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Cómo se Comporta la Luz Bajo el Agua y Su Impacto en el Cultivo de Peces – desde el Crecimiento del Fitoplancton hasta el Desarrollo del Salmón
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Tabla de ContenidosParte IComo la Luz se Comporta en el Agua
La Velocidad de la Luz
La Luz en el Agua
El Impacto en los Organismos
Parte IIFluorescencia
Que es la Fluorescencia
Una Amenaza para la Acuicultura
El Rol de la Tecnología
Parte IIILa Luz Bajo el Agua
El Complejo Proceso de la Maduración
El Cultivo del Salmon
Consideraciones de Luz
Conclusiones
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Este documento explica como la luz se comporta bajo el agua y como esto afecta a varios organismos, incluyendo el fitoplancton – algas microscópicas que en grandes concentraciones pueden ser letales para el salmón y otros peces. Este examina las nuevas tecnologías y herramientas que están siendo utilizadas para proteger al salmón del fitoplancton y también explora como la luz artificial puede ser utilizada para prevenir la maduración temprana y preservar la salud y calidad del pez.
Re
sum
en
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Parte IComo se Comporta la Luz en el AguaLos humanos son criaturas de la luz. Todo nuestro
medio de vida gira alrededor de ciclos diurnos,
dictados por la exposición de la tierra al sol. Es la
fuente de energía para todas las plantas, que son la
base de nuestro soporte alimenticio, el sol es el que
permite que la vida en la tierra florezca.
La luz es un concepto complicado, pero en tierra
tenemos algún conocimiento que es inherente de
como trabaja porque experimentamos con ella
cada día.
¿Alguna vez has visto el efecto de brillo de la luz
en una piscina? Es un fenómeno reconocible por
la mayoría, pero ¿alguna vez pensaste acerca de
porque esto pasa o cómo funciona? ¿La física de la
luz en el aire es una sola, pero que sucede cuando
pasa a través de un nuevo medio como el agua?
¿Cuáles son los impactos en la vida oceánica,
específicamente in en un entorno acuícola?
Comprender los fundamentos de como funciona
la luz y afecta a especies específicas es imperativo
cuando cultivas estas especies bajo el agua.
Todas las cosas vivientes necesitan energía. Los
humanos y la mayoría de los animales obtienen
dicha energía del alimento que consumen. Las
plantas tienen la habilidad única de cosechar luz
y obtener su energía del sol. Esto es porque la
luz es una forma de energía llamada radiación
electromagnética y los fotones son las partículas
de las cuales esa luz está compuesta. Tú puedes
pensar en ellos como pequeños paquetes de
energía que viajan a través del espacio en olas, más
parecidas a aquellas que vemos en la playa. A pesar
de que no podemos ver las olas físicas, lo que
podemos observar es el espectro visible de la luz.
Si consideramos todo el espectro de luz, este
white paper sería tres veces más largo. Por el
bien de la simplicidad estaremos enfocados en el
espectro visible. El espectro de luz visible se mide
en nanómetros (nm) y rangos que oscilan entre los
380 nm a los 780 nm. Estos números describen la
longitud de onda de la luz, una característica clave
que describe la distancia sobre la cual se repite
una onda. El número de ondas que pasan a través
de un punto dado en un segundo se denomina la
frecuencia. La frecuencia y la longitud de onda son
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299,782,458 m/sVelocidad a la que la luz se mueve a
través del espacio
Siete y mediaNúmero de veces que podría dar la vuelta
al mundo en un segundo si viaja a la
velocidad de la luz
inversamente proporcionales, por lo que a medida
que la longitud de onda aumenta la frecuencia
disminuye — y viceversa. Lo importante de esto es
cómo la energía está relacionada con la frecuencia
y la longitud de onda. Cuanto mayor sea la energía
en una onda, mayor será la frecuencia y más corta
será la longitud de onda.
La Velocidad de la LuzTodas las ondas de luz se mueven a través del
espacio a la velocidad de la luz, la cual es igual
a 299,782,458 metros por segundo. Para poner
ese número en perspectiva si consideramos
cuanto toma el volar alrededor del mundo in
SR-71 Blackbird — el jet más rápido del mundo,
capaz de alcanzar velocidades de más de 2000
mph, tomaría aproximadamente once horas para
completar una revolución. Viajando a la velocidad
de la luz podrías viajar alrededor del globo siete y
media veces en un solo Segundo.
Aunque la luz viaja a velocidad extrema aún le
toma alrededor de ocho minutos viajar del Sol a
la superficie de la Tierra. Una vez que la luz llega
a la superficie de la Tierra, los objetos absorben
la luz en función de los átomos específicos del
objeto. Los átomos vibran a frecuencias específicas
y cuando son complementarios a las frecuencias
de luz se absorben. Si no es complementario la luz
pasará a través o se reflejará.
