Desarrollo de la retina en larvas de cabrilla arenera Paralabrax maculatofasciatus (Percoidei: Serranidae) bajo condiciones de cultivo
Development of the retina in spotted sand bass Paralabrax maculatofasciatus (Percoidei: Serranidae) larvae under culture conditions
R Peña*, S Dumas
Unidad Piloto de Maricultivos, Centro Interdisciplinario de Ciencias Marinas, Av. Instituto Politécnico Nacional s/n Colonia Playa Palo de Santa Rita, La Paz, CP 23096, Baja California Sur, México. * E-mail: blacklarvae@hotmail.com.
]]> Recibido en marzo de 2007;
Resumen
Se describe el desarrollo de la retina en larvas de la cabrilla arenera Paralabrax maculatofasciatus bajo condiciones de cultivo, utilizando técnicas histológicas. El desarrollo de la retina en las larvas de la cabrilla arenera sigue un patrón previamente descrito para otras especies de teleósteos. Se observaron dos periodos de activa diferenciación. El primero ocurre durante la fase de alimentación endógena (desde la eclosión hasta el día 2 después de la eclosión) como una preparación hacia el inicio de la alimentación exógena. Durante este periodo, el ojo presentó un crecimiento alométrico negativo (coeficiente de crecimiento = 0.5). Al momento de la primera alimentación, el día 2, la longitud total (TL) de las larvas era de 2.58 ± 0.26 mm (media ± desviación estándar), el ojo presentó una capa de pigmento epitelial y conos sencillos como únicos fotorreceptores en la retina. En los días subsecuentes, el ojo presentó un crecimiento alométrico ligeramente positivo (coeficiente de crecimiento = 1.11). El segundo periodo ocurrió durante la transformación de las larvas a juveniles. Se observaron por primera vez presuntos conos dobles al día 14 (TL = 5.37 ± 0.58 mm) y presuntos bastones al día 22 (TL = 7.23 ± 0.99 mm). A partir de este día, el sistema visual está formado por una retina dúplex compuesta de conos y bastones como fotorreceptores.
Palabras clave: desarrollo del ojo, estructura de la retina, Paralabrax maculatofasciatus, fotorreceptores.
Abstract
We describe the development of the retina in spotted sand bass Paralabrax maculatofasciatus larvae under culture conditions, using histological techniques. Retinal development in the spotted sand bass larvae followed a pattern previously described for other teleost species. Two periods of active differentiation were observed. The first occurred during the yolk-sac stage (from hatching to day 2 after hatching) as preparation for the onset of exogenous feeding. During this period, the eye showed negative allometric growth (growth coefficient = 0.5). At the time of first feeding (day 2), total length (TL) was 2.58 ± 0.26 mm (mean ± SD), the eye became pigmented and single cones were the only photoreceptors observed in the retina. After first feeding, a slightly positive allometric growth of the eye was observed (growth coefficient = 1.11). The second period occurred during the transformation to juvenile stage. Presumptive double cones were first observed on day 14 (TL = 5.37 ± 0.58 mm) and presumptive rods on day 22 after hatching (TL = 7.23 ± 0.99 mm). From day 22 onwards, the visual system was formed by a duplex retina with both rod and cone photoreceptors present.
Key words: eye development, retinal structure, Paralabrax maculatofasciatus, photoreceptors.
]]>Introducción
La mayoría de las larvas de peces marinos son depredadores visuales (Hunter 1984). Para asegurar una transición exitosa de una alimentación endógena a una exógena, durante la etapa de eleuteroembrión deben ocurrir cambios significativos en el desarrollo del sistema visual. Un inapropiado desarrollo del sistema visual durante esta transición podría explicar parte de las elevadas tasas de mortalidad registradas durante el cultivo de larvas de peces marinos (Helvik y Karlsen 1996).
Al momento de la eclosión, el ojo de la mayoría de las larvas de peces está indiferenciado, compuesto por el cristalino y una retina indiferenciada. Al momento de la primera alimentación, la retina presenta solamente conos sencillos como fotorreceptores (Blaxter 1975, Kawamura et al. 1984). Los conos dobles aparecen posteriormente, y los bastones se forman durante o después de la transformación a juveniles, tal y como se ha descrito para Clupea harengus L. (Blaxter y Jones 1967, Sandy y Blaxter 1980), Solea solea (L.) (Sandy y Blaxter 1980), Pagrus major (Temminck y Schlegel) (Kawamura et al. 1984), e Hippoglossus hippoglossus L. (Kvenseth et al. 1996).
