Consumo de oxígeno, excreción de amonio y capacidad osmorreguladora de Litopenaeus stylirostris (Stimpson) expuesto a diferentes combinaciones de temperatura y salinidad

Oxygen consumption, ammonium excretion and osmoregulatory capacity of Litopenaeus stylirostris (Stimpson) exposed to different combinations of temperature and salinity

Ana Denisse Re¹, Fernando Díaz^1*, Elizabeth Sierra¹ y Silvia Gómez-Jiménez²

¹ Departamento de Biotecnología Marina Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada (CICESE) Kilómetro 107 Carretera Tijuana-Ensenada Ensenada, CP 22860, Baja California, México. *E-mail: fdiaz@cicese.mx.

Recibido en enero de 2004;
aceptado en abril de 2004.

Resumen

Se determinaron las respuestas fisiológicas del camarón azul al exponer a los organismos a temperaturas de 23, 28 y 33°C y a salinidades de 10, 15, 20, 25, 30, 35 y 40%o. El consumo de oxígeno de Litopenaeus stylirostris expuesto a las salinidades experimentales se incrementó en relación directa con la temperatura; sin embargo, a 28°C la tasa metabólica se mantuvo constante. La tasa de excreción de amonio en los juveniles aclimatados a 23°C y 33°C se relacionó con el patrón de osmorregulación ya que cuando los camarones hiperregularon ésta se incrementó, y disminuyó cuando hipo-regularon, mientras que en los mantenidos a 28°C la excreción de amonio permaneció constante. La capacidad osmorreguladora de los juveniles mostró que fueron hiporreguladores e hiperreguladores a salinidades por arriba y por debajo del punto isosmótico, disminuyendo esta capacidad en los organismos mantenidos a 33°C y expuestos a las altas salinidades. El punto isosmótico de los camarones tuvo un intervalo de 676.8-700.7 mmol kg^-1 (23.7-24.6%o). Los valores de las pendientes entre la concentración osmótica del medio y la hemolinfa de los camarones aclimatados a 23°C, 28°C y 33°C fueron 0.25, 0.17 y 0.37, obteniéndose el menor valor de la pendiente en los juveniles mantenidos a 28°C, condición en la que el camarón azul se caracterizó como fuerte regulador. Para optimizar el cultivo de L. stylirostris en condiciones controladas se proponen salinidades de 25%o y temperaturas de 28°C, las cuales se consideran condiciones óptimas para tales ambientes en los que los organismos están libres de estrés ambiental y, por ende, se incrementará su crecimiento.

Palabras clave: consumo de oxígeno, excreción de amonio, capacidad osmorreguladora, salinidad y temperatura, Litopenaeus stylirostris.

Abstract

Key words: oxygen consumption, ammonium excretion, osmoregulatory capacity, temperature and salinity, Litopenaeus stylirostris.

Introducción

De acuerdo con Castille y Lawrence (1981) y Claybrook (1983), la capacidad adaptativa de los peneidos es específica y está determinada por diversos factores evolutivos que han causado que las especies de camarones se distribuyan diferencialmente en el gradiente marino-lagunar-estuarino. El ciclo de vida de muchas especies de camarones ocurre entre los ambientes marinos y lagunar-estuarinos. Los adultos dependen de la estabilidad del ambiente marino para la reproducción, en tanto que las postlarvas y los juveniles están adaptados para tolerar las variaciones ambientales cíclicas frecuentes en los sistemas lagunares-estuarinos (Zein-Eldin y Aldrich, 1965; Bishop et al., 1980; Castille y Lawrence, 1981).

El camarón azul Litopenaeus stylirostris (Stimpson) se distribuye desde Punta Abreojos, Baja California, en México, hasta Tumbes, Perú. En la porción central y norte del Golfo de California es la segunda especie de mayor abundancia y es la que domina en las lagunas costeras, estuarios y bahías desde el norte de Mazatlán hasta el Río Colorado (Aragón, 2000).

El consumo de oxígeno es una respuesta fisiológica que se puede correlacionar con las variaciones de los factores ambientales, ya que la tasa respiratoria está relacionada con el trabajo metabólico y el flujo de energía que los organismos canalizan hacia los mecanismos del control homeostático (Salvato et al., 2001).