Este fenómeno explica el cómo vemos el color en
los objetos. Utilicemos las hojas como ejemplo
en primavera y verano, cuando la luz del día y la
temperatura son óptimas, las hojas están llenas
de un pigmento llamado clorofila. La clorofila
es lo que permite a las plantas captar la luz solar
y convertirla en energía (alimento) para crecer,
más comúnmente conocido como el proceso de
fotosíntesis. Este pigmento absorbe las longitudes
de onda (colores) en el rango azul y rojo y debido
a que se absorben, no los vemos. Lo que sí vemos
son las longitudes de onda o colores que se
reflejan, en este caso el verde.
A medida que el verano se convierte en otoño, las
condiciones de crecimiento se vuelven subóptimas.
Para conservar el agua, algunas plantas dejan de
producir clorofila. A medida que la clorofila se
descompone en moléculas más pequeñas, otros
pigmentos como carotenoides o antocianinas se
vuelven dominantes. Estos pigmentos absorben
longitudes de onda azules y verdes y reflejan los
hermosos colores amarillo, rojo y naranja que
vemos en el otoño.
La luz en el AguaAhora que tenemos los conceptos básicos de
cómo funciona y se comporta la luz en la Tierra,
agreguemos otra capa y examinemos lo que
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100 MetrosLa profundidad con la que la luz del
sol penetra en el océano; conocida
como la zona fótica
10%La porción del océano dentro de la
zona fótica
sucede cuando la luz
golpea el agua. Debemos
considerarnos afortunados
de que el aire no absorba la
luz como lo hace el agua. La
diferencia entre los dos es lo
que nos permite experimentar
los niveles de luz de la manera
en que lo hacemos y explica
por qué sólo se iluminan las
aguas superficiales de los
océanos y lagos. En el océano
consideramos que la zona fótica – la capa de agua
hasta donde penetra la luz solar – son los primeros
100 metros. Esto representa un mísero 10 % de
todo el océano, por lo que la mayoría del océano
está permanentemente en condiciones mínimas
a cero-luz.
Con el fin de medir cuánta luz existe en cualquier
punto bajo el agua, hay cuatro propiedades
que debemos entender. En primer lugar, están
las propiedades ópticas inherentes (IOP2) que
dependen sólo del medio en sí y de lo que
contiene – estas propiedades no se ven afectadas
por la fuente de luz, pero varían con la longitud de
onda de esta.
Las dos IOP2 fundamentales son la absorción y la
dispersión. La absorción se refiere a la cantidad
de luz que se convierte en energía térmica cuando
golpea un objeto. Este es un concepto bien
entendido; todos hemos experimentado los efectos
del sol en un día cálido y soleado, ya que calienta
el cuerpo de agua y hace que sea un día de playa
agradable. La dispersión se refiere a la cantidad de
luz que se redirige después de golpear un objeto
y explica además por qué los
objetos se ven de un color
determinado. la atmósfera,
las diferentes partículas
(nitrógeno, oxígeno, polvo,
vapor de agua, etc.) dispersan
la luz azul más, por lo que
hacia donde mires el cielo lo
verás azul.
En los océanos la mayor
cantidad de absorción se
produce en las longitudes
de onda de la luz verdes y rojas, mientras que la
luz azul es dispersada. Esto explica el por qué el
océano se ve azul. Si bien esto es cierto la mayor
parte del tiempo, seguro de que han visto ejemplos
donde el océano parece verde o incluso rojo. Esto
es a menudo el resultado de la actividad biológica
en el océano.
En áreas donde el fitoplancton existe en altas
concentraciones, hay concentraciones mucho más
altas de clorofila – el mismo pigmento que les da el
color verde a las hojas. Estos pigmentos, que son
responsables de la fotosíntesis, están restringidos
a la zona fótica y en grandes concentraciones
pueden cambiar drásticamente el color de las
aguas superficiales tipos de fitoplancton, como los
dinoflagelados, contienen diferentes pigmentos
capturadores de luz que absorben y dispersan
diferentes longitudes de onda de luz. Este tipo
de fitoplancton es la causa de la marea roja, la
cual puede ser extremadamente tóxicas tanto
para los seres humanos como para los peces. La
segunda clasificación de propiedades ópticas que
necesitamos entender son las propiedades ópticas
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aparentes (AOPs). Las AOPs dependen tanto del
medio en sí como de la fuerza y dirección de los
rayos de luz del sol.
