Relación DNA:RNA, un indicador de crecimiento y condición nutricional de larvas en peces marinos
Teodoro Ramírez Cárdenas
Las primeras fases de desarrollo de los peces (huevos y larvas) se encuentran formando parte del plancton marino. En este medio las larvas de peces se alimentan de pequeños organismos planctónicos (nauplius y copepoditos principalmente), y al mismo tiempo ellas sirven de alimento a otros organismos predadores. Estas fases iniciales de desarrollo de los peces son muy vulnerables y presentan unos índices de mortalidad muy elevados (90%). La mortandad durante la fase larvaria puede conducir a altas fluctuaciones interanuales en el reclutamiento, el número de ejemplares de una determinada especie que se incorporan anualmente a las clases de talla que pueden ser comercialmente explotadas. Uno de los principales objetivos para los biólogos que investigan sobre las pesquerías es la predicción del reclutamiento.
Muchos autores han identificado la predación como la principal causa inmediata de mortalidad larvaria. Sin embargo la inanición producida por una baja concentración de presas contribuye también decisivamente al aumento de la mortalidad larvaria. Para muchas larvas de peces la muerte directa por inanición puede ocurrir después de estar sometidas a un periodo sin alimentos, más o menos prolongado dependiendo de la especie. Es poco probable que las condiciones de inanición absoluta se puedan dar en el medio marino de forma natural, por lo que, más que la muerte directa por inanición, en el medio natural hay que tener en cuenta los efectos sub-letales que pueden ocasionar la escasez de alimentos. La inanición producida por la escasez de presas conduce a un debilitamiento de la larva, que la hace más vulnerable al ataque por predadores. Al mismo tiempo la inanición conduce a una disminución del grado de crecimiento de la larva, con lo cual la larva permanece más tiempo en las clases de talla más vulnerables a los predadores.
De lo expuesto hasta ahora se deduce que la determinación del estado nutricional de las larvas de peces en el mar podría ser de mucha utilidad a la hora de estimar la supervivencia larvaria y las fluctuaciones interanuales en el reclutamiento de muchas especies de interés comercial.
La determinación del estado nutricional en larvas de peces marinos se ha realizado por métodos histológicos, morfométricos y bioquímicos (determinación del índice RNA:DNA, actividades enzimáticas, contenido en proteínas, lípidos, glucógeno...). De estos métodos el más utilizado actualmente es la determinación del índice RNA:DNA, mediante la medida del contenido en ácidos nucleicos por métodos espectrofotométricos en el UV-VIS, o bién por métodos fluorimétricos. Los métodos fluorimétricos son más sensibles y permiten la determinación del contenido en ácidos nucleicos individualmente en cada larva [Clemmesen, Meeresforsch. 32:134-143 (1988)].
El uso del índice RNA:DNA para la determinación del estado nutricional se basa en que la cantidad de DNA (el portador de la información genética) por célula es constante en los individuos de la misma especie, y esta cantidad no varía bajo condiciones de stress (inanición, cambio de condiciones ambientales...). Por esto el DNA ha sido empleado como índice del número de células y de biomasa. Por otra parte, la mayor parte del RNA de una célula (85-90%) es ribosómico, y su concentración es función del grado de síntesis de proteínas. Por tanto el índice RNA:DNA se puede considerar como un indicador del grado de actividad metabólica de la célula. Este índice ha sido empleado por muchos autores para la estimación de la condición nutricional y el crecimiento reciente en larvas de peces marinos [Buckley, Mar. Biol. 80:291-298 (1984)].
Experimentalmente se ha comprobado, en diversas especies criadas en laboratorio, que las larvas en estado de inanición presentan un menor índice RNA:DNA que las larvas que han sido alimentadas adecuadamente. El índice RNA:DNA muestra un decrecimiento lineal con la duración del periodo de inanición. Asimismo, las larvas que han sido sometidas experimentalmente a altas densidades de alimentación presentan un mayor grado de crecimiento que las que han estado sujetas a menores densidades de presas. Tras periodos de inanición que pueden oscilar entre 2-4 días, dependiendo de la especie, se pueden detectar cambios significativos en el índice RNA:DNA. Sin embargo, se han observado cambios en la concentración de RNA durante el ciclo diario en larvas de diversas especies. Así por ejemplo en larvas de anchoa (Engraulis encrasicolus) se ha detectado que los niveles de RNA son más elevados durante la noche [Garcia et al., Mar. Biol. (1996 en prensa)]. Esto se atribuye al desfase entre la ingestión del alimento, que se produce durante el día, y la síntesis de proteínas. Se ha descrito que la síntesis de proteínas en las larvas de peces alcanza su máxima actividad algunas horas después de la ingestión del alimento [Houlihan et al., Fish Physiol. Biochem. 14:195-208 (1995)].
Por otra parte, los principales factores que afectan al crecimiento larvario en el medio natural son la temperatura y la alimentación. Buckley [Mar. Biol. 80:291-298 (1984)] encontró que la temperatura del agua y el índice RNA:DNA explican el 92 % de la variabilidad observada en el grado de crecimiento diario en proteínas para larvas de 8 especies criadas en laboratorio. En condiciones adecuadas de alimentación y diferentes temperaturas de experimentación, el factor determinante para el crecimiento larvario será la temperatura. Por el contrario, en condiciones en las que la alimentación es pobre (baja densidad de presas) y el intervalo de temperaturas es estrecho, el factor limitante del crecimiento es la alimentación y la variación en el crecimiento vendría expresada por el término RNA:DNA. Debido a que la relación RNA:DNA refleja la condición y crecimiento de los 2-4 días anteriores al muestreo en el campo, el índice puede ser relacionado con las condiciones ambientales presentes durante el muestreo (temperatura, densidad de microzooplancton y tipo de presas). Muchos autores han correlacionado los valores del índice RNA:DNA con densidades de presas en el medio y con la temperatura presente [Buckley and Lough, Mar. Ecol. Prog. Ser. 79:27-35 (1991)].