En los decápodos la excreción de amonio-N representa más del 85% de la excreción nitrogenada (Regnault, 1987). La excreción de amonio en los crustáceos es afectada por factores intrínsecos como el tamaño corporal, el estadio del ciclo de muda y por factores extrínsecos como la temperatura, la salinidad y el oxígeno disuelto (Needham, 1957). El efecto de la salinidad y la temperatura sobre la excreción nitrogenada se ha cuantificado en peneidos como Fenneropenaeus indicus (Milne Edwards), Marsupenaeus japonicus (Bate), Penaeus monodon (Fabricius), F. chinensis (Osbeck), Farfantepenaeus aztecus (Ives) y Litopenaeus vannamei (Boone) (Gerhardt, 1980; Chen y Lai, 1993; Chen et al., 1994; Chen y Lin, 1995; Hernández y Díaz, 1995; Jiang et al., 2000; Díaz et al., 2001). La función del amonio en los procesos de osmorregulación ha sido estudiado en dos aspectos, como un constituyente de los aminoácidos libres para la regulación osmótica intracelular (Bishop et al., 1980) y como un ión de intercambio para la regulación del Na+ en la hemolinfa de los crustáceos (Mangum et al., 1976; Pressley et al., 1981).

La osmorregulación es un mecanismo importante de adaptación ambiental en especies acuáticas, particularmente en los crustáceos (Péqueux, 1995). Se ha demostrado que cuando los camarones juveniles son expuestos a cambios ambientales hay una modificación en el balance iónico y osmótico (Williams, 1960; Castille y Lawrence, 1981; Hernández y Díaz, 1995; Díaz et al., 2001; Lemaire et al., 2002), la actividad respiratoria (Dalla Via, 1986; Villarreal et al., 1994; Chen y Lin, 1995; Rosas et al., 1999; Rosas et al., 2001; Villarreal et al., 2003), el crecimiento (Bray et al., 1994; Wyban et al., 1995; Ponce-Palafox et al., 1997; Kumlu et al., 2001; Coman et al., 2002) y la excreción de amonio (Chen y Lai, 1993; Chen y Nan, 1993; Chen y Nan, 1994; Jiang et al., 2000; Díaz et al., 2001). Esos estudios han aportado evidencias de que los camarones peneidos están adaptados a tolerar las fluctuaciones naturales de los factores ambientales. El monitorear la condición fisiológica de los crustáceos mediante la osmorregulación puede tener un uso potencial como biomarcador para evaluar el estado fisiológico de los camarones y, por lo tanto, predecir el efecto del estrés causado por las variaciones de los factores ambientales y los contaminantes, así como para conocer las condiciones optimas para su cultivo (Lignot et al., 1999, 2000; Brito et al., 2000).

Los estudios ecofisiológicos en el camarón azul son escasos. El objetivo de este estudio fue evaluar el efecto de la temperatura y la salinidad sobre el consumo de oxígeno, la excreción de amonio y la capacidad osmorreguladora de juveniles de Litopenaeus stylirostris para determinar las condiciones óptimas para su cultivo.

Materiales y métodos

Los juveniles de L. stylirostris se obtuvieron de la granja de producción El Camarón Dorado localizada en el estado de Sonora, México. En el laboratorio, 900 camarones con un intervalo de peso húmedo de 0.8-1.0 g fueron colocados en tres estanques de 500 L provistos de aireación constante, con flujo continuo de agua de mar a una salinidad de 35%o . El foto-periódo se mantuvo en 12/12 h luz-obscuridad con un periodo de transición de 30 minutos. Los juveniles se aclimataron durante 30 días a 20°C, 28°C y 33°C ± 1, fase en la que los organismos fueron alimentados con alimento proporcionado a 10% de su peso húmedo corporal dos veces al día (10:00 y 18:00 h), con una dieta comercial para camarón con 35% de proteína. Los animales muertos, el alimento remanente y las exuvias fueron extraídos de los estanques diariamente.

Posteriormente se inició la aclimatación de los organismos a salinidades de 10, 15, 20, 25, 30, 35 y 40%, para lo que se colocaron 20 organismos en recipientes de 20 L realizándose dos repeticiones para cada condición experimental. Las salinidades menores a 35% se obtuvieron mediante diluciones con agua de la llave previamente desclorada, salvo la de 40% que se obtuvo al adicionar sales sintéticas de mar. La tasa de disminución e incremento de la salinidad fue de 5% por día y, una vez alcanzadas las salinidades experimentales, los camarones permanecieron en tales condiciones durante siete días, tiempo suficiente para que estabilizaran su medio interno (Castille y Lawrence, 1981).

