Relación entre biomasa, tasa de crecimiento, respiración y actividad ETS en el crustáceo Artemia salina

Relación entre Biomasa, Tasa de Crecimiento, Respiración y actividad ETS en el crustáceo Artemia salina I. Martínez*, M. Gómez* , T.T. Packard** La biomasa y la actividad metabólica de los organismos marinos son parámetros de gran importancia en el estudio de la abundancia y la estructura de las poblaciones que forman, y constituyen elementos claves para el entendimiento del flujo de energía en los océanos. Dada la importancia de poder medir estos parámetros en muestras recogidas directamente en experimentos de campo, y sus medidas deben de ser calibradas primeramente en el laboratorio para encontrar los métodos y relaciones más adecuadas, además de determinar los efectos que puedan tener las condiciones ambientales, la edad y el estado fisiológico en dichos parámetros. MATERIAL Y MÉTODOS: La interpretación de las medidas de la actividad ETS y su correcto entendimiento requieren de la realización de ensayos experimentales cuyo objetivo sea la búsqueda de los efectos de la edad, estado fisiológico, temperatura, etc… en el metabolismo de los organismos. Se realizaron tres experiencias con cultivos del crustáceo Artemia salina, en condiciones controladas de temperatura y alimentación. Diariamente se tomaron muestras para determinar la biomasa (tanto en proteínas como en peso seco –convertido a unidades de carbono-), la actividad ETS (respiración potencial, Ф), la respiración y la tasa de crecimiento. Se estudió la evolución de estos parámetros con el tiempo a lo largo del periodo de incubación. La metodología utilizada fue la siguiente: 1. Actividad del sistema de Transporte de electrones (ETS), según los métodos de Packard (1971) y Gómez et al. (1996) 2. Respiración como consumo de oxígeno, mediante el método microwinkler (Bryan, Riley & Williams, 1976) y con el empleo de microsensores de oxígeno. 3. Proteínas, Lowry et al. (1951) 4. Tasa de crecimiento, Kimmerer and McKinnon (1987) 5. Peso seco, Lovegrove (1966) Para obtener el peso seco a partir de los datos de proteínas utilizamos la relación obtenida en los experimentos: DW = 1.02826503 + 1.64918743*protein Con un ajuste de r2 = 0.9687. RESULTADOS Y DISCUSIÓN: Fig2a y b. Respiración potencial (Ф) frente al tiempo medida en mlO2mgprot-1h-1 Artemia salina, presentó una curva de crecimiento exponencial durante el periodo de estudio (Fig.1) La evolución de la respiración y de la actividad ETS mostró una tendencia a disminuir con el tiempo (Fig2, Fig4). Ambos parámetros siguen un patrón bastante similar, algo que era de esperar ya que la actividad ETS (respiración potencial) es un claro índice metabólico de la respiración de los organismos. Las tasas de crecimiento presentaron valores medios relativamente estables a lo largo del periodo de incubación (Fig3). Los valores obtenidos de estos tres parámetros: tasa de crecimiento (μ = 0.21 ± 0.27 d-1), tasa de respiración (R = 0.331 ± 0.076 μlO2 h-1 animal-1) y tasa de respiración potencial (Ф = 11.76 ± 18.49 μlO2 h-1 animal-1) se encuentran en el rango observado en la literatura por otros autores para experimentos en condiciones similares (Tabla 2). En general los citados parámetros siguieron los patrones de comportamiento esperados y observados en la literatura por otros autores. Fig1. Curva de crecimiento de los organismos durante el periodo de incubación, en unidades de carbono (calculadas como el 40% del peso seco). Se observa que presentaron un crecimiento exponencial. Fig3a y b. Evolución de las tasas de crecimiento con el tiempo Fig4. Evolución de la respiración específica de los individuos con la edad del cultivo Fig5. Ratio respiración/biomasa en función del tiempo Fig6. Ratio Respiración potencial/biomasa en función del tiempo Fig7. Ratio respiración/respiración potencial en función del tiempo 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0 5 10 15 20 25 30 Time (hours) R/Ф Fig8. Ratio respiración/respiración potencial (Packard et al. 1996) El estudio de la evolución de los ratios R/biomasa, Ф/Biomasa y R/Ф muestran una disminución de estos parámetros con respecto a