La cabrilla arenera Paralabrax maculatofasciatus (Steindachner) es un serránido que se distribuye desde Monterey, California, hasta Guerrero, México (Lluch-Cota 1995). Recientemente se han reportado varios aspectos de su cultivo y desarrollo larval (Álvarez-González et al. 2001, Peña et al. 2003, Peña et al. 2004). Aunque la tasa de supervivencia durante el cultivo larval se ha incrementado de 5% a 11% (Álvarez-González et al. 2001), se han observado elevadas tasas de mortalidad durante los primeros días de desarrollo. En un estudio previo, Peña et al. (2004) reportaron que en la primera alimentación, la retina de la cabrilla arenera está diferenciada y compuesta de conos sencillos como únicos fotorreceptores. El presente estudio describe el desarrollo de la retina en larvas de la cabrilla arenera bajo las condiciones estándar empleadas durante la crianza larvaria de esta especie. Esta información aportará elementos estructurales que permitirán entender mejor la capacidad visual de las larvas y así optimizar las condiciones de cultivo larval de esta especie.
Materiales y métodos
Se obtuvieron huevos fertilizados a partir de desoves espontáneos de reproductores de cabrilla arenera mantenidos en condiciones de cultivo (25°C, fotoperiodo de 13:11 luz:oscuridad; Rosales-Velázquez 1997), y fueron incubados en un tanque cónico de 0.1 m3 a 25.0 ± 0.2°C hasta la eclosión a las 24 h después de la fertilización. Los eleuteroembriones recién eclosionados fueron colocados en tres tanques de 120 L (densidad inicial = 50 larvas L-1) con agua de mar esterilizada con luz UV, filtrada, y a una temperatura de 25.0 ± 0.2°C y salinidad de 35 ± 1. La intensidad de luz en la superficie del agua durante el periodo de estudio fue de 500 lux. Las larvas fueron alimentadas desde el momento de la primera alimentación (día 2 después de la eclosión) hasta el día 4 con rotíferos Brachionus plicatilis (densidad media = 1-3 rotíferos mL-1); a partir del día 5 y hasta el día 14 se suministraron rotíferos enriquecidos con Selco™ (Artemia Systems, Ghent, Bélgica) (densidad media = 1-3 rotíferos mL-1); del día 12 al 19 nauplios de Artemia enriquecidos con Selco™ (densidad media = 1 nauplios mL-1); y del día 18 al 22 se suministraron juveniles de Artemia (densidad media = 0.25 juveniles mL-1) .
Previo a la alimentación, todos los días desde la eclosión hasta el día 14 y después, cada dos días hasta el día 22, se realizaron muestreos al azar de40 ±5 larvas. Después de ser anestesiadas con una solución de metil sulfonato de tricaína (35 mg L-1), las larvas fueron fijadas con formol al 4%. Previo al análisis histológico, para cada día de muestreo, se tomó una submuestra con las larvas que presentaban el promedio de la longitud total (TL), mismas que fueron deshidratadas con inmersiones periódicas en alcohol a diferentes graduaciones (70-100%), e incluidas en una doble matriz de alginato-parafina (Muñetón-Gómez et al. 1989). Utilizando un microtomo de rotación, de estos bloques se obtuvieron cortes sagitales de 5 ^.m de espesor que fueron teñidos con la técnica general de hematoxilina-eosina (Davenport 1960). Se describió el desarrollo de la retina utilizando microscopia óptica.
Adicionalmente, se tomaron muestras aleatorias de 30 ± 5 larvas una hora después de la alimentación cada día desde el día 2 hasta el día 12 y después cada dos días hasta el día 18, y finalmente el día 21. Después de ser anestesiadas, las larvas fueron fotografiadas digitalmente y se les midió la TL y el diámetro del ojo (ED) utilizando el analizador digital de imágenes Image-Pro Plus v4.5 (Media Cybernetics, MD, EUA). Se calculó el crecimiento alométrico del ojo durante la fase de alimentación endógena (desde la eclosión hasta la completa absorción del saco de vitelo) y desde la primera alimentación (día 2) hasta el día 21. Se utilizaron los datos no transformados en la la función potencial Y = aXb, donde Y es la variable dependiente (ED) y X la variable independiente (TL), a es la ordenada al origen y b es el coeficiente de crecimiento (Fuiman 1983). Si b = 1, el crecimiento es isométrico, si b > 1 el crecimiento es alométrico positivo, y si b < 1 el crecimiento es alométrico negativo (Fuiman 1983).
