Entender las interacciones genotipo-ambiente en los peces es de gran interés no solo para la biología sino también para la gestión adecuada de la piscicultura. Un grupo de investigación del Instituto de Ciencias del Mar del CSIC investiga qué condiciones ambientales influyen en la diferenciación sexual de los peces. Actualmente están trabajando con lubinas y con rodaballo. De la lubina ya saben que el aumento de temperatura puede derivar en un aumento de machos en la descendencia.
Cuando los huevos de lubina eclosionan, las larvas no tienen definido su sexo. Esto no sucede hasta unos meses después, cuando los juveniles llegan a una medida de entre 8 y 14 cm. Que lleguen a ser machos o hembras depende fundamentalmente de su componente genética determinante del sexo. Pero ésta puede ser modificada por algunos factores ambientales como la temperatura. Un equipo de investigadores del Instituto de Ciencias de Mar, del CSIC en Barcelona, está estudiando éste fenómeno.
En condiciones normales, explica Francesc Piferrer, quien dirige el proyecto Sexratio, «la proporción de machos en una puesta varía entre el 30 y el 70%, según el origen de los progenitores». Pero cuando se consideran todas las puestas en conjunto, detalla el investigador, la proporción de machos es aproximadamente del 50%. Los investigadores observaron que si la temperatura del agua en la que se desarrollan las larvas es de unos 21ºC, más elevada de lo normal (lo normal son entre 13 y 18°C) la proporción de machos aumenta al 80%, 90% o incluso al 100%. ¿Qué mecanismo hace que esto sea así?
La enzima aromatasa
Aunque los peces hembra tardan más en desarrollarse, crecen un 35% más que los machos, por lo que resultan más rentablesEl equipo de Piferrer cree que la respuesta está en el gen cyp19, que codifica para el citocromo p450 aromatasa, una enzima responsable de la producción de estrógenos a partir de andrógenos, los dos tipos principales de esteroides sexuales, ambos necesarios para la diferenciación gonadal. Por eso han clonado genes implicados en la síntesis, el transporte, la recepción y el efecto biológico de estos esteroides.
Cuando se expresa la aromatasa se produce la síntesis de estrógenos, las hormonas femeninas. Sin embargo, el aumento de temperatura bloquea la expresión del gen cyp19 y, por lo tanto, no se produce esta síntesis.
La consecuencia es que las crías que tenían que ser hembras -las que tienen la información genética para a ser hembras- no lo llegan a ser. Por eso aumenta la proporción de machos. «Las gónadas sexualmente indiferenciadas son únicas entre todos los órganos de los vertebrados», añade Piferrer, «ya que tienen dos opciones para su desarrollo durante el proceso de diferenciación sexual: devenir ovarios o testículos».
Gestión adecuada de la piscicultura
Entender las interacciones genotipo-ambiente en los peces es de gran interés no solo para la biología sino también para la gestión adecuada de la piscicultura. En este sector, unas empresas mantienen los reproductores, producen los huevos y crían las larvas hasta unos 10 gramos. Otro grupo de empresas compra estas crías y las engordan hasta el peso de venta (alrededor de los 400 g).
Una de las estrategias que vienen usando desde hace tiempo las empresas que crían las larvas es aumentar la temperatura del agua. De esa forma optimizan los ciclos de producción y venden antes a las empresas de engorde, ya que se ha visto que con mayor temperatura en el agua, las crías comen más y llegan antes a los 10 g.
El problema es que la empresa que se dedica al engorde se encuentra con que prácticamente todos los peces resultantes son machos. Comercialmente, los machos no son rentables porque crecen un 35% menos que las hembras; aunque las hembras tardan más en desarrollarse acaban siendo más rentables. Por lo tanto, apunta el equipo del CSIC, «no forzar el proceso natural» y volver a temperaturas más habituales para las lubinas puede equilibrar la proporción entre machos y hembras, así como evitar el gasto que representa aumentar la temperatura del agua.
