Otolitos: una introducción a su potencial uso para el estudio de la biología de los peces


Antonio Luque y Teodoro Ramírez


Los otolitos de los peces son unos cuerpos calcáreos situados en el interior del aparato vestibular (oído interno de los peces teleósteos) análogos a las otoconias de otros vertebrados. Son de mayor tamaño que las otoconias y poseen una morfología compleja específica de cada especie. Al igual que las otoconias, bajo la influencia de la gravedad los otolitos activan las células sensoriales del vestíbulo que envían un impulso nervioso al cerebro del animal donde se interpreta la posición relativa del individuo con respecto a la dirección de la gravedad, mantenimiendo el equilibrio del pez y actuando como sensor de profundidad. Otra función de los mismos es la de detectar vibraciones tales como las ondas sonoras, interviniendo en la audición. En los peces teleósteos existen tres pares de otolitos y cada uno de ellos se diferencia en su localización, función, tamaño, forma y ultraestructura. Estos tres pares de otolitos son denominados comúnmente lapillus, sagitta y asteriscus (Fig. 1).



La anatomía del aparato vestibular y de los otolitos que contiene en su interior muestra una simetría bilateral, exceptuando algunos peces planos. El aparato vestibular está dividido en un saco dorsal (parte superior) y saco ventral (parte inferior), estando los otolitos lapilli situados anteriormente en la parte superior y los sagittae y asterisci suelen estar situados muy próximos entre sí en la parte inferior. El vestíbulo que contiene los tres pares de otolitos se denomina utrículo, sáculo y lagena para los otolitos lapilli, sagittae y asterisci respectivamente. Un tejido fibroso, formado por la mácula y membrana otolítica, se encuentra normalmente adherido a los otolitos. De los tres pares de otolitos los sagittae son los de mayor tamaño y los más utilizados para el estudio de la microestructura.
Los primeros estudios sobre otolitos en peces datan de principios de este siglo. Reibisch [Wiss. Meeresuntersuch. Abt. Kiel. N. F. 4: 231 (1899)] fue el primero que observó al microscopio la presencia de anillos anuales en los otolitos, constituidos por bandas translúcidas, denominadas también unidades continuas, alternadas con bandas opacas o discontinuas. Desde entonces y hasta principios de los años 70 se han utilizado los otolitos fundamentalmente para la determinación de la edad y el crecimiento en peces adultos, mediante el recuento de los anillos anuales o estacionales. También se han utilizado, aunque en menor grado, para la diferenciación y clasificación de especies. La lectura del número de anillos anuales sólo permitía la determinación de la edad en peces adultos cuyos otolitos tuviesen anillos de crecimiento bien diferenciados. En 1971 se produce un descubrimiento que revoluciona por completo el campo de investigación de los otolitos. En ese año Pannella observa por primera vez la presencia de anillos de crecimiento diario en los otolitos [ver su figura 2 en Science. 173: 1124 (1971)]. Brothers et al., [Fish. Bull. U.S. 82: 1 (1976)] confirmaron la existencia de estos microincrementos diarios en larvas de peces. Este descubrimiento despierta un gran entusiasmo entre los científicos, ya que la existencia de estos microincrementos permite la determinación de la edad y el crecimiento diario con gran exactitud en larvas, juveniles y adultos.



Los primeros trabajos revelaron que las zonas hialinas estaban constituidas por carbonato cálcico, principalmente aragonito, aunque ocasionalmente se encuentra presente vaterita, segregado por las células de la endolinfa con las cuales está en contacto el otolito; las zonas opacas están formadas por una proteína fibrosa de alto peso molecular del tipo del colágeno, denominada otolina [Degens et al. Mar. Biol. 2: 105 (1969)]. El otolito crece a partir de un núcleo central de materia orgánica denominado primordium. La matriz orgánica proporciona un soporte que favorece la nucleación de los cristales de aragonito, que crecen con su eje c orientados perpendicularmente a las bandas opacas. El núcleo carece generalmente de anillos y los cristales crecen desde él hacia el exterior del otolito en equilibrio isotópico con el agua del mar. El primer anillo bien marcado (³check ring²) se deposita a un determinado tiempo comprendido entre la eclosión del huevo y el comienzo de la alimentación activa de la larva, dependiendo de la especie. Acompañando al calcio, existen en los otolitos elementos metálicos en cantidades traza (Sr, Ba, Mg, Cd, Co, Cu, Zn, Na, K, etc...) y otros no metálicos (Si, P, S, B, etc...).La incorporación de estos elementos químicos en el otolito está en estrecha relación con los cambios fisiológicos en las distintas fases de desarrollo y con el medio ambiente que rodea al pez (cambios de temperatura, alimentación, niveles de nutrientes y contaminantes disueltos en agua de mar, etc.) [Kalish. Mar. Ecol. Prog. Ser. 74: 137 (1991)]; así por ejemplo la relación Sr/Ca parece estar inversamente relacionada con la temperatura. En base a esta hipótesis, las poblaciones que se encuentran en hábitats distintos deben caracterizarse por la diferente composición elemental de los otolitos. Este criterio ha sido recientemente utilizado por diversos investigadores para la discriminación entre distintos "stocks" y para trazar la historia medioambiental del pez .
El crecimiento del otolito es cíclico y está sujeto a ritmos circadianos relacionados con el metabolismo, y sincronizados con factores ambientales externos [Campana y Neilson, Can. J. Fish. Aquat. Sci. 42: 1014 (1985)]. Numerosos autores han comprobado que la variación de las condiciones del medio (cambios de temperatura, alimentación, migraciones, etc.), así como los cambios ontogénicos, durante las primeras fases de desarrollo, modifican la microestructura de los anillos del otolito, de forma que el otolito registra los periodos de estrés fisiológico y ambiental que han ocurrido a lo largo de la vida del pez. En periodos de crecimiento favorable, condiciones medioambientales óptimas, la zona hialina es ancha y bien diferenciada, siendo los microscristales delgados. Mientras que en periodos de crecimiento lento, condiciones ambientales adversas, el microincremento es más fino y los microcristales son más compactos. Muchos autores han utilizado los cambios en los anchos de los microincrementos para indicar periodos de transición a lo largo de la vida del pez como cambios de hábitat. Así por ejemplo se ha observado que el ancho de los microincrementos disminuye con la duración del periodo de inanición, con la disminución de la temperatura, la exposición de las larvas a aguas contaminadas por hidrocarburos, y con la disminución de los niveles de oxígeno disuelto en el medio. Además, el ancho de los microincrementos permite retrocalcular el grado de crecimiento a una determinada edad, este análisis requiere una relación constante entre el crecimiento del otolito (µm/día) y el crecimiento somático del pez (mm/día). Sin embargo hay casos en que la relación del crecimiento del otolito con el crecimiento somático es compleja, y el otolito puede continuar creciendo en condiciones en las que el crecimiento somático ha cesado (ej. inanición); así diversos autores han encontrado que el tamaño de los otolitos es menor en larvas de crecimiento rápido que en larvas de crecimiento lento sometidas a temperaturas más bajas. Fuertes oscilaciones de la temperatura y del régimen de alimentación pueden originar en la microestructura de los otolitos anillos subdiarios. Estos son bastante más estrechos y están menos marcados que los anillos diarios, por lo que son fáciles de identificar.
El conocimiento de la edad de las larvas de peces mediante el recuento de anillos diarios permite obtener el grado de crecimiento diario (mm/día), así como la distribución de fechas de nacimiento para los supervivientes de esa población y sus implicaciones en los procesos de reclutamiento. Las diferencias regionales observadas en el grado de crecimiento han permitiendo diferenciar poblaciones, correlacionando estas diferencias con la temperatura y la disponibilidad de alimentos [Heath, Advances in Marine Biology 28: 1 (1992)]. Por otra parte, la estimación de abundancias de larvas o juveniles por clases de edad (obtenidas mediante lectura de otolitos) ofrece la posibilidad de estimar la mortalidad e investigar sobre las causas que afectan a la supervivencia durante las primeras fases de desarrollo. Actualmente el método más empleado para estimación de mortalidades está basado en la medida de las abundancias por clases de edad. Sin embargo este tipo de análisis basado el recuento de microincrementos requiere la validación de la formación diaria de los mismos. Esta validación es necesaria llevarla a cabo en cada una de las diferentes especies que se vayan a estudiar. Los métodos más utilizados para la validación se basan en el cultivo en el laboratorio y sacrificio secuencial de larvas de edad conocida; otro método muy utilizado es el marcaje del otolito a una determinada edad mediante tetraciclina u otros compuestos fluorescentes.
Actualmente el campo de investigación sobre la microestructura y composición elemental de los otolitos está en pleno crecimiento y desarrollo, teniendo una gran aplicación en los estudios sobre los procesos biológicos que afectan a las pesquerías. A este respecto, el reclutamiento del boquerón (Engraulis encrasicolus) y la sardina (Sardina pilchardus), dos especies pelágicas de alto interés comercial, muestra fuertes oscilaciones interanuales. Esta variabilidad viene determinada en gran medida por la supervivencia de las primeras fases de desarrollo del pez. Las principales causas de mortalidad larvaria son la inanición, predación y transporte por corrientes hacia zonas poco favorables. La inanición disminuye el grado de crecimiento, con lo cual las larvas permanecen durante mayor tiempo en las clases de talla más vulnerables a la predación y al transporte. En el Centro Oceanográfico de Málaga (I.E.O) se vienen realizando desde 1986 estudios sobre el crecimiento diario y la condición nutricional de las larvas de estas dos especies pelágicas mediante recuento de los incrementos diarios en los otolitos sagitta y el índice RNA/DNA, encontrándose una estrecha relación entre estos dos factores y las variables ambientales (temperatura y disponibilidad de alimentos).
El empleo de nuevas técnicas como los sistemas de análisis de imagen facilitan el estudio de la microestructura del otolito; la imagen aumentada por el microscopio es digitalizada y mejorada su visualización microscópica. Asimismo el empleo de microscopía electrónica de barrido es cada vez más utilizado para la correcta lectura, interpretación y validación de la deposición diaria de anillos [Stevenson y Campana eds. Can. Spec. Publ. Fish. Aquat. Sci. 117: 126p (1992)]. Otro de los importantes avances, aunque muy poco introducido en el estudio de otolitos, es la utilización de microsondas electrónicas para la determinación de la composición elemental en los anillos diarios, pudiendo seguir día a día la evolución ambiental del pez.
De esta forma, los otolitos se han convertido, para muchos investigadores, en una pieza clave en el estudio del reclutamiento y la dinámica de poblaciones, permitiendo estimar el grado de crecimiento, la mortalidad, la distribución de edades y el comportamiento migratorio de una población para la diferenciación de "stocks". En conclusión, este estudio proporciona información sobre las características del medio y los acontecimientos que han rodeado a la vida del pez y en el caso de las larvas y juveniles son de una gran utilidad para el conocimiento de las condiciónes ambientales que rodean a estas fases iniciales de desarrollo. A estos efectos los otolitos se han comparado con las cajas negras de los aviones, proporcionando no sólo información sobre individuos, sino también sobre poblaciones.

Antonio Luque y Teodoro Ramirez son becarios del Instituto Español de Oceanografía en el Centro Oceanográfico de Málaga.