]]>Resultados
Al momento de la eclosión (TL = 1.53 ± 0.10 mm, promedio ± DE), la retina de la cabrilla arenera estaba indiferenciada. El cristalino presentaba un diámetro inicial de 26.0 ± 3.1 μm. La retina estaba rodeada por la esclera que está compuesta por tejido conectivo. En la retina se observaron células indiferenciadas en un arreglo centrífugo sin estratificación evidente (fig. 1a).
Durante el periodo de alimentación endógena (desde la eclosión hasta la absorción del saco vitelino y glóbulo de aceite) se observaron cambios importantes en la estructura de la retina. Veinticuatro horas después de la eclosión (TL = 1.90 ± 0.14 mm), se observaron cuatro presuntas capas en la retina. Éstas fueron, del exterior al interior: la nuclear externa, la nuclear interna, la plexiforme interna y la de células ganglionares (fig. 1b). No se observó la capa de pigmento epitelial. La capa nuclear externa consistió en una hilera de los segmentos nucleares de los presuntos conos. La capa nuclear interna estaba formada por presuntas células bipolares redondas. La capa plexiforme interna consistió en dendritas de las neuronas situadas en las capas nuclear interna y de células ganglionares. La capa de células ganglionares está formada por varias hileras de células redondas, probablemente células amácrinas. Durante el periodo de alimentación endógena el ojo presentó un crecimiento alométrico negativo (b = 0.5, fig. 2).
Al momento de la primera alimentación (dia 2, TL = 2.58 ± 0.26 mm), la capa de pigmento epitelial estaba rodeando la capa nuclear externa en la retina (fig. 1c). Los segmentos externos de los presuntos conos sencillos estaban bien formados después del día 2 e incrementaron su tamaño en los días siguientes (fig. 3a). La capa plexiforme externa consistió en una sola hilera de células horizontales entre la capa nuclear externa y la capa nuclear interna. No se observaron cambios evidentes en la estuctura de la retina en los días subsiguientes a la primera alimentación. Sin embargo, se observó un incremento en el número de células fotorreceptoras. Después de la primera alimentación y hasta el final del periodo de estudio, se observó un crecimiento alométrico ligeramente positivo del ojo (b = 1.11, fig. 2).
El día 14 (TL = 5.37 ± 0.58 mm) se observaron por primera vez presuntos conos dobles (fig. 3b), y al día 16 (TL = 6.64 ± 0.43 mm) se observaron varias células en transición, presumiblemente precursoras de bastones, que se incorporaban desde la capa nuclear interna hacia la región basal de la capa nuclear externa (fig. 4a). A partir del día 22 (TL = 7.23 ± 0.99 mm) se observaron los núcleos de los presuntos bastones en la capa nuclear externa (fig. 4b). A partir de este día, el sistema visual de la cabrilla arenera estuvo formado por una retina dúplex compuesta de conos y bastones como fotorreceptores.