El primer AOP es el coeficiente de atenuación
difusa, el cual simplemente describe cuanta luz
está disponible respecto a la profundidad. Es fácil
entender que esto será a la vez dependiente de
los componentes en el agua y de cuánta luz está
golpeando la superficie (luz máxima al mediodía
en un día soleado comparada con la luz mínima a
medianoche en una noche nublada). Cuanto más
clara sea el agua, más profundo penetrará la luz. Si
hay muchas partículas en el agua, como suciedad,
arena o incluso fitoplancton, esto dispersará la luz
en diferentes direcciones y limitará la profundidad
que alcanzará la luz.
La segunda AOP fundamental es la reflectancia,
que es similar a la dispersión, excepto que describe
un cambio más predecible en la dirección de la
luz. Cambios de dispersión la dirección de la luz en
múltiples direcciones. La reflexión, por otro lado,
refleja la luz en un ángulo predecible, el mismo
ángulo en el que golpea la superficie. Esto es cierto
cuando la superficie de la luz golpea es plana y lisa.
Esta es la propiedad que permite a los fotógrafos
capturar hermosas imágenes reflejadas sobre un
lago en calma.
Sin embargo, el océano es un ambiente dinámico
que raramente está en calma. La superficie rugosa
causada por el viento y las olas cambia la dirección
de un rayo de luz solar reflejado. Esto es lo que
causa el brillo del sol en el agua, el brillo en la
superficie que a menudo se ve en un día soleado.
Es el mismo concepto que explica los patrones de
luz brillante que observamos en una piscina. Estos
patrones de luz son causados por una superficie
ondulada, pero a diferencia del océano, donde
no podemos ver el fondo, los patrones de luz
se proyectan en el fondo de la piscina. Esto es
causado por un efecto de enfoque en las crestas de
las olas y un efecto de desenfoque en los canales
de ondas que continuamente se mueven y brillan a
medida que las pequeñas olas se mueven alrededor
de la piscina.
Impacto de la luz en los organismosLa luz un complicado concepto físico, pero es crítico
para entender los fundamentos que nos permiten
saber cómo puede impactar en los organismos
que dependen de ella. La forma en que la luz se
comporta bajo el agua tiene enormes implicancias
para los organismos que viven allí. Dicta cómo los
organismos buscan presas, encuentran parejas
y cómo interactúan con otras especies. Los
científicos han descubierto que el color del océano
nos dice mucho sobre el entorno biológico justo
debajo de la superficie, y ha sido utilizado por
los investigadores para caracterizar los cuerpos
de agua y medir la productividad a gran escala.
cómo la luz interactúa con el agua y los organismos
que contiene tiene una extrema importancia en la
identificación de áreas biológicamente importantes
dentro del océano. Y ha contribuido al desarrollo
de tecnologías que nos permiten identificar y
diferenciar entre el diminuto fitoplancton que es
invisible para el ojo humano – tecnologías que se
utilizan diariamente en los centros de cultivo para
controlar y gestionar las condiciones en el agua.
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Parte IIFluorescencia Ahora que tenemos una buena comprensión de
los fundamentos de cómo interactúan la luz y el
agua, examinemos otro principio de la luz llamado
fluorescencia. La fluorescencia, desde un punto de
vista biológico, es el mismo concepto utilizado en
la iluminación fluorescente, que es conocido por
sus beneficios de ahorro de energía. Y aunque no
nos preocupan los beneficios de ahorro de costos,
nos interesa cómo la iluminación fluorescente
trabaja porque es el mismo concepto utilizado
por sensores para medir especies microscópicas y
biológicas como el plancton.
Investigar una población de peces tiene su propio
conjunto de desafíos. En primer lugar, ellos viven
en el océano. Aunque se podría pensar que es un
territorio familiar porque ocupa el 71 por ciento de
la Tierra, su inmensidad significa que en realidad
sólo hemos explorado alrededor del 5 por ciento
de ella. Además de eso, los peces son móviles,
71%Porcentaje de la tierra que es océano
5%Porcentaje del océano que ha sido
explorado
y debes ser capaz de encontrar a aquellos que
deseas estudiar, no es una tarea sencilla en una
masa de agua tan grande.
Para hacerlo aún más complicado, ya que los peces
viven bajo el agua, necesitas encontrar una forma
de sumergirte o un equipo lo suficientemente
largo para hacer algunas observaciones. ¿Pero
qué pasa si el organismo que quieres estudiar es
tan pequeño que es invisible para el ojo humano?