El consumo de oxígeno y la excreción de amonio de los organismos fueron medidos en un sistema respirómetrico semiabierto como el descrito por Díaz et al. (1989) el cual consiste de 21 cámaras de 250 mL cada una. De manera individual 20 camarones en estadio de intermuda fueron introducidos en las cámaras respirométricas 24 h antes de iniciar las mediciones que se realizaron entre las 9:00 y las 13:00 h. El estadio del ciclo de muda fue identificado de acuerdo con el procedimiento descrito por Huner y Colvin (1979). El flujo de agua en las cámaras permaneció abierto durante 2 h, pero antes de cerrarlas se tomaron dos muestras de agua para medir la concentración inicial de oxígeno disuelto con un oxímetro YSI 52 (Yellow Springs Instruments Co.) provisto de un sensor polarográfico, y la concentración inicial de amonio por el método del fenolhipoclorito (Rodier, 1981). Las cámaras permanecieron cerradas durante 1 h, ya que de acuerdo a Stern et al. (1984), éste es el tiempo adecuado para que el oxígeno disuelto no disminuya por debajo de 30% y no cause estrés en los organismos. Antes de que el flujo de agua en las cámaras se reestableciera se tomaron dos muestras de agua para medir la concentración final del oxígeno disuelto y el amonio producido. La cámara número 21 fue usada como control para medir el consumo de oxígeno y la producción de amonio por los microorganismos y hacer las correcciones necesarias. Se realizaron dos repeticiones de cada prueba.

Para determinar la presión osmótica en los organismos provenientes de cada condición experimental se extrajo una muestra de hemolinfa de 10 |jL con una pipeta automática a través de la membrana toracoabdominal (previamente secada con papel absorbente). Las osmolaridades de la hemolinfa y del medio fueron medidas con un osmómetro de vapor Wescor 5520 y los datos se expresaron en mmol kg^-1.

Inmediatamente al finalizar los experimentos los camarones fueron muertos por inmersión en agua caliente, se secaron en una estufa a 60°C, se colocaron en un desecador durante 2 h y se pesaron en una balanza (Ohaus Explorer) para determinar su peso seco. Los resultados del consumo de oxígeno de los organismos y de la excreción de amonio se expresaron en mg O₂ h^-1 g^-1 y mg NH₄+ h^-1 g^-1 de peso seco (p.s.), respectivamente.

El consumo de oxígeno y la excreción nitrogenada se graficaron en cajas en paralelo (Tukey, 1977). Dentro de las cajas el 50% de los datos se distribuyó alrededor de la mediana y en los intervalos de confianza. El otro 50% se distribuyó en cada barra. Se utilizó un análisis de varianza de dos vías (Sigma Stat) para determinar el efecto de la temperatura y la salinidad sobre el consumo de oxígeno, la excreción nitrogenada y la osmolaridad de la hemolinfa de L. stylirostris. Para describir el efecto de la salinidad y la temperatura sobre la osmolaridad de la hemolinfa se utilizó una regresión lineal (Sigma-Stat). Los valores de los puntos isosmóticos (donde la osmolaridad de la hemolinfa es igual a la osmolaridad del medio) fueron determinados usando la fórmula de Ferraris et al. (1986). En los juveniles del camarón azul se calculó la capacidad osmorreguladora como la diferencia entre la osmolaridad de la hemolinfa y la del medio externo (Lignot et al., 2000).

Resultados

En el camarón azul L. stylirostris aclimatado a 23°C la tasa de excreción de amonio se incrementó a 10% de salinidad y disminuyó conforme ésta se aumentó, obteniéndose la tasa de excreción más baja (0.08 mg NH₄+ h^-1 g^-1 p.s.) a salinidades de 35 y 40%. La tasa de excreción de los camarones mantenidos a 28°C se mantuvo constante con un intervalo de 0.210.27 mg NH₄+ h^-1 g^-1 p.s. En los organismos expuestos a 33°C la excreción de amonio se incrementó significativamente en un 350-380% a salinidades de 10-15%, respecto a la excreción de organismos aclimatados a 23°C y 28°C. Al incrementarse la salinidad la tasa de excreción disminuyó hasta que, a 40% se alcanzó una tasa de 0.20 mg NH4⁺ h^-1 g^-1 p.s (fig. 2). El análisis de varianza indicó que hubo un efecto significativo de la temperatura y la salinidad sobre la tasa de excreción de amonio (P < 0.05), pero el efecto de la interacción entre la temperatura y la salinidad no fue significativo.