Discusión
]]> El desarrollo estructural de la retina de la cabrilla arenera es similar al descrito en otras especies de teleósteos (Blaxter y Staines 1970, Blaxter 1986, Kvenseth et al. 1996, Pankhurst y Eagar 1996, Roo et al. 1999). Se evidenció un patrón general consistente en dos periodos de diferenciación activa de la retina. El primer periodo ocurre durante el periodo de alimentación endógena y está orientado hacia el inicio de la detección de presas durante la primera alimentación y a la evasión de depredadores. El segundo periodo ocurre durante la transformación de las larvas a juveniles, presumiblemente como una adaptación a un tipo de vida bentónico (Evans y Browman 2004).El periodo de alimentación endógena de la cabrilla arenera a 25°C dura dos días (Peña et al. 2003). Durante este periodo se observaron los cambios iniciales en la estructura de la retina 24 h después de la eclosión. La diferenciación de la capa de células ganglionares antes de la completa formación de los conos indica el desarrollo simultáneo de los fotorreceptores en la retina y el tallo óptico (Schwassmann 1965), lo que permite la transmisión de impulsos nerviosos cuando el ojo es funcional (Kvenseth et al. 1996). Durante la alimentación endógena de las larvas de la cabrilla arenera, la capa de pigmento epitelial está ausente lo que sugiere la falta de funcionalidad durante ese periodo, y ésta se observa por primera vez al momento de la primera alimentación exógena (día 2). La aparición de la capa de pigmento epitelial ha sido considerada como característica de un ojo funcional (Kawamura et al. 1984). En contraparte, Porter y Theilacker (1999) observaron pequeños parches de pigmento en la retina de Theregra chalcogramma (Pallas) desde el momento de la eclosión.
Al momento de la primera alimentación, los únicos fotorreceptores en la retina de las larvas de la cabrilla arenera son presuntos conos sencillos (Peña et al. 2004). Esta misma característica ha sido evidenciada en la retina de larvas de otras especies de teleósteos (Blaxter 1975, Kawamura et al. 1984, Pankhurst y Eagar 1996). Otros autores han mostrado que la retina consistente en conos sencillos como únicos fotorreceptores, presenta limitada agudeza visual y baja sensibilidad, lo cual reduce el contraste de un objeto (i.e., presas) (Evans y Browman 2004), y por consiguiente la eficiencia alimenticia de las larvas de peces (Peña et al. 2004, 2005). Igualmente, la retina de las larvas no tiene la capacidad de reaccionar ante cambios en la intensidad de luz ambiental (Ali 1975). Huse (1994) sugirió que esta característica puede limitar la distribución y el hábitat o zona de alimentación de las larvas en la columna de agua.
El inicio de la alimentación exógena de las larvas de peces requiere del desarrollo simultáneo de órganos y sistemas relacionados con la búsqueda e ingesta de presas (i.e., sistemas visual y digestivo). Las larvas de la cabrilla arenera presentan un tubo digestivo funcional al momento de la primera alimentación (Peña et al. 2003). Roo et al. (1999) y Porter y Theilacker (1999) describieron la relación estructural entre los sistemas visual y digestivo desde la primera alimentación en larvas de Pagrus pagrus L. y T. chalcogramma, respectivamente. Durante el periodo de nutrición endógena, el ojo de la cabrilla arenera presenta un crecimiento alométrico negativo (b = 0.5), lo que sugiere que durante este periodo la utilización de energía está dirigida principalmente a la diferenciación celular más que al crecimiento. En contraste, Rodríguez y Gisbert (2002) reportaron un crecimiento alométrico positivo (b = 4.2) en el ojo de Acipenser baerii Brandt, desde la eclosión hasta el día 3. Después de la primera alimentación, el crecimiento casi isométrico observado en el ojo de las larvas de la cabrilla arenera es similar al reportado por Rodríguez y Gisbert (2002) en A. baerii (b = 0.9).
El segundo periodo de diferenciación activa en la retina de la cabrilla arenera ocurre durante el periodo de transformación a juveniles. Se observa un incremento en la cantidad de conos simples y la aparición de presuntos conos dobles y bastones. La presencia de nuevos fotorreceptores incrementa las sinapsis neuronales y la función visual (Carvalho et al. 2004). De acuerdo con Shand et al. (1999), los conos dobles se forman por la ruptura enzimática de cisternas subsuperficiales de conos adyacentes. La presencia de los conos dobles cambia la organización espacial de los fotorreceptores en la retina (Shand et al. 1999). Este nuevo arreglo, junto con el incremento en el diámetro del ojo, han sido propuestos como mecanismos que incrementan tanto la sensibilidad como la agudeza visual de las larvas (Hairston et al. 1982, Kawamura et al. 1984, Kvenseth et al. 1996).