Bueno, si quieres estudiar lo que constituye el 99%
de toda la biomasa del océano, este es el problema
que encontrarás. La inmensa mayoría de la biomasa
en todo el océano tiene un tamaño inferior a
0,3 mm. Para poner esto en perspectiva, una
cucharadita de agua de mar puede contener más
de un millón de diferentes organismos vivos – todos
diminutos, a menudo unicelulares.
Específicamente, los que nos preocupan se llaman
fitoplancton. Puedes pensar en el fitoplancton
como las plantas del océano. Son la base de una
de las mayores redes alimenticias del planeta y
producen oxígeno de la misma manera que las
plantas en la tierra producen oxígeno: usando
la energía del sol y convirtiéndola en materia
orgánica y oxígeno a través de la fotosíntesis.
Como mencionamos anteriormente, el pigmento
en fitoplancton que permite este proceso se llama
clorofila. Es una de las tres clases de pigmentos
(otros incluyen carotenoides y ficobilinas).
Recordarán que los pigmentos son parte de lo que
determina el color de un objeto porque absorben o
reflejan ciertas longitudes de onda de luz. También
son estos pigmentos los que permiten que el
fitoplancton sea fluorescente.
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1 millionEl número de organismos en
sólo una cuchara de té de
agua salada
¿Qué es la Fluorescencia?La fluorescencia es el proceso por el cual
un objeto que ha absorbido la radiación
electromagnética o la luz reemite esa luz a una
longitud de onda más larga. Como se mencionó
anteriormente, una longitud de onda más larga es
indicativo de una onda de energía más baja. Esto
tiene sentido práctico, ya que parte de la energía
de la luz es absorbida por el objeto, así que la
parte que se reemite debe estar en un estado
de menor energía. Más precisamente, cuando un
fotón golpea una molécula como la clorofila, la
molécula absorbe la energía de ese fotón y entra
en un estado de excitación. Cuando la molécula
se relaja, libera el fotón con menor energía y se
emite una longitud de onda de luz diferente. Esta
es la emisión o respuesta fluorescente. Todos
hemos experimentado esto con una luz negra,
que es en realidad una forma de luz ultravioleta.
Cuando una luz negra la luz se enciende, la ropa
blanca de todos comienza a brillar. Normalmente
los objetos parecen blancos, pero la luz negra
hace que sean fluorescentes y aparezcan de un
color ligeramente diferente.
Lo mismo ocurre en el agua con el fitoplancton,
sólo que a nivel microscópico. Diferentes especies
de fitoplancton responden a diferentes longitudes
de onda de luz. Esto ha permitido descubrimientos
innovadores que han ayudado a los científicos que
utilizan sensores fluorescentes a determinar las
concentraciones de fitoplancton y a identificar las
concentraciones de diferentes especies basándose
únicamente en los pigmentos que contienen.
Los sensores fluorescentes emiten luz a un nivel
específico de longitud de onda y luego detectan
la luz emitida por la muestra dentro de un rango
específico de longitud de onda. La intensidad de
la respuesta proporciona una estimación de la
concentración del pigmento objetivo.
Las concentraciones se expresan típicamente
en microgramos por litro (μg/L). Es importante
entender cómo interpretar estos valores. Una
concentración de 10 μg/L no indica que hay 10
organismos fitoplantónicos por litro de agua sino
más bien cuánta luz ha regresado al sensor o
relativamente cuánto material fluorescente está
presente en la muestra con respecto al agua de mar.
Las diferentes especies contienen diferentes
cantidades de clorofila dependiendo de la luz
y los niveles de nutrientes de que disponen, e
incluso dentro de una misma especie puede haber
diferencias. El fitoplancton que existe en una zona
con niveles de luz abundantes contendrá menos
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clorofila en comparación con los que experimentan
niveles generales de luz más bajos para maximizar
su capacidad de aprovechar los fotones de luz
disponibles. Por lo general, la concentración de
clorofila aumenta con el aumento del número
de fitoplancton, pero es importante para sacar
conclusiones a partir de los datos, comprender
la relación entre ambos. Cuando se analizan
los datos, a menudo se recomienda vigilar los
cambios relativos en la concentración a lo largo del
tiempo en lugar de interpretar lo que significan los
valores específicos. Es importante tomar muestras
de agua en el área que se estudia y tener una
buena comprensión de las condiciones de base.
La época del año, la latitud, la disponibilidad de
nutrientes y muchos otros factores influirán en las
concentraciones de fitoplancton de una zona.
Una Amenaza para la Acuicultura¿Pero por qué es esto importante en el cultivo del
salmón? Si el fitoplancton es la base de las redes
alimentarias del océano, seguramente cuanto más
estén presentes, ¿más saludable será el ecosistema?
