Científicos estudian si las condiciones del océano pueden afectar a las larvas de los peces antárticos

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Patricio Quezada, ECA56. Un asunto de tamaño: Acoplando rasgos de historia de vida temprana de peces antárticos y forzantes ambientales en un océano Antártico cambiante. Así es el título del proyecto de los investigadores del Laboratorio de Ictioplancton (LABITI) de la Universidad de Valparaíso y, Mauricio Landaeta, Doctor en Oceanografía Biológica; Manuel Castillo, Doctor en Oceanografía Física; y Javier Vera-Duarte, biólogo marino asistente de investigación y documentalista de la expedición. El objetivo de este estudio es comparar los rasgos de la vida temprana de peces antárticos con diferentes estrategias de reproducción, y su relación con las condiciones ambientales oceanográficas y meteorológicas en tres áreas costeras de la parte oeste de la Antártica durante el verano. El trabajo en Antártica contempla tres años de trabajo, iniciando su primera campaña en la LVI Expedición Científica Antártica organizada por el Instituto Antártico Chileno.

Pequeño juvenil recolectado a través de las trampas de luz instaladas en bahía Fildes, las trampas eran instaladas sobre una boya en el atardecer siendo recuperadas a la mañana siguiente. Fotografía tomada por Felipe Trueba.

La ejecución de este proyecto permitirá analizar el estado del ecosistema antártico, que acoge a una variedad de formas de vida, con diferentes niveles de organización y de especies. Los científicos compararán los patrones actuales para así evaluar los impactos a partir de señales del pasado, evaluando la contribución de los cambios ambientales en procesos evolutivos en peces antárticos, cuantificando su grado de sensibilidad ante estos cambios. Las condiciones oceanográficas y ambientales afectan la estructura espacial y temporal del plancton antártico. La costa de la península Antártica es un área con una gran riqueza biológica, donde abundan poblaciones de aves y mamíferos marinos. Además, presenta una alta producción primaria que es clave en el flujo de carbono, proceso que modela las grandes poblaciones de kril, componente importante del zooplancton antártico y eslabón esencial en la red trófica.

 La investigación actual

            Mauricio, Manuel y Javier estudian los rasgos de la vida temprana de los peces antárticos y como estos rasgos pueden ser forzados por las condiciones ambientales como, por ejemplo, los cambios o el aumento de la temperatura del océano. Los peces antárticos desarrollan diferentes estrategias de vida que utilizan en sus primeros días de vida para sobrevivir a las condiciones climáticas adversas para la mayoría de las especies conocidas en nuestro planeta.

            Para el equipo, una de las condiciones necesarias para realizar este estudio es efectuar los muestreos durante el verano, ya que durante este período se encuentra una alta productividad de grupos como el fitoplancton y el zooplancton, ambos fundamentales por ser los principales alimentos de las larvas. Básicamente, la presencia de productividad primaria (ej. fitoplancton) permite el crecimiento de la productividad secundaria (ej. zooplancton). Estos eventos son aprovechados estratégicamente por los peces, donde sus larvas están listas para eclosionar de los huevos en estos períodos, permitiendo asegurar presencia de alimento a sus descendientes que posteriormente favorecerán a su crecimiento y supervivencia.

           Los peces antárticos tienen distintas estrategias de vida en el aspecto reproductivo, y el equipo de investigación lo está relacionando al tamaño de los huevos. Los peces tienen postura de huevos de distintos tamaños dependiendo de la especie; el tamaño del huevo determina el tamaño que tendrán las larvas al momento de la eclosión, su ritmo de crecimiento y la duración de su vida en la fase pelágica. En general, existen especies que desarrollan huevos pequeños mientras que otras poseen huevos grandes. Estas estrategias sugieren que existen diferencias reflejadas o asociadas a sus rasgos de historia de vida temprana como las tasas de crecimiento y de mortalidad, aspectos sumamente importantes para la supervivencia en los primeros días de vida.

         Sin embargo, estudios sobre estas estimaciones son escasos y hasta ahora desconocidos en muchas especies y para muchos de sus estados de desarrollo temprano, es por esto que los resultados de este estudio podrían aportar con información sumamente valiosa sobre estas características biológicas y como podrían ser afectadas por el calentamiento atmosférico y de los océanos que están ocurriendo en la península Antártica. Según los investigadores, este año han podido recolectar larvas de dos especies. Por el momento y durante la campaña solo se han identificado dos larvas que pertenecen a individuos de Harpagifer antarcticus y de Lepidonotothen larseni, debido a la contingencia del COVID 19 aún se encuentran a la espera del análisis de las muestras obtenidas en la ECA56 que serán revisadas en el laboratorio.

