El análisis microquímico de otolitos es una técnica utilizada en la ordenación pesquera y la biología pesquera para delimitar las poblaciones y caracterizar los movimientos y el origen natal de los peces . Las concentraciones de elementos e isótopos en los otolitos se comparan con las del agua en la que habita el pez para identificar dónde ha estado. En los peces no ostarofisarios, el más grande de los tres otolitos, o huesos del oído, el sagitta se analiza mediante uno de varios métodos para determinar las concentraciones de varios oligoelementos e isótopos estables. En los peces ostariofisios, el lapilli es el otolito más grande y puede ser analizado con mayor frecuencia.
Relevancia
La ordenación pesquera requiere un conocimiento profundo de las características del ciclo de vida de los peces . Los patrones de migración y las áreas de desove son rasgos clave de la historia de vida en el manejo de muchas especies. Si un pez está migrando entre dos regiones que se gestionan por separado, se gestionará como dos poblaciones separadas a menos que se pueda entender esta migración. Si no se descubre esta migración, puede ocurrir una sobrepesca de la población porque los administradores asumen que hay el doble de peces. En el pasado, se necesitaban estudios de marcado y recaptura costosos e ineficientes para descubrir tales patrones de migración. En la actualidad, la microquímica de los otolitos proporciona una forma más sencilla de evaluar los patrones de migración de los peces. La microquímica de otolitos se ha utilizado para identificar y delimitar las poblaciones de bacalao del Atlántico en aguas canadienses . [1] También se ha utilizado para determinar los patrones migratorios del pescado blanco anádromo . [2]
El origen natal es igualmente crítico de entender porque las áreas donde los peces desovan y habitan durante su período larvario crítico deben ser identificadas y protegidas. El origen natal también es importante para determinar si las regiones son fuentes o sumideros de poblaciones de peces. En el pasado, el origen natal tenía que asumirse sobre la base de la recolección en las zonas de desove. En los últimos años, la microquímica de los otolitos ha demostrado que no siempre es así. Ha proporcionado una forma precisa de evaluar el origen natal de los peces sin recolectarlos en las zonas de desove. La microquímica de otolitos se ha utilizado para identificar con precisión las áreas de cría de peces en los estuarios. [3]
Composición química
Los otolitos comienzan a formarse poco después de la eclosión del pez. Los otolitos están compuestos por una estructura cristalina de carbonato cálcico , en forma de aragonito , sobre una matriz proteica. El carbonato de calcio se difunde a través de la membrana celular de la endolinfa y las capas de aragonito se depositan permanentemente en incrementos discretos. Estos incrementos se almacenan permanentemente en capas y su composición no se altera con el tiempo. Junto con el carbonato de calcio, otras sustancias químicas se depositan en pequeñas cantidades. Los oligoelementos más comunes que se encuentran en los otolitos son los metales alcalinotérreos estroncio (Sr), bario (Ba) y magnesio (Mg) porque están en el grupo de metales alcalinotérreos como el calcio y, por lo tanto, tienen la misma afinidad de enlace. Esto permite que estos metales alcalinotérreos sustituyan al calcio en el aragonito sin afectar la estructura cristalina. Otros elementos e isótopos estables pueden depositarse en concentraciones más bajas dentro de la estructura de aragonito y en la matriz de proteína. La absorción de sustancias químicas en el otolito es compleja y de múltiples etapas, pero la composición química de las capas discretas es proporcional a la del agua ambiental en la que habita el pez en el momento de la deposición. [4] Estas capas discretas crean un registro temporal del agua en la que ha habitado el pez. Hay 3 pares de otolitos en peces óseos, pero solo el más grande, conocido como saggita, se usa comúnmente para análisis microquímicos. El núcleo del otolito corresponde al período larvario más temprano de la vida del pez. Por tanto, la microquímica del núcleo del otolito puede utilizarse como medio para inferir el origen natal de los peces. [1]
Métodos de análisis
Agua
Un avance reciente en el enfoque de los análisis microquímicos de otolitos implica el análisis de la química del agua junto con el análisis microquímico de otolitos. [5] Para estandarizar las concentraciones químicas, todas las concentraciones elementales se registran en proporción al Ca. La diferencia entre agua dulce y salada (marina) es la más sencilla de diferenciar. El agua salada tiene concentraciones mucho más altas de sustancias químicas disueltas que el agua dulce . A pesar de las numerosas diferencias en la composición química, los dos ambientes se pueden distinguir fácilmente con solo dos concentraciones elementales; Ba y Sr. Ba se encuentran en concentraciones más altas en agua dulce y concentraciones más bajas en aguas marinas. A la inversa, el Sr se presenta en concentraciones más altas en aguas marinas y concentraciones más bajas en agua dulce. Esta relación es claramente evidente en la química de los otolitos.