De hecho, es todo lo contrario. A los
salmonicultores les preocupa la dinámica de
la población de fitoplancton debido al peligro
que representan. En grandes
concentraciones, el fitoplancton
puede ser extremadamente
perjudicial para los peces de
un centro de cultivo. Durante
el día, a través del proceso de
fotosíntesis, producen oxígeno.
Pero por la noche, en ausencia
del sol, pasan a la respiración
(lo opuesto a la fotosíntesis) y
consumen oxígeno. Así, en altas concentraciones
el fitoplancton puede en un área determinada
agotar completamente los niveles de oxígeno. Esto
puede hacer que los peces experimenten períodos
prolongados de estrés elevado e incluso provocar
grandes eventos de mortalidad.
Ciertas especies de fitoplancton pueden también
causar problemas de salud en las branquias de
los peces. Los peces absorben oxígeno al pasar el
agua por sus branquias, pero si el agua contiene
cantidades significativas de fitoplancton, esto
puede perjudicar la capacidad de los peces para
respirar. Algunas especies de fitoplancton tienen
púas exteriores y puede dañar las branquias incluso
en pequeñas concentraciones.
Además, varias especies también producen toxinas
que pueden causar graves problemas de salud
tanto para los humanos como para los peces. En
concentraciones umbral específicas, esto puede
causar grandes eventos de mortalidad en una
granja, algo que se debe evitar a toda costa.
El Papel de la TecnologíaLa detección y predicción de floración de algas
nocivas ha sido en los últimos años una prioridad
tanto para los investigadores como para los
productores acuícolas. Hay
muchas variables que deben
ser consideradas y, aunque no
hay hoy en día tecnología en el
mercado que puede predecir
la ocurrencia o el tamaño
de inminentes floraciones
hay sensores que pueden
proporcionar valiosas piezas
Varios factores afectan
a las concentraciones de
fitoplancton en un área,
entre ellos la época del año,
la latitud y la disponibilidad
de nutrientes.
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Un sensor de clorofila es un ejemplo de equipo de vigilancia
que aprovecha los pigmentos fluorescentes para estimar
las concentraciones de clorofila.
de información. Los sensores fluorescentes son
un tipo de tecnología que puede ayudar a los
salmonicultores a proporcionar datos que pueden
analizar ayudando a comprender las condiciones
que rodean su centro de cultivo.
Un sensor de clorofila es un ejemplo de equipo de
vigilancia que aprovecha los pigmentos fluorescentes
para estimar las concentraciones de clorofila.
La clorofila se encuentra en todos los organismos
que realizan la fotosíntesis, por lo que los sensores
de clorofila son valiosos porque pueden detectar la
presencia de cualquier tipo de fitoplancton.
Los sensores de clorofila pueden desplegarse
para vigilar las concentraciones de plancton a
diversas profundidades y deben colocarse en
lugares estratégicos en función de la hidrodinámica
circundante. El fitoplancton está a merced de las
corrientes y mareas oceánicas, motivo por el
cual, con el fin de obtener la mayor cantidad de
datos informativos, la vigilancia debe realizarse
aguas arriba del centro de cultivo. Junto con
la captura de datos sobre la clorofila, los
acuicultores toman muestras de agua para
evaluar qué especies están presentes.
Luego pueden utilizar los aumentos bruscos
de las lecturas de concentración de clorofila
como inductor de toma de muestras.
Las diferentes regiones tienen diferentes
estaciones en las que las concentraciones de
fitoplancton son una preocupación. Estos sensores
pueden indicar el comienzo de la estación,
pudiendo variar de año en año. A medida que se
recogen los datos a lo largo del tiempo, diario,
mensual y estacionalmente los patrones revelarán
tendencias y anormalidades que pueden informar
las prácticas futuras y preparar trabajadores para
estar alerta en el momento adecuado basado en
datos históricos.
Como con la mayoría de las cosas en la vida hay
compensaciones que debemos equilibrar cuando
nosotros consideramos los tipos de sensores.
El sensor de clorofila ofrece gran flexibilidad
en el sentido de que puede detectar cualquier
organismo que contiene clorofila. Sin embargo,
hay en al menos 5.000 especies conocidas de
fitoplancton, 300 de los cuales se sabe que florecen
y alrededor de 75 que crean toxinas dañinas. Un
aumento en concentración de un cierto tipo de
especies podría ser más alarmante que otro, se
debe analizar una muestra de agua para determinar
qué especie está presentes.
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5,000especies conocidas
de fitoplancton
300especies conocidas
por florecer
75especies que generan
toxinas marinas
Otro tipo de sensor fluorescente, un sensor
de algas verde-azuladas, puede proporcionar
información adicional los centros de cultivo.