Sobre la Karpuj, el profesor Dr. Mauricio Landaeta a cargo de tomar notas sobre los horarios, las profundidades y los volúmenes de agua muestreados con las redes de captura de zooplancton. Fotografía tomada por Javier Vera-Duarte.

¿Cómo las larvas de Harpagifer antarcticus se adaptan para sobrevivir a cambios meteorológicos de corta escala?   

Este no es el primer estudio que lidera el profesor Mauricio Landaeta en el archipiélago de las islas Shetland del Sur. Anteriormente, y gracias al apoyo y financiamiento de INACH, han podido realizar dos campañas de muestreo que ha servido para publicar dos trabajos en la revista internacional Polar Biology. En ambos trabajos se describió cómo las condiciones ambientales pueden gatillar diferentes respuestas ecológicas en larvas de Harpagifer antarcticus. Estos hallazgos fueron realizados a partir de muestras recolectadas durante dos veranos (2014, 2015) en bahía Chile, en una isla un poco más al sur de isla Rey Jorge y perteneciente al mismo archipiélago.

Los resultados de los estudios mostraron que las variaciones en la intensidad y dirección del viento pueden causar cambios en la selectividad del alimento de las larvas modificando su dieta desde copepoditos, en períodos de calma y poco viento, a diatomeas y huevos de eufáusidos luego de eventos de fuerte viento. Por otro lado, también encontraron que los eventos de vientos fuertes están asociados con el momento de la eclosión de los huevos de H. antarcticus sugiriendo que estos eventos meteorológicos podrían explicar el cómo y cuándo ocurren los momentos de eclosión en esta especie.

¿Qué sabemos de Harpagifer antarcticus?

 Harpagifer antarcticus es un pez bentónico pequeño muy común, de crecimiento rápido en comparación a otros peces antárticos, que habita en los ambientes costeros de la península Antártica y sus alrededores. Su rango batimétrico es acotado, estando presente solo en pozas intermareales hasta los 200 metros.

Cuando son jóvenes se alimentan de pequeños anfípodos y copépodos harpacticoideos, en cambio, cuando son adultos se alimentan de anfípodos, poliquetos, gasterópodos y pequeños peces.

Se reproducen durante los meses de invierno, y luego del desove, ambos padres realizan el cuidado de los huevos por un tiempo cercano a los cuatro meses. Al eclosionar las larvas, se desarrollan y permanecen cerca de la costa por un período relativamente corto, ya que antes del primer invierno se asientan en el fondo marino (bentos) para continuar la siguiente etapa de su vida.

Larva de Harpagifer antarcticus recolectada en una poza intermareal localizada a pocos metros de base Escudero, Isla Rey Jorge. Fotografía tomada por Javier Vera-Duarte.

 El “Nototénido Pintado”: Lepidonotothen larseni

 Lepidonotothen larseni es una de las especies más abundantes y ampliamente distribuidas en el archipiélago de las islas Shetland del sur y en la Península Antártica.

Son peces que ponen pequeños huevos durante la primavera los cuales están arraigados al fondo marino, y que luego de la eclosión, sus larvas se desarrollan por un período cercano a un año sobreviviendo incluso el período de invierno en la columna de agua.

Cuando son juveniles se alimentan de copépodos y anfípodos, mientras que cuando adultos de eufáusidos como el krill. Son importantes porque tienen un rol fundamental en la trama trófica del ecosistema, al ser presas de otros peces (piscívoros) permitiendo el flujo de energía desde niveles tróficos inferiores hacia niveles superiores.

Larva de Lepidonotothen larseni recolectada en Bahía Fildes a través de lances con redes bongo localizada a pocos metros de base Escudero. Fotografía tomada por Javier Vera-Duarte.

 Trabajo en terreno: ¿En qué consiste?

         El estudio considera tres años de trabajo en Antártica, iniciando su exploración en terreno durante la última Expedición Científica Antártica (ECA56) organizada por INACH. La estancia del equipo en isla Rey Jorge fue de 21 días, extendiéndose desde el 19 de febrero hasta el 10 de marzo, y esperan regresar en las próximas dos expediciones científicas (ECA57 y ECA 58) para completar sus objetivos y así difundir los resultados a la ciudadanía. El trabajo de campo considera realizar muestreos en las islas Shetland del Sur (base Escudero), el archipiélago Palmer (base Yelcho) y la península Antártica (base O’Higgins).

                 Las jornadas de trabajo en Antártica siguen un protocolo estricto de seguridad para llevar a cabo las maniobras. Luego de cada jornada de trabajo los investigadores asistieron a reuniones junto a otros científicos encargados de sus grupos para organizar los detalles de las salidas de terreno de cada uno de los proyectos de investigación. El rol principal de esta reunión es analizar las condiciones del tiempo del día siguiente, y distribuir al personal de logística para que todos los proyectos puedan ejecutar sus tareas en las distintas áreas de recolección de muestras. El inicio de las jornadas para Mauricio, Manuel y Javier comienza con la preparación de los equipos, verificando las necesidades técnicas de cada día, antes de subirse a unas de las lanchas facilitadas por INACH para recorrer la bahía Fildes.

El biólogo marino Javier Vera-Duarte y el profesor Dr. Manuel Castillo recuperando la red Bongo a bordo de la embarcación Isabel. Fotografía tomada por Felipe Truebas.

         En la primera jornada de trabajo, el equipo de trabajo realizó la instalación de un correntómetro (ADCP) para registrar las condiciones de mareas y corrientes en la zona de estudio. Para la instalación del medidor de corrientes se realizaron sistemas de anclajes gracias al apoyo logístico del personal que permitieron mantener durante un mes equipos oceanográficos a 40 metros de profundidad. Para esto se diseñó un plan de anclaje en un sector previamente determinado para evitar que las corrientes marinas arrastraran y pudieran perder los instrumentos.

        Durante la mayor cantidad de días y mientras el clima lo permitió, se realizaron visitas al mismo punto para realizar mediciones de las condiciones oceanográficas o parámetros de la columna de agua con un instrumento llamado CTD (Conductivity-Temperature-Density), que permitió registrar la temperatura, la salinidad, el pH, entre otros factores. Además, los investigadores realizaron lances de redes verticales y de arrastre para recolectar el zooplancton, las cuales iban acopladas con un flujómetro para medir la cantidad de volumen de agua muestreado. La idea de los investigadores es registrar señales que les permitan entender cómo funciona la dinámica de la bahía y si ocurren cambios en la estructura de la comunidad en un rango de corta escala temporal (horas, días, semanas). Una vez realizado los muestreos, coordinados a su vez con el atardecer, los investigadores instalaron una trampa de luz diseñada para capturar juveniles de peces, la cual era recuperada junto a la muestra a la mañana siguiente donde nuevamente se repetía el proceso de lances CTD y redes.

          Por otro lado, también el equipo de investigadores pudo realizar muestreos que abarcaron gran parte de la bahía. Estos trabajos se pudieron realizar gracias a la embarcación Karpuj y a la labor y esfuerzo de toda su tripulación que permitió tomar datos en sitios cercanos o con influencia de los glaciares y en otros sitios más alejado de la costa. Sin embargo, bastó una jornada de trabajo maratónica de casi 24 horas con condiciones meteorológicas adversas para realizar un total de 19 estaciones que cubrieron la mayor parte al área que comprende bahía Fildes.

Instrumento oceanográfico conocido como CTD amarrado en la cubierta de la embarcación Karpuj, al fondo el Glaciar Collins. Fotografía tomada por Javier Vera-Duarte.

 Laboratorio de Ictioplancton

 El Laboratorio de Ictioplancton (LABITI, @Labiti_lab) de la Universidad de Valparaíso, nace con el propósito de realizar investigación nueva y aplicada sobre estados tempranos de peces, con estudio de especies en ecosistemas y cultivos, realizando estudios de experimentación de huevos y larvas de peces bajo condiciones controladas, para analizar sus efectos de crecimiento, supervivencia y producción de malformaciones en el desarrollo larval. En complemento, se realizan estudios de la ecología trófica y del crecimiento en estados tempranos de peces, en zonas con condiciones oceanográficas particulares, como fiordos, islas oceánicas, zonas de surgencia y submareal rocoso. La investigación producida en LABITI es validada a través de altos estándares de calidad científica, verificable y disponible a la forma de publicaciones científicas ISI-Thomson nacionales e internacionales. Para más información del trabajo, revisar: http://ictioplanctonenchile.blogspot.com/

