cómo se comporta la luz bajo el agua y su impacto en el ......cómo se comporta la luz bajo el agua...

16
WHITE PAPER 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

Upload: others

Post on 07-Feb-2021

30 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

  • WHITE PAPER

    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

  • 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

    1

    2

    3

    5

    5

    6

    8

    8

    10

    11

    12

    13

    14

    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

  • 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

    Cómo se Comporta la Luz Bajo el Agua y Su Impacto en el Cultivo de Peces | 1

  • 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

    Cómo se Comporta la Luz Bajo el Agua y Su Impacto en el Cultivo de Peces | 2

  • 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

    Cómo se Comporta la Luz Bajo el Agua y Su Impacto en el Cultivo de Peces | 3

  • 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.

    Cómo se Comporta la Luz Bajo el Agua y Su Impacto en el Cultivo de Peces | 4

  • 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.

    Cómo se Comporta la Luz Bajo el Agua y Su Impacto en el Cultivo de Peces | 5

  • 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

    Cómo se Comporta la Luz Bajo el Agua y Su Impacto en el Cultivo de Peces | 6

  • 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.

    Cómo se Comporta la Luz Bajo el Agua y Su Impacto en el Cultivo de Peces | 7

  • 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.

    Cómo se Comporta la Luz Bajo el Agua y Su Impacto en el Cultivo de Peces | 8

  • 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$).

    Cómo se Comporta la Luz Bajo el Agua y Su Impacto en el Cultivo de Peces | 9

  • 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.

    Cómo se Comporta la Luz Bajo el Agua y Su Impacto en el Cultivo de Peces | 10

  • 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

    Cómo se Comporta la Luz Bajo el Agua y Su Impacto en el Cultivo de Peces | 11

  • 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

  • » 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

  • 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.

    © 2020

    Para obtener más información sobre las soluciones de monitoreo ambiental de Innovasea visita Innovasea.com/aquaculture-intelligence.

    https://www.innovasea.com/aquaculture-intelligence/