Las algas verde-azuladas son un tipo de bacteria
fotosintética que contiene otro pigmento
fluorescente llamado ficoeritrina. Esto permite que
el sensor apunte a ese pigmento y proporcione
información más específica que el sensor de clorofila.
Las algas verde-azuladas son conocidas por
producir toxinas dañinas, por lo que es importante
controlar los cambios en su abundancia a lo largo
del tiempo.
Al emparejar los datos de ambos sensores, se
pueden hacer inferencias sobre la proporción de
algas verde-azuladas presentes en comparación
con otro fitoplancton. Esto puede ayudar
informando el nivel de gravedad de un alza en la
concentración de fitoplancton. Similar al sensor de
clorofila, La recopilación de datos sobre las algas
verde-azuladas a largo plazo y el análisis de las
tendencias estacionales e interanuales pueden
proporcionar información valiosa a los futuros
trabajadores del sitio.
El monitoreo de las poblaciones de organismos
microscópicos tiene sus desafíos. El fitoplancton
son los organismos más abundantes en nuestros
océanos y su distribución y concentración
dependen de numerosas variables. La
disponibilidad de nutrientes y de luz, así como
la dirección y la fuerza de las corrientes y mareas
predominantes influyen en cuan rápido las
floraciones de algas (blooms) pueden formarse y
dispersarse a través de la columna de agua.
En 2019, un bloom de algas en Noruega causó
la muerte de 14.000 toneladas de salmón de
cultivo valoradas en 330 millones de dólares (US$).
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Pérdidas de esta magnitud puede paralizar a los
acuicultores más pequeños e independientes y
crear importantes desechos biológicos.
Estos eventos son impredecibles, pero sabemos
que ciertos factores agravan las floraciones
y podemos monitorear los cambios en la
concentración de plancton para identificar posibles
eventos de floración. Las tecnologías de monitoreo
están mejorando y proporcionan a los acuicultores
métodos avanzados para cuidar de sus planteles.
A medida que la acuicultura se transforme en una
industria big-data, los acuicultores dispondrán de
herramientas más sofisticadas que les ayudarán
a tomar decisiones en tiempo real y a compilar
y analizar datos históricos que les permitirán
tomar precauciones en años venideros. Puede
que no seamos capaces de ver este fitoplancton
microscópico, pero se hacen notar de una manera
importante. Afortunadamente, la tecnología de
detección nos proporciona una visión invaluable de
sus complicados ciclos de vida.
Parte IIIIluminación SubmarinaCuando entras en una habitación, una de las
primeras cosas que notas, ya sea conscientemente
o no – es lo bien iluminada que está esa habitación.
Si es un cuarto oscuro, lo primero que haces es
encender la luz. Si caminas hacia afuera y está
soleado te puedes poner lentes de sol para
proteger tus ojos.
Hay muchos tipos de luces que se usan por una
multitud de razones. En nuestros hogares usamos
LED, ampolletas fluorescentes e incandescentes.
Cada uno proporciona luz, pero todas emiten
diferentes tipos de luz que puede dar a las
habitaciones una sensación diferente. Considera
lo bien iluminados que están los baños en
comparación con el tipo de iluminación que puedes
encontrar en un restaurante casual. ¿Qué causa
estos diferentes tipos de luz? ¿Cómo afectan los
diferentes tipos de luz a nuestro estado de ánimo o
a nuestros ciclos de sueño?
Los acuicultores pasan por un proceso similar al
de los propietarios de viviendas cuando eligen las
luces para sus peces. Deben tener en cuenta el
costo, el tipo de luces a utilizar, la intensidad y la
cantidad de energía que requerirán. ¿Por qué los
centros de cultivo necesitan luz? Responderemos
a eso, pero primero debemos comprender el
complicado ciclo de vida del salmón y el papel que
desempeña la luz.
Un Complejo Proceso de Maduración El ciclo de vida del salmón del Atlántico es un
proceso asombroso que es bastante complicado.
Hay muy pocas especies que estén adaptadas a vivir
tanto en agua dulce como en agua salada. Aquellas
que lo hacen son llamadas especies anádromas o
catádromas, dependiendo de si pasan la mayor
parte de su vida en agua dulce o salada. El salmón
es anádromo y pasa la mayor parte de su vida adulta
en el mar y regresa al agua dulce para desovar.
A finales de otoño y principios de invierno, los
huevos son depositados en un hueco en el lecho
de ríos de agua dulce. Los huevos fertilizados
eclosionan en un alevín, que luego se convierten
en alevines. Los alevines se alimentan de insectos
y otros pequeños invertebrados hasta que miden
entre 5 y 8 centímetros, momento en el que
maduran hasta convertirse en parr.