En los juveniles aclimatados a 23°C, 28°C y 33°C la osmolaridad de la hemolinfa se relacionó de manera lineal con respecto a la del medio externo, obteniéndose las siguientes ecuaciones:

donde MI es la osmolaridad de la hemolinfa de los camarones y ME es osmolaridad del medio externo. Cuando la salinidad del medio externo se incrementó de 10 a 20% (307-563 mmol kg^-1) la concentración de la hemolinfa de los camarones fue hiperosmótica con respecto al medio externo en un intervalo de 590 a 654 mmol kg^-1, en las salinidades de 25 a 40% (752-1186 mmol kgr¹) en los organismos mantenidos en 23°C y 28°C la osmolaridad de la hemolinfa fue hiposmótica (671-801 mmol kg^-1) con respecto a la del medio externo. Para los camarones aclimatados a 33°C la concentración osmótica de la hemolinfa en ese intervalo de salinidad tuvo un patrón hipoosmoconformador (fig. 3). El análisis de varianza indicó que la salinidad y la temperatura tuvieron un efecto significativo (P < 0.05) sobre la concentración osmótica de la hemolinfa de los camarones, así como la interacción entre la temperatura y la salinidad tuvieron un efecto significativo.

Los puntos isosmóticos obtenidos en los camarones expuestos a las diferentes salinidades tuvieron un intervalo de 676.8-700.7 mmol kg^-1 (23.7-24.6%). La temperatura de aclimatación no afectó significativamente (P > 0.01) los valores de los puntos isosmóticos de los organismos expuestos a las diferentes salinidades.

En los juveniles del camarón azul la capacidad osmorreguladora fue modificada significativamente por la salinidad (P < 0.05) de hiper a hiposmótica, ya que en las salinidades de 10-20% tuvo un intervalo de 306 a 10, en tanto que en las salinidades de 25-40% fue de -22 a -459 (fig. 4). La temperatura afectó de manera significativa (P < 0.05) la capacidad osmorreguladora de los organismos particularmente en los aclimatados a 33°C.

Discusión

La tasa respiratoria de los crustáceos es modificada por factores externos como la salinidad, la intensidad luminosa, el oxígeno disuelto y la temperatura (Kutty et al., 1971; Bishop et al., 1980; Dalla-Vía, 1986; Kurmaly et al., 1989; Martínez-Palacios et al., 1996). En los juveniles de L. stylirostris se obtuvo una relación directa entre la tasa de consumo de oxígeno y la temperatura. Esta misma respuesta fue obtenida por Kutty et al. (1971) en Penaeus indicus, en P. monodon por Kurmaly et al. (1989), por Chen y Lai (1993) en P. japonicus, por Villarreal y Ocampo (1993) en P californiensis (Holmes) y por Martínez-Palacios et al. (1996) en P. vannamei. Los camarones que se mantuvieron a 28°C tuvieron una tasa metabólica constante en todo el intervalo de salinidades utilizadas. Venkataramiah et al. (1974) han enfatizado que la respiración no puede ser considerada como un buen índice de la tolerancia a la salinidad salvo en casos donde la temperatura experimental corresponda a las características naturales del hábitat de los organismos. La temperatura preferida por el camarón azul, determinada por Re et al. (2000), es de 28°C y además está dentro del intervalo medio de temperatura de su ambiente natural, de modo que la respiración puede ser indicativa de tolerancia a la salinidad.

El consumo de oxígeno del camarón azul no se vió afectado por la salinidad. Se ha demostrado para otros decápodos eurihalinos que la salinidad no tiene un efecto pronunciado sobre el consumo de oxígeno si los organismos experimentales son aclimatados a las salinidades de prueba y si éstas no son extremas (Bishop et al., 1980; Gaudy y Sloane, 1981; Díaz-Herrera et al., 1992; Villarreal y Rivera, 1993; Salvato et al., 2001). En los juveniles de L. stylirostris el tiempo de aclimatación a cada condición de salinidad fue el suficiente para estabilizar su medio interno (Castille y Lawrence, 1981). Asimismo, el intervalo de salinidades utilizado corresponde a las fluctuaciones naturales a las que la especie está expuesta (Aragón, 2000).

Kinne (1967) describió cuatro tipos de respuesta metabólica en organismos acuáticos que han sido aclimatados a una nueva salinidad: (1) La tasa de consumo de oxígeno no es influenciada por los cambios de salinidad; (2) la tasa metabólica de los organismos se incrementa en salinidades reducidas y disminuye en salinidades altas; (3) la tasa metabólica se incrementa tanto en bajas como en altas salinidades; y (4) la tasa de consumo de oxígeno disminuye tanto en bajas como en altas salinidades. El camarón azul exhibió la respuesta tipo 1, ya que el consumo de oxígeno no se modificó significativamente en los organismos mantenidos en 28°C, al ser expuestos a las diferentes salinidades. En los organismos aclimatados a 23°C y 33°C se obtuvo una tendencia no significativa a incrementar su metabolismo en altas y bajas salinidades.