La incorporación de células a la capa nuclear externa en la retina de la cabrilla arenera en el día 16 ha sido también observada en larvas de otros teleósteos durante la transformación a juveniles. Estas células han sido reportadas como precursoras de los bastones (Blaxter y Staines 1970, Pankhurst y Eagar 1996), lo que resulta en una retina dúplex y en un sistema visual más especializado (Blaxter 1975, Sandy y Blaxter 1980, Evans y Browman 2004). Ali (1975) mostró que el incremento en la capacidad visual asociada con la presencia de bastones conlleva a una mayor sensibilidad, incrementando la detección de presas y la ingesta en un mayor intervalo de intensidades de luz. Después de un periodo larval pelágico y durante la transformación a juveniles, la cabrilla arenera cambia a un tipo de vida bentónico tanto en condiciones naturales (Lluch-Cota 1995) como en condiciones de cultivo (datos no publicados), lo que implica cambios en la intensidad y condiciones de iluminación.
Los resultados del presente estudio sugieren que la cabrilla arenera presenta las características visuales que le permiten iniciar con el proceso alimenticio una vez que se ha agotado el saco de vitelo y el glóbulo de aceite, y después cambiar de un estilo de vida pelágico a uno bentónico. Recientemente, Peña et al. (2004) confirmaron que las larvas de la cabrilla arenera dependen de la intensidad de luz durante su primera alimentación, siendo depredadores más efectivos a mayores intensidades de luz. Sin embargo, hasta qué grado la intensidad de luz afecta el desarrollo visual, la eficiencia alimenticia y el crecimiento durante el cultivo larval de la cabrilla arenera, requiere de más investigación.
Agradecimientos
Este estudio fue apoyado por el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACyT) de México y por los programas institucionales del Instituto Politénico Nacional (PIFI-IPN y COFAA-IPN).
]]>Referencias
Ali MA. 1975. Retinomotor responses. In: Ali MA (ed.), Vision in Fishes. New Approaches in Research. Plenum Press, New York, pp. 313-355. [ Links ]
Alvarez-González CA, Ortiz-Galindo JL, Dumas S, Martínez-Díaz S, Hernández-Ceballos DE, Grayeb-Del Alamo T, Moreno-Legorreta M, Peña R, Civera-Cerecedo R. 2001. Effect of stocking density on the growth and survival of spotted sand bass Paralabrax maculatofasciatus larvae in a closed recirculating system. J. World Aquacult. Soc. 32: 130-137. [ Links ]
Blaxter JHS. 1975. The eye of larval fish. In: Ali MA (ed.), Vision in Fishes. New Approaches in Research. Plenum Press, New York, pp. 427-443. [ Links ]
Blaxter JHS. 1986. Development of sense organs and behaviour of teleost larvae with special reference to feeding and predator avoidance. Trans. Am. Fish. Soc. 115: 98-114. [ Links ]
]]>Blaxter JHS, Jones MP. 1967. The development of the retina and retinomotor responses in the herring. J. Mar. Biol. Assoc. UK 47: 677-697. [ Links ]
Blaxter JHS, Staines M. 1970. Pure-cone retinae and retinomotor responses in larval teleosts. J. Mar. Biol. Assoc. UK 50: 449-160. [ Links ]
Carvalho PSM, Noltie DB, Tillitt DE. 2004. Biochemical, histological and behavioural aspects of visual function during early development of rainbow trout. J. Fish Biol. 64: 833-850. [ Links ]
Davenport HA. 1960. Histological and histochemical techniques. WB Saunders Co., Philadelphia, 401 pp. [ Links ]
Evans BI, Browman HI. 2004. Variation in the development of the fish retina. In: Govoni JJ (ed.), The Development of Form and Function in Fishes and the Question of Larval Adaptation. American Fisheries Society, Symposium 40, Bethesda, Maryland, pp. 145-166. [ Links ]
]]>Fuiman LA. 1983. Growth gradients in fish larvae. J. Fish Biol. 23: 117-123. [ Links ]
Hairston NG, Li KT, Easter SS. 1982. Fish vision and the detection of planktonic prey. Science 218: 1240-1242. [ Links ]