De hecho la acuicultura busca vías para obtener un mejor rendimiento de las infraestructuras, entre ellas las derivadas de la manipulación genética. Actualmente es posible la producción de lotes de peces en los que todos los ejemplares son hembras, si se quiere optimizar el crecimiento, o lotes de peces estériles, si se quiere evitar los problemas derivados de la reproducción (una hembra que está en la etapa reproductiva destina parte de la energía consumida a las crías, con lo cual engorda menos).
Manipular los cromosomas
La tecnología actual ha sido capaz de conseguir estos grupos seleccionados a base de cruces deliberados o con técnicas genéticas consistentes en la manipulación de juegos enteros de cromosomas en el momento de la fertilización. Con estas técnicas se consigue producir grupos de ejemplares que son exclusivamente hembras o ejemplares poliploides (con tres o más dotaciones de cromosomas), que crecen normalmente pero que son estériles. Estas técnicas ya han sido puestas a punto para la lubina y el rodaballo.
En muchos casos poner a punto la técnica no siempre es tan fácil porque requiere saber qué cromosomas hay que controlar. En los mamíferos, la determinación sexual es de un único tipo -cromosómica- y con un único modelo -depende de un par de cromosomas sexuales, X e Y. En los peces, sin embargo, se conocen hasta ocho modelos cromosómicos y, existen, además, peces cuya determinación sexual no depende de unos cromosomas sino que es del tipo poligénico (depende de muchos genes distribuidos por todo el ADN).
«El modelo poligénico», explica Piferrer, «podría ser el caso de la lubina, pero todavía no está demostrado». Actualmente, el equipo de Piferrer está trabajando en otro proyecto que tiene por objetivo descubrir el sistema cromosómico del rodaballo. El investigador cree que en unos meses conocerán los resultados finales. Si concuerdan con lo que los datos disponibles hasta ahora apuntan, entiende que será posible la producción de lotes monosexo por cruces deliberados también en esta especie.
Condiciones evolutivas
En los peces (más de 25.000 especies identificadas) se dan todas las formas posibles de reproducción conocidas en vertebrados, aclara Francesc Piferrer: gonocorismo o bisexualidad (presencia de dos sexos separados), hermafroditismo (ambos sexos en un mismo individuo) y unisexualidad. Las especies unisexuales se reproducen por ginogénesis -un tipo de partenogénesis- y son muy poco frecuentes. De hecho, se conocen sólo unas 10 especies. En el proyecto Sexratio se ha empezado también a investigar las condiciones evolutivas, ecológicas y reproductivas que explicarían la aparición de los diferentes tipos de reproducción observados en los peces.
Entre los aspectos más llamativos que destacan los investigadores figura que, a diferencia de los vertebrados, los peces tienen dos genes diferentes de la aromatasa, un primer gen expresado fundamentalmente en las gónadas (CYP19A1) y responsable de la síntesis de los estrógenos plasmáticos, y otro segundo gen (CYP19A2) expresado fundamentalmente en el cerebro, responsable de la síntesis de neuroestrógenos. La actividad aromatasa en el cerebro de los peces es entre 100 y 1000 veces superior a la de cualquier otro órgano conocido, incluida la placenta de los mamíferos. ¿Qué provoca, se preguntan los investigadores, tanta actividad de aromatasa en el cerebro? Una hipótesis es que esta elevada actividad está relacionada con la neurogénesis o formación de neuronas, que en los peces continúa durante toda la vida adulta.
La producción de la acuicultura ha ascendido de 7,4 millones de toneladas en 1980 a 16,8 millones de toneladas en 1990, más de 42 millones en 1999 y, según las previsiones, hasta más de 47 millones de toneladas en 2010, de acuerdo con un informe reciente de la FAO.
El crecimiento del sector aumenta a una velocidad de más de un 10% anual, muy por encima del incremento del 3% en ganado de carne y del 1,5% de las capturas pesqueras. La vasta mayoría de la producción corresponde a las granjas asiáticas: el 90% de la producción mundial se daba en granjas de Asia y en 1999 más del 82% del total provenía de países deficitarios en recursos alimentarios. Se entiende, pues, la importancia del sector como recurso alimentario y herramienta de desarrollo para muchos países.
Sin embargo, la FAO advierte que se necesita planificar el avance del sector, de forma que crezca de forma sostenible y pueