longitud total (Dobkin, 1961; Álvarez et al., 1987) realizan una migración obligatoria entrando a las lagunas costeras y/o estuarios, y adquieren hábitos bénticos en estos ambientes que proveen comida y una cubierta de protección a las larvas (Zimmerman et al., 1984; Minello y Zimmerman, 1991; Pérez-Castañeda y Defeo, 2001). Dado que las áreas de crianza de los juveniles están distanciadas de las zonas de desove, el transporte de las larvas hacia las zonas estuarinas está determinado principalmente por factores físicos y de comportamiento. Estos factores incluyen, aunque no se limitan a, corrientes predominantes, vientos, áreas de desove, duración de la etapa larval plantónica, migración vertical y al momento escogido para la descarga larval. Cuando el camarón ha completado su fórmula rostral es considerado un juvenil, pero los sexos no se encuentran distinguidos externamente. Los juveniles permanecen y crecen en las zonas estuarinas por algunos meses y dejan el estuario como sub-adultos para unirse a la población adulta (García y Le Reste, 1981; Dall et al., 1990; Condie et al., 1999; Pérez- Castañeda y Defeo, 2003; Ramírez-Rodríguez y Arreguín-Sánchez, 2003; Criales et al., 2003; Figura 8). Figura 8. Ciclo de vida de Farfantepenaeus duorarum Neevia docConverter 5.1 24 La dinámica de intercambio larval entre aguas estuarinas y costeras no ha sido totalmente descrita debido a que muchas variables se encuentran involucradasen el proceso del transporte larval y el suministro dentro de los estuarios (Criales et al., 2003). El arreglo especial de los pastos marinos, macroalgas, sustratos de fondo suave, sustratos duros y pequeños escombros de madera hacen de los sistemas estuarinos hábitats con una alta heterogeneidad (Leber, 1985; Everett y Ruiz, 1993). La alta diversidad y abundancia de especies en estos ambientes ha sido atribuida al valor relativo de los componentes del hábitat, su variación temporal y su arreglo espacial (Orth et al., 1984). Los camarones del género Farfantepenaeus están asociados con la vegetación estuarina en la fase pre-adulta (Giles y Zamora, 1973; Zimmerman y Minello, 1984; Minello et al., 1990; Sánchez et al., 1996). La preferencia de F. duorarum por la vegetación sumergida ha sido bien documentada en el Atlántico occidental (Gore et al., 1981; Sánchez y Soto, 1982; Sánchez et al., 1996; Sánchez, 1997) y esta especie domina la fauna asociada a las macrofitas estuarinas del Golfo de México (Gore et al., 1981; Leber, 1985; Minello y Zimmerman, 1991). Es un depredador omnívoro oportunista que se alimenta de poliquetos, moluscos, macrocrustáceos, peces y detritos (Nelson y Capone, 1990; Corona et al., 2000). La actividad circadiana de esta especie es mayor durante la marea alta nocturna y mínima durante la marea baja diurna (Subrahmanyam, 1976). En estos ambientes, distribuidos en los pastos marinos, se encuentran grandes abundancias de otros invertebrados como las jaibas del género Callinectes, que son depredadores de los camarones (Sánchez, 1997). Neevia docConverter 5.1 25 d) Distribución Farfantepenaeus duorarum se distribuye a lo largo de las costas del océano Atlántico, desde el sur de la Bahía de Chesapeake, Maryland en Estados Unidos (Pérez-Farfante, 1969; Holthuis, 1980) a la Bahía de Ascensión en Quintana Roo, México (Chace, 1972; Dore y Frimodt, 1987; Figura 9). En México, esta especie ha sido registrada en Tamaulipas (Villalobos-Hiriart et al., 1981), Veracruz (Hernández-Aguilera et al., 1996), suroeste del Golfo de México: Tabasco y Campeche (Hildebrand, 1955; Hernández-Aguilera y Sosa- Hernández, 1982; Vázquez-Bader, 1988; Gracia, 1992), para la Laguna de Términos, Campeche (Sánchez y Soto, 1982; Gracia y Soto, 1990) y para la Laguna de Celestún, en la península de Yucatán (Pérez-Castañeda y Herrera-Dorantes, 1999). Se encuentra en hábitats estuarinos y marinos de aguas someras, distribuyéndose en intervalos de profundidad que van de los 2 a los 70 metros y, ocasionalmente, hasta los 375 metros (Dore y Frimodt, 1987; Pérez-Farfante, 1988) en fondos de arena (Hildebrand, 1954; Williams, 1984; Dore y Frimodt, 1987), limo (Hernández-Aguilera y Sosa-Hernández, 1982; Williams, 1984), fango y coral (Williams, 1984) y en sustratos calcáreos (Gracia y Soto, 1990). Alcanza una talla máxima en machos de 190 mm de longitud total (LT) y de 269 mm en hembras. Raramente se han obtenido ejemplares hasta de 280 mm LT (Pérez- Farfante, 1988). Neevia docConverter 5.1 26 Figura 9. Ámbito de distribución (línea roja) de Farfantepenaeus duorarum. e) Abundancia En la Laguna de Términos, sistema estuarino del Golfo de México, Sánchez (1997) encontró que el camarón rosado representó el 97% de la abundancia (79% son post-larvas epibénticas) y el 99% de la biomasa total de peneidos. 2.8 Automatización de la obtención de datos En el estudio de las trayectorias de escape es necesario extraer un elevado número de datos para su posterior análisis. Las herramientas actuales de la adquisición de datos se basan en la utilización de rutinas que vuelven sumamente laboriosa esta tarea. En un escenario así, disponer de herramientas que faciliten la obtención de datos confiables sin la inversión extrema de tiempo es deseable. Neevia docConverter 5.1 27 La extracción de datos para analizar las trayectorias de escape ha experimentado un gran avance a través del uso de la tecnología informática. La visión por computadora, las técnicas de procesamiento digital de imágenes y el diseño e implementación de un software que almacene datos de posición, orientación y dirección de movimiento de los objetos de interés (jaiba y camarón) ha permitido facilitar la adquisición y calculo automático de los datos (con mayor rapidez, precisión y eficiencia) para su análisis. La automatización de tareas es una ventaja frente a las aproximaciones tradicionales que se realizaban de forma manual, permitiendo reducir el tiempo de obtención de datos afectando de forma positiva la productividad de los usuarios / biólogos. Neevia docConverter 5.1 28 III JUSTIFICACIÓN La intención fundamental del presente trabajo es analizar las respuestas de escape en el camarón F. duorarum ante estímulos artificiales (con estímulos de ataque desde diferentes direcciones) y naturales, para estudiar los efectos de los ataques sobre múltiples aspectos de la conducta de escape individual. Además se estudió la importancia de la visión en la obtención de la conducta de escape al exponer camarones juveniles cegados y no cegados ante estímulos de ataque de su depredador natural. Los motivos que indujeron al estudio de las trayectorias de escape, fueron las consecuencias físicas que pueden permitir una mejor comprensión de las interacciones depredador-presa en una variedad de hábitats, niveles ecológicos y etológicos, siendo fundamental estudiarlas para discernir el efecto que estas interacciones pueden tener a nivel de población en términos de distribución y abundancia. Este conocimiento aproximará aspectos funcionales de la interacción predador-presa, ya que pueden ser útil para predecir el impacto (local / regional) de la depredación sobre una población, así como sus efectos. Otras razones trascendentes para estudiar las respuestas de escape en F. duorarum se deben a que es un camarón bentónico peneido de interés comercial (el más importante en la Sonda de Campeche). Además, se consideró importante estudiar la interacción depredador-presa con un modelo de depredador bentónico que permitiera simplificar a dos dimensiones esta interacción entre dos especies de crustáceos decápodos, y a que los únicos trabajos realizados con camarones sobre este tópico han sido con las especies C. crangon (Arnott et al., 1998; 1999) y P. elegans (Guerin. A quantitative analysis of predator evasion tactics in the rockpool prawn Palaemon elegans), ambos camarones carídeos. Neevia docConverter 5.1 29 IV. OBJETIVOS General - Caracterizar la respuesta de escape del camarón rosado Farfantepenaeus duorarum bajo la presión de un depredador natural (Callinectes ornatus y/o Callinectes sapidus), así como ante la amenaza de un estímulo artificial. Particulares - Describir y comparar las respuestas de escape de F. duorarum ante el ataque de una jaiba (Callinectes ornatus y/o Callinectes sapidus) y un estímulo artificial, en base a las siguientes variables: velocidad media, duración del escape, distancia mínima de reacción y ángulo de escape. - Evaluar la importancia de la visión en la respuesta de escape de F. duorarum ante la amenaza de C. ornatus y/o C. sapidus, y determinar si existen diferencias entre los parámetros de dichas respuestas con relación a los obtenidos entre camarones en ausencia de visión contra camarones que pueden ver. - Desarrollar un sistema automatizado para obtener de forma automatizada los datos de los parámetros de las trayectorias de escape de F. duorarum con el objeto de realizar los análisis estadísticos de comportamiento. Neevia docConverter 5.1 30 V. HIPÓTESIS 1. Si la visión es parte importante del mecanismo de reconocimiento de un depredador potencial por parte del camarón, entonces los camarones mostrarán una mayor
Compartir