Si bien delimitar las aguas dulces de las marinas es relativamente sencillo, se requiere una resolución de escala más fina para examinar la variación espacial y temporal dentro de los biomas. En ambientes de agua dulce, el examen de las proporciones de isótopos Sr87 / Sr86 se emplea a menudo para proporcionar una mayor resolución espacial. [5]
La espectroscopia de emisión óptica de plasma de acoplamiento inductivo ( ICP-OES ) y la espectroscopia de emisión atómica de plasma de acoplamiento inductivo ( ICP-AES ) son dos técnicas comunes que funcionan dirigiendo el plasma sobrecalentado a la muestra de agua y analizando los gases emitidos en busca de trazas de diferentes sustancias químicas. Otra técnica común es un enfoque basado en haces conocido como emisión de rayos X inducida por protones. En esta técnica, se dirige un haz de protones a la muestra y se analizan las emisiones de rayos X posteriores para determinar la composición química de la muestra.
Otolito
Una vez que se identifican las firmas químicas de las regiones de agua, los otolitos se pueden analizar para comparar. Los otolitos se examinan y analizan de dos formas básicas. Se puede tomar una muestra del otolito completo o se puede aislar una parte del otolito mediante un ensayo dirigido. [4] Ambos enfoques comienzan con una cuidadosa limpieza y preparación de los otolitos que se analizarán.
Cuando se desean datos de movimiento de peces a lo largo del tiempo o datos de origen natal, se utiliza un enfoque de porción dirigida. Este enfoque también se conoce como enfoque basado en haz porque utiliza un haz enfocado para analizar una pequeña porción del otolito a la vez. Todas las técnicas basadas en haces comienzan cortando el otolito a lo ancho a través del núcleo para revelar una sección transversal que contiene cada capa desde el origen hacia afuera. Esta sección se coloca en una resina de poliéster para mantenerla en posición. A continuación, se dispara un rayo en el área deseada y se analiza la composición química. Para los estudios de origen natal se analiza el núcleo. Para los estudios de variación temporal, se analiza con la viga un transecto desde el núcleo a través de todas las capas hasta el borde exterior del otolito. La espectrometría de masas de acoplamiento inductivo por ablación con láser (LA-ICPMS) es la más precisa y versátil. LA-ICPMS se ha utilizado para numerosos estudios de variación temporal y de origen natal. [2] [6] La técnica utiliza un rayo láser extremadamente fino para extirpar o quemar una capa muy poco profunda del otolito. Las emisiones de esto luego se analizan para determinar la composición química.
Los valores de isótopos estables de los otolitos también se han utilizado para determinar el clima en el pasado [7] Se han utilizado otolitos de peces de hasta 172 millones de años para estudiar el entorno en el que vivían los peces. [8] Se han utilizado dispositivos robóticos de micro-fresado para recuperar registros de muy alta resolución de la dieta, el ciclo de vida y las temperaturas a lo largo de la vida de los peces, incluido su origen natal [9]
Referencias
- ^ a b Campana, SE, Fowler, AJ y CM Jones. 1994. Toma de huellas elementales de otolitos para la identificación de poblaciones de bacalao del Atlántico (Gadus morhua). Revista canadiense de pesca y ciencias acuáticas 51: 1942-1950
- ^ a b Halden, NM y LA Friedrich. 2008. Distribución de oligoelementos en otolitos de peces: marcadores naturales de historias de vida, condiciones ambientales y exposición a efluentes de relaves. Revista Mineralogical 73: 593-605.
- ^ Thorrold, SR, Jones, CM, Swart, PK y TE Targett. 1998. Clasificación precisa de Cyniscion regalis juvenil en áreas de cría de estuarios basada en firmas químicas en otolitos. Serie de progreso de la ecología marina 173: 253-265
- ^ a b Campana, SE 1999. Química y composición de otolitos de peces: vías, mecanismos y aplicaciones. Serie del progreso de la ecología marina 188: 263-297.
- ^ a b Starrs, D; Ebner, B; Fulton, C (25 de noviembre de 2014). "Todo en los oídos: desbloqueando la biología de la historia de vida temprana y la ecología espacial de los peces" . Revisiones biológicas . 91 (1): 86-105. doi : 10.1111 / brv.12162 . PMID 25424431 .
- ^ Mohan, JA 2009. Utilización del hábitat de la lubina rayada juvenil (Morone saxatili) s en Albemarle Sound inferida de otolitos y químicas del agua. Tesis de maestría. Universidad de East Carolina, Greenville, NC
- ^ William P. Patterson, Gerald R. Smith y Kyger C. Lohmann (1993) Paleotermometría continental y estacionalidad utilizando la composición isotópica de otolitos aragoníticos de peces de agua dulce http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/GM078p0191/summary
- ^ William P. Patterson (1999) Los otolitos de peces caracterizados isotópicamente más antiguos proporcionan información sobre el clima continental jurásico de Europa http://geology.geoscienceworld.org/content/27/3/199.full.pdf+html
- ^ "Aviso de redireccionamiento" .