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El ciclo de
vida del salmón
del Atlántico es un
proceso asombroso que es
bastante complicado. Hay muy
pocas especies adaptadas a
vivir tanto en agua dulce como
en agua salada.
Los parr son reconocibles por las marcas únicas
que desarrollan en sus lados, que a menudo se
refieren a su “huella digital”. En los climas fríos
del norte, la etapa de parr puede durar hasta
ocho años. En climas más suaves la etapa de
parr dura de 1 a 3 años. Durante este tiempo,
los parr pasan por el proceso de esmoltificación
donde se metamorfosean en smolt. Este proceso
es clave ya que adapta el pez para la siguiente
etapa de su vida donde vivirá en el mar. No es una
coincidencia que los peces pasen por el proceso de
esmoltificación justo a tiempo para volver al mar en
primavera y verano. Tampoco es una coincidencia
que regresen a sus ríos natales para desovar a
finales del otoño y principios del invierno. Se ha
demostrado que tanto la esmoltificación como
el desarrollo de los órganos reproductivos son
regulada por la producción de melatonina.
La melatonina es una hormona producida por la
glándula pineal que se encuentra en casi todos los
vertebrados. La melatonina es conocida por regular
el ciclo de sueño en los humanos por el núcleo
supraquiasmático (SCN) en el cerebro. A medida
que el SNC percibe diferentes niveles de luz, le
dice a la glándula pineal si debe liberar melatonina
por la noche, lo que le hace sentir somnoliento, o si
debe bloquear la producción durante el día.
En el pescado, la glándula pineal es responsable de
regular los niveles de melatonina y sólo es sensible
a la luz. Es por esta razón exacta por la que todos
los peces de una región similar pasan por la etapa
de esmoltificación en momentos similares, porque
todos están experimentando el mismo fotoperíodo
(ciclo diario de luz). El fotoperíodo anual es
reconocido como la clave ambiental que sincroniza
el ciclo reproductivo de los salmónidos al tiempo
del calendario anual.
El cultivo del SalmónCuando el salmón del Atlántico se cultiva en un
entorno acuícola, su ciclo de vida es ligeramente
diferente. Hasta que los peces alcanzan la etapa de
smolt, se cultivan en un hatchery. Cuando alcanzan
un cierto tamaño, están listos para ser transferidos
las balsas jaula ubicadas en el océano, idealmente
en la primavera. El salmón madura en diferentes
momentos dependiendo de la región en la que
se cultiva, temperaturas más altas promueven un
crecimiento más rápido.
Sin embargo, en un entorno acuícola los
productores quieren asegurar la cosechar antes
de la maduración. La maduración del salmón
conduce a diferentes patrones de alimentación, a
un aumento de la susceptibilidad a los patógenos
y al deterioro de la calidad de la carne y del color
de la piel. La energía procedente de la ingesta
de alimentos es redirigida desde el crecimiento
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y utilizada para la producción de gónadas. Todos
estos efectos perjudiciales disminuyen el valor
del producto final y causan estrés a los peces. Si
los peces maduran mientras están en las jaulas en
el mar, su capacidad de hiper-osmorregulación
disminuye mientras se preparan para regresar a los
ríos para desovar. Por estas razones, los acuicultores
necesitan cosechar antes de este proceso o retrasar
la maduración hasta que los peces tengan el
tamaño adecuado para el mercado.
Hay dos estrategias principales para retrasar la
maduración: la restricción de la alimentación durante
ciertas estaciones y la manipulación de la luz. La
restricción de la alimentación en la primavera
puede proporcionar una señal fisiológica a los
peces para retrasar la maduración. Sin embargo,
este método reduce la cantidad de alimento que los
peces están recibiendo y retrasa el calendario de
crecimiento, lo que generalmente no es deseable.
El método alternativo es la iluminación subacuática
para manipular el fotoperíodo. Bajo el agua
las luces se despliegan a través de las jaulas y
proporcionan luz constante durante la noche para
inhibir el proceso de maduración. Esto permite
a los acuicultores alimentar a un ritmo normal
asegurándose de que los peces no empiecen el
proceso de maduración.
Consideraciones sobre IluminaciónLos productores acuícolas invierten en sistemas de
iluminación submarina para emplear un régimen
continuo de luz artificial a sus peces durante el
invierno del segundo año en el mar. Pero no toda la
luz es creada igual, y hay consideraciones que hay
que tener en cuenta al decidir qué tipo de luz usar.