Helvik JV, Karlsen O. 1996. The effect of light- and dark-rearing on the development of the eyes of Atlantic halibut (Hippoglossus hippoglossus) yolk-sac larvae. Mar. Freshwat. Behav. Physiol. 28: 107-121. [ Links ]
Hunter JR. 1984. Feeding ecology and predation of marine fish larvae. In: Lasker R (ed.), Marine Fish Larvae Morphology, Ecology and Relation to Fisheries. Univ. Washington Press, Seattle, pp. 33-79. [ Links ]
Huse I. 1994. Feeding at different illumination levels in larvae of three marine teleost species: cod, Gadus morhua L., plaice, Pleuronectesplatessa L., and turbot, Scophthalmus maximus (L.). Aquacult. Fish. Manage. 25: 687-695. [ Links ]
]]>Kawamura G, Tsuda R, Kumai H, Ohashi S. 1984. The visual cell morphology of Pagrus major and its adaptive changes with shift from pelagic to benthic habitats. Bull. Jap. Soc. Sci. Fish. 50: 1975-1980. [ Links ]
Kvenseth AM, Pittman K, Helvik JV. 1996. Eye development in the Atlantic halibut (Hippoglossus hippoglossus): Differentiation and development of the retina from early yolk-sac stages through metamorphosis. Can. J. Fish. Aquat. Sci. 53: 2524-2532. [ Links ]
Lluch-Cota D. 1995. Aspectos reproductivos de la cabrilla arenera Paralabrax maculatofasciatus (Pices: Serranidae) en Bahía Magdalena-Almejas, BCS, México. Tesis de maestría, Centro Interdisciplinario de Ciencias Marinas-IPN, México, 116 pp. [ Links ]
Muñetón-Gómez MS, Ochoa-Báez RI, Torres-Villegas JR. 1989. Valoración de la inclusión doble alginato-parafina aplicada para estudios histológicos en larvas de peces. Inv. Mar. CICIMAR 4: 281-284. [ Links ]
Pankhurst PM, Eagar R. 1996. Changes in visual morphology through life history stages of the New Zealand snapper, Pagrus auratus. N.Z. J. Mar. Freshwat. Res. 30: 79-90. [ Links ]
]]>Peña R, Dumas S, Villalejo-Fuerte M, Ortiz-Galindo JL. 2003. Ontogenetic development of the digestive tract in reared spotted sand bass Paralabrax maculatofasciatus larvae. Aquaculture 219: 633-644. [ Links ]
Peña R, Dumas S, Saldívar-Lucio R, García G, Trasviña A, Hernández-Ceballos D. 2004. The effects of light intensity on first feeding of the spotted sand bass Paralabrax maculatofasciatus (Steindachner) larvae. Aquacult. Res. 35: 345-349. [ Links ]
Peña R, Dumas S, Trasviña A, García G, Pliego-Cortés H. 2005. Effects of tank colour and prey density on first feeding of the spotted sand bass Paralabrax maculatofasciatus larvae. Aquacult. Res. 36: 1239-1242. [ Links ]
Porter SM, Theilacker GH. 1999. The development of the digestive tract and eye in larval walleye pollock, Theragra chalcogramma. Fish. Bull. 97: 722-729. [ Links ]
Rodríguez A, Gisbert E. 2002. Eye development and the role of vision during Siberian sturgeon early ontogeny. J. Appl. Ichthyol. 18: 280-285. [ Links ]
]]>Roo FJ, Socorro J, Izquierdo MS, Caballero MJ, Hernández-Cruz CM, Fernández A, Fernández-Palacios H. 1999. Development of red porgy Pagrus pagrus visual system in relation to changes in the digestive tract and larval feeding habits. Aquaculture 179: 499-512. [ Links ]
Rosales-Velázquez MO. 1997. Efecto de la alimentación sobre los desoves de la cabrilla arenera Paralabrax maculatofasciatus (Teleostei: Serranidae) mantenida en cautiverio. Tesis de maestría, Centro Interdisciplinario de Ciencias Marinas-IPN, México, 62 pp. [ Links ]
Sandy JM, Blaxter JHS. 1980. A study of retinal development in larval herring and sole. J. Mar. Biol. Assoc. UK 60: 59-71. [ Links ]
Shand J, Archer MA, Collin SP. 1999. Ontogenetic changes in the retinal photoreceptor mosaic in a fish, the black bream, Acanthopagrus butcheri. J. Comp. Neurol. 412: 203-217. [ Links ]
Schwassmann HO. 1965. Functional development of visual pathways in larval sardines and anchovies. CalCOFI Rep. 10: 64-70. [ Links ]
]]>