la edad del cultivo. Este hecho podría deberse a una limitación en las condiciones de alimentación, dado que en algún momento la cantidad de alimento suministrada al cultivo no fuese la necesaria para su óptimo desarrollo. En un trabajo anterior Packard et al. (1996), observaron una disminución similar en el ratio R:Ф en un cultivo controlado de la bacteria Pseudomonas nautica debida a una clara limitación de alimento. -1,0 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 ln (Biomass per animal (μgprot per h)) ln (Ф per animal(μLO2 per h)) Fig9. Representación del Ln de la respiración potencial (Ф) frente al Ln de la biomasa (proteínas) por individuo. y= 0,7518x + 1,2057 r2 = 0,6405 * Laboratorio de Oceanografía Biológica, Facultad de Ciencias del Mar, Universidad de Las Palmas de Gran Canaria, Campus Universitario de Tafira 35017, Las Palmas de Gran Canaria, Islas Canarias, España ** Instituto de Ciencias Marinas, Paseo Marítimo de la Barceloneta 37-49, 08003 Barcelona, España Contacto: [email protected] Cuando representamos la respiración potencial de los organismos frente a su biomasa en la forma logarítmica de una ecuación alométrica (Kleiber,1961) se obtuvo una pendiente de 0.75, valor que era de esperar según varios estudios sobre el metabolismo del zooplancton, King & Packard (1975) y Whitfield (2006) -6 -4 -2 0 2 4 6 8 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 ln (Dry Weight (mg per animal)) ln (Ф per animal (μL O2 per h)) Fig10. Representación de la respiración potencial frente a biomasa, datos tomados de King & Packard (1975) y = 0.7913x + 1.187 r2= 0.9458 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 ln (Dry Weight (mg per animal)) ln (Respiration (μLO2 per h)) Fig11. Representación de la respiración frente a la biomasa (King & Packard, 1975) y = 0.7565x + 0.4046 r2= 0.9363 References Growth rate (d-4) Potential respiration rates (μLO2h-1animal-1) Respiration rates (μLO2h-1) Respiration rates (μLO2h-1animal-1) Our experiments 0.21 ± 0.27 (-0.52 – 0.76) 11.76 ± 18.49 (0.90 – 61.84) 20-246 0.331 ± 0.076 (0.1-0.49) Berges et al. (1990) 0.28 ± 0.2 (0.077-0.482) - - - Evjemo et al. (1999) 0.23 ± 0.19 (0.04-0.43) - - - Lora-Vilchis et al. (2004) 0.58 ± 0.11 (0.32-0.84) - - - King & Packard (1975) - 11.1 ± 13.8 (Mixed copepods) - 0.259 ± 0.050 (Calanus pacificus) Packard & Taylor (1968) - - 25-398 - Ikeda et al. (2004) - - - 0.302.01 (Neocalanus cristatus) BIBLIOGRAFIA : Experiments Incubation time (d) Temperature (ºC) Kind of food Experiment 1 30 22.1 ± 0.1 Dunaliella salina Experiment 2 7 25 Nanoclorosis sp. Experiment 3 1 6 25 Nanoclorosis sp. Tabla1. Condiciones de temperatura y alimentación de los cultivos en los diferentes experimentos realizados Tabla2. Comparación de los resultados obtenidos con los datos encontrados en la literatura por otros autores en experimentos con condiciones similares -2 -1 0 1 2 0 5 10 15 20 25 30 35 Time (days) Growth (d-1) -2 -1 0 1 2 0 5 10 15 20 25 30 35 Time (days) Growth (d-1) 0 0,5 1 1,5 2 0 2 4 6 8 10 12 Time (days) spR (mLO2mgprot-1h1) 0 0,5 1 1,5 2 0 2 4 6 8 10 12 Time (days) R/Prot 0 2 4 6 8 10 12 14 0246810 12 Time (days) Ф/Prot 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0 2 4 6 8 10 12 Time (days) R/Ф 0 5 10 15 20 25 0 5 10 15 20 25 30 35 Time (days) Body weight (µg C/ind) A B A B 0 10 20 30 40 50 60 70 010 20 30 40 Protein (μg / ind) Dry Weight (μg / ind) ●Berges J.A., Roff J.C. and Ballantyne J.S. (1990) Relationship between body size, growth rate and maximal enzyme activities in Brine Shrimp, Artemia franciscana. Biol. Bull. Vol 179:287-296 ●Bryan, Riley & Williams (1976) A winkler procedure for making precise measurements of oxygen concentration for productivity and related studies. 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La representación del Ln de la respiración potencial (Ф) frente al Ln de la biomasa por individuo, presenta una pendiente de 0.75, coincidente con la ecuación alométrica de Kleiber que define las reacciones metabólicas frente a la biomasa de los organismos 4. La respiración potencial se presenta como un claro índice metabólico de la respiración de los organismos