En peneidos como P. japonicus, F. chinensis, P. monodon, F. aztecus y L. vannamei, se ha reportado un incremento de la excreción nitrogenada cuando se disminuye la salinidad (Spaargaren et al., 1982; Chen y Lin, 1992; Chen y Lai, 1993; Chen et al., 1994; Hernández y Díaz 1995; Jiang et al., 2000; Díaz et al., 2001). En este estudio la tasa de excreción de amonio en los camarones aclimatados a 23°C y 33°C se incrementó cuando la salinidad se disminuyó de 40 a 10%. Esta respuesta posiblemente está relacionada con un incremento en el catabolismo de los aminoácidos ya que, de acuerdo con Chen (1998), los camarones, en bajas salinidades, utilizan proteínas como fuente primaria para la obtención de energía.

En los juveniles de camarón azul expuestos a las diferentes salinidades la tasa de excreción de amonio se relacionó con los procesos de osmorregulación, ya que la excreción se incrementó cuando los camarones fueron hiperreguladores y disminuyó cuando hipo-regularon. Mangum et al. (1976) y Pressley et al. (1981) demostraron que, después de la transferencia de los organismos a medios diluidos, hay un incremento en la captación activa de Na+, lo que fue relacionado con un incremento en la excreción de amonio. La absorción de sodio es requerida para compensar su pérdida debido a la operación de la bomba de intercambio Na⁺/NH4⁺. Estos mecanismos fueron utilizados por los camarones para balancear la concentración osmótica de la hemolinfa al ser expuestos a medios hiperosmóticos.

El patrón de osmorregulación de los juveniles del camarón azul L. stylirostris obtenido fue el típico de muchos crustáceos que habitan en sistemas lagunares estuarinos, fueron hiporreguladores e hiperreguladores en salinidades por arriba y por debajo del punto isosmótico respectivamente (Vernberg y Vernberg, 1972; Mantel y Farmer, 1983).

Los puntos isosmóticos para los juveniles del camarón azul aclimatados a las tres temperaturas tuvieron un intervalo de 676.8-700.7 mmol kg^-1 (23.7-24.6%). Estos valores están dentro del intervalo de puntos isosmóticos reportados para diferentes especies de peneidos (Díaz et al., 2001), y son mayores que los reportados por Rodríguez (1981) y Castille y Lawrence (1981) de 610 y 680 mmol kg^-1, respectivamente, y menores al reportado por Lemaire et al. ( 2002), de 735 mmol kg^-1 para el camarón azul. Las diferencias se pueden atribuir a las diferentes condiciones experimentales utilizadas en estos estudios, ya que se conoce que factores como el estadio del ciclo de muda, el tamaño de los organismos y el estado nutricional tiene una influencia sobre la osmolaridad de la hemolinfa.

Los valores de las pendientes de la relación entre la concentración osmótica del medio y de la hemolinfa de los juveniles del camarón azul aclimatados a 23°C, 28°C y 33°C y expuestos a las diferentes salinidades fueron 0.25, 0.17 y 0.37, respectivamente. Una desviación de la pendiente de la línea isosmótica refleja el grado de la capacidad de regulación (pendiente = 0 osmorregulador, pendiente = 1 osmoconformador). Organismos con pendientes altas, como los mantenidos a 23°C y 33°C, tuvieron una regulación hiperosmótica débil. El valor de la pendiente para los organismos mantenidos a 28°C reflejó que, en tal condición, los camarones pueden caracterizarse como fuertes reguladores.

Se recomienda que para optimizar el cultivo del camarón azul en condiciones controladas, éste se haga a temperaturas alrededor de 28°C y, dado que la salinidad no ha sido determinada experimentalmente, nosotros proponemos que 25% se considere como la óptima para esta especie, ya que esta salinidad corresponde con el punto isosmótico determinado para el camarón azul que, de acuerdo con Pannikar (1968), en estas condiciones los camarones gastarán menos energía en el mantenimiento del gradiente osmótico y, por lo tanto, el crecimiento de los organismos se incrementará al estar en un ambiente libre de estrés ambiental.

Agradecimientos

Agradecemos a la granja de producción El Camarón Dorado, ubicada en Sonora, México, la donación de los ejemplares utilizados en esta investigación; a SIMAC-CONACYT el apoyo económico dado a los proyectos 980111106004 y 200017509; y a José M. Domínguez y Francisco Javier Ponce, del Departamento de Dibujo de CICESE, la elaboración del material gráfico.

Referencias

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