Proyecto Huiros

 Proyecto Huiros (@proyecto_huiros) es un grupo de trabajo interdisciplinario conformado por biólogos marinos, buzos científicos y fotógrafos, fundado en el año 2019 en la localidad Las Cruces. Proyecto Huiros nace dentro del Estación Costera de Investigaciones Marinas (ECIM) desde donde realizan buceos para obtener fotografías de los bosques de kelps y sus comunidades. El centro de investigación tiene todo lo necesario para trabajar en el mar, por lo que, desde la fotografía submarina, acercan a la comunidad a la vida presente en los océanos para que no sea olvidada, desarrollando un lenguaje para que la comunidad pueda comprender conceptos científicos. Proyecto Huiros muestra resultados de investigación a la ciudadanía, acercándolos a las maravillas escondidas en el mar. El objetivo es apoyar la conservación de los ecosistemas de bosques de kelps, macroalgas que tienen la capacidad de conformar una estructura tridimensional, ayudando a generar comunidades de organismos asociados a ellos, alimento y albergue a larvas pequeñas. Según Javier “la fotografía es una herramienta fundamental para trabajar por la conservación de los océanos y en este caso por la conservación de los bosques de huiros”.

Equipo de investigadores a bordo de la embarcación Isabel. ¡Un gran equipo viviendo una gran experiencia científica! Fotografía tomada por Patricio Quezada

Equipo de investigadores a bordo de la embarcación Isabel. ¡Un gran equipo viviendo una gran experiencia científica!. Fotografía tomada por Patricio Quezada

Conversamos con el equipo.

¿Cuáles son los objetivos de la investigación?

 Nuestro proyecto pretende investigar las interacciones físico-biológicas que ocurren en estados tempranos (ej. larvas, juveniles) de peces Antárticos que presentan distintas estrategias reproductivas (huevos grandes de los que eclosionan larvas grandes que crecen lento vs. huevos pequeños de los que eclosionan larvas pequeñas que crecen rápido) en distintas localidades de la Península Antártica

 ¿Qué sensaciones pudieron percibir al estar trabajando en el continente antártico?

 Varias sensaciones, la primera es que INACH tiene un apoyo logístico impresionante para trabajar bajo condiciones ambientales bien críticas, y eso hace que los investigadores puedan acceder a este ambiente tan interesante. Lo otro, es que claramente la investigación antártica surge de la cooperación internacional, y es importante que los investigadores chilenos, en formación y consolidados, hagan estas interacciones.

¿Cuáles son las dificultades de trabajar en el continente?

Las mayores dificultades logísticas fueron superadas con la excelente colaboración del personal del INACH. Tuvimos a disposición no solo las embarcaciones del instituto, sino también el tiempo y el interés de los pilotos. El frío extremo dificulta el trabajo en terreno, especialmente por la duración de las baterías en el agua, para mantener los equipos oceanográficos y biológicos que llevamos.

 ¿Qué son rasgos de historia de vida temprana?

 Los rasgos de historia temprana de vida son ciertos aspectos de la vida temprana de los peces principalmente cuando son larvas. Algunos rasgos de historia de vida temprana son los cambios morfológicos, los cambios de dieta, o el ritmo de crecimiento. Para estudiarlos utilizamos distintas metodologías, por ejemplo, el crecimiento puede ser estudiado a través de las microestructuras de otolitos que se encuentran alojadas en el oído interno de los peces desde donde podemos saber importantes hitos como el tamaño de la larva al momento de la eclosión, los días de vida que tiene la larva, incluso si han estado situaciones o condiciones estresantes.

¿Qué cambios en las tramas tróficas podrías afectar la productividad de las larvas?

 Las larvas de peces antárticos tienen estrategias de alimentación que podemos observar en muchas otras especies, algunas pueden ser herbívoras, otras carnívoras y también omnívoras. En general las larvas eclosionan en períodos de alta productividad primaria y secundaria para poder obtener alimento, como el fitoplancton y el zooplancton, desde la columna de agua. Sin embargo, si ocurre alguna variación en la abundancia de los organismos que conforman estos grupos, es posible que las larvas tengan que adaptarse a la disponibilidad de presas que encuentren, modificando sus estrategias de alimentación. Si las nuevas presas no son tan nutritivas como las anteriores, quizás podría afectar algunos rasgos como su crecimiento o sus morfologías.

¿Qué especies de peces antárticos son su objetivo? ¿De cuáles especies pudieron conseguir larvas durante la LVI Expedición Científica Antártica?

Nuestro objetivo es recolectar larvas de especies representantes de distintas familias de peces que habitan la Antártica para poder comparar sus estrategias de desarrollo en los primeros días de vida. Si bien hay en la costa antártica, hay especies más abundantes que otras; es esencial para nosotros poder recolectar la mayor cantidad de especies.

Durante esta campaña y sin haber revisado aún las muestras en nuestro laboratorio, podemos confirmar haber recolectado dos especies comunes que habitan las costas de la Península Antártica: Harpagifer antarcticus y Lepidonotothen larseni.