En esencia, el agua es un filtro que altera la calidad
e intensidad de la luz. Como hemos aprendido,
diferentes longitudes de onda de luz viajan a través
del agua más eficientemente que otras, por lo que
es importante considerar la intensidad de la luz que
los peces están experimentando.
Ciertos umbrales que determinan la intensidad
mínima que retrasará la maduración sin
proporcionar demasiada luz lo cual resulte en un
desperdicio de energía. Determinar el número
y el tipo de luces necesarias y la posición para
desplegarlas es uno de los principales desafíos para
proporcionar la intensidad de luz apropiada.
Los acuicultores no sólo se beneficiarían
financieramente, sino que también maximizarían
su capacidad de lograr los efectos deseados al
comprender tanto la intensidad (cantidad) como
la composición espectral o la longitud de onda
(calidad) de la luz que están proporcionando.
Un estudio de 2011 que comparaba los sistemas de
iluminación en la acuicultura, realizado por Leclerq
et al.¹, llegó a las siguientes conclusiones:
» A través de los diferentes sistemas de
iluminación, la producción de melatonina
y la tasa de maduración disminuyeron
proporcionalmente al aumentar la intensidad de
la luz.
» Intensidades de luz excesivamente altas puede
inducir a una respuesta de estrés agudo.
» In vitro, la luz roja (ƛ 650 nm) es menos eficiente para suprimir la producción de melatonina en el
salmón del Atlántico en comparación con la luz
azul (ƛ 450 nm) y la verde (ƛ 550 nm).
Cómo se Comporta la Luz Bajo el Agua y Su Impacto en el Cultivo de Peces | 12
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» En el salmón del Atlántico, el umbral de luz
para suprimir la producción de melatonina a los
niveles diurnos se considera que es de 0,016 W
m-2.
Estas conclusiones ayudan a proporcionar cierta
información de referencia para ayudar a los
acuicultores a elegir los sistemas de iluminación
adecuados y las mejores opciones pueden
variar de un sitio a otro. Los acuicultores para
determinar la eficacia de diferentes sistemas de
iluminación deben considerar el tamaño de sus
jaulas, la turbidez del agua y la composición de las
partículas. Los productores tienen la capacidad de
probar diferentes sistemas y utilizar sensores de
luz para medir si sus luces están produciendo los
efectos deseados.
ConclusionesLa luz es un concepto complicado, pero entender
sus fundamentos es vital para cualquier persona
en la industria de la acuicultura. La luz es la razón
por la que la vida florece en la tierra y en nuestros
océanos, y estaríamos perdidos (tanto literal como
metafóricamente) sin ella. Comprender lo básico
faculta a los acuicultores para tomar decisiones
operacionales informadas que mejoren la eficiencia
en el cultivo y promuevan el bienestar de los peces.
Los acuicultores mejoran constantemente las
prácticas y utilizan nuevas tecnologías para mejorar
las operaciones. Es un desafío constante, pero
como dijo una vez el inventor de la bombilla,
Thomas Edison: “No he fracasado. Acabo de
encontrar 10.000 formas que no funcionan.”
Cómo se Comporta la Luz Bajo el Agua y Su Impacto en el Cultivo de Peces | 13
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1. Leclercq, E., Taylor, J. F., Sprague, M. & Migaud, H. The potential of
alternative lighting-systems to suppress pre-harvest sexual maturation of 1+
Atlantic salmon (Salmo salar) post-smolts reared in commercial sea-cages.
Aquacultural Engineering 44, 35–47 (2011).
Sobre el AutorJennie Korus es una científica Acuícola en Innovasea y forma parte del
equipo de Inteligencia Acuícola en Halifax, Nueva Escocia. Jennie tiene
un título de honor en Biología Marina y Estadística de la Universidad
de Dalhousie y un diploma avanzado en Tecnología Oceánica de la
NSCC. Actualmente está cursando un máster en Oceanografía en
Dalhousie, centrado en el estrés de los peces y el monitoreo del medio
ambiente en centros de cultivo acuícolas.
Acerca de InnovaseaAlimentado por tecnología de punta y la pasión por la tecnología y el
desarrollo, Innovasea está revolucionando la acuicultura y avanzando
en la ciencia del monitoreo de los peces para hacer que nuestros
océanos y ecosistemas de agua dulce sean sostenibles para las futuras
generaciones. Con 250 empleados en todo el mundo, proporcionamos
soluciones integrales para el cultivo de peces y la investigación de
especies acuáticas – incluyendo equipos de calidad, que son eficientes
y construidos para durar, servicios de consultoría de expertos,
plataformas y productos innovadores que proporcionan datos,
información y conocimientos inigualables.
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