Recientemente se ha visto que la temperatura del medio puede afectar al índice RNA:DNA. Se ha encontrado que la concentración de RNA en las larvas aumenta cuando estas son sometidas a bajas temperaturas. Esto parecer ser un mecanismo compensatorio de aclimatación, la cantidad de RNA necesaria para producir cierta cantidad de proteínas se reduce al aumentar la temperatura [Mathers et al., Mar. Biol. 112:363-369 (1992)]. Este aumento del RNA es necesario tenerlo en cuenta si las larvas capturadas en el mar se encuentran a mucha más baja temperatura que las utilizadas en laboratorio para construir curvas de calibración.
En larvas procedentes tanto de cultivos como de campo se ha observado un aumento progresivo del RNA:DNA al aumentar la edad de la larva, incluso en larvas que han sido sometidas a periodos de inanición. Sin embargo en este último caso el aumento es menor. El aumento de la relación RNA:DNA con la edad en larvas sometidas a inanición, se debe probablemente a que las larvas mayores tienen mayores reservas energéticas almacenadas, con lo cual estas tardarían más tiempo en alcanzar valores más bajos de RNA:DNA.
Si después de un periodo de inanición relativamente corto las larvas son sometidas a densidades adecuadas de presas, entonces estas vuelven a alimentarse recuperando así su buena condición. Sin embargo, si el periodo de inanición es más prolongado la larva puede alcanzar el denominado punto de no retorno, tras el cual, aunque se facilite alimento a la larva, ésta es incapaz de alimentarse y muere. A este punto de no retorno corresponde un nivel crítico del índice RNA:DNA.
Durante los primeros días de vida (3-4 días, dependiendo de la especie y de la temperatura), las larvas se alimentan de la reserva energética proporcionada por el saco vitelino. Una vez que se ha producido la absorción de este saco las larvas comienzan la alimentación exógena. El periodo de transición entre la absorción del saco vitelino y la alimentación a base de microzooplancton es crítico para la supervivencia de las larvas, ya que tras la absorción del saco vitelino las reservas energéticas de una larva son prácticamente nulas. Después de la eclosión del huevo, el periodo de alimentación endógena (saco vitelino) se caracteriza por una disminución del índice RNA:DNA ocasionado por una disminución del RNA y un aumento del DNA total, alcanzando el índice RNA:DNA su valor mínimo tras la absorción del saco vitelino, antes de que la larva establezca la alimentación exógena. En larvas de numerosas especies se ha descrito que el nivel crítico del índice RNA:DNA tiene un valor próximo a 1. Una vez que la larva comienza a alimentarse de presas se procuce un aumento progresivo del RNA total y del índice RNA:DNA, con la edad de la larva [Westerman and Holt, Mar. Biol. 121:1-9 (1995)].
Este valor mínimo del índice RNA:DNA, al final del periodo del saco vitelino, sería indicativo de la capacidad mínima de síntesis proteica necesaria para el desarrollo larvario, y por debajo de la cual se produciría la muerte de la larva. El hecho de encontrar que el mismo valor del nivel crítico de RNA:DNA en diferentes especies (para las mismas fases de desarrollo), podría suponer que este valor mínimo es el necesario para la supervivencia de las larvas de los peces teleósteos [Clemmesen, Mar. Biol. 118:337-382 (1994)]. Se ha propuesto que el crecimiento a nivel celular durante el periodo del saco vitelino se produce por una rápida proliferación en el número de células (hiperplasia), mientras que después de establecerce la alimentación exógena, el crecimiento a nivel celular se produciría más bien por el aumento del tamaño celular (hipertrofia) [Westerman and Holt, Mar. Biol. 121:1-9 (1995)]. El aumento del índice RNA:DNA con la edad, observado en larvas de cultivo adecuadamente alimentadas, puede ser debido que el crecimiento a nivel celular se produce por hipertrofia.
Aunque la inanición es uno de los principales factores que afectan a la mortalidad larvaria en el medio marino, sin embargo se han encontrado pocas larvas en el mar en bajo estado nutricional, y ocasionalmente algunas por debajo del nivel crítico. Esto hecho se ha atribuido principalmente a que las larvas que se encuentran en el medio marino en baja condición (lento crecimiento) son rápidamente eliminadas del medio por predación.
Aunque la utilización del índice RNA:DNA para la valoración del estado nutricional de larvas y determinación de grado de crecimiento en larvas de peces ha mostrado buenos resultados cuando se ha aplicado tanto en larvas de cultivos como en larvas de campo, sin embargo todavía quedan muchos puntos por aclarar, sobre todo en la investigación con larvas de campo. En la investigación con larvas de cultivo se pueden controlar los principales factores que afectan al índice (temperatura y densidad de alimentos). Sin embargo en el medio hay una multitud de factores que pueden influir sobre la relación RNA:DNA, pero se conoce muy poco sobre ellos. Parámetros tales como influencia materna, los movimientos verticales de las larvas en la columna de agua, la presencia de sustancias contaminantes, entre un largo etcétera, pueden afectar a la condición larvaria y al grado de crecimiento de las larvas.
Teodoro Ramírez es becario (Fondo Social Europeo) en el Centro Oceanográfico de Málaga del Instituto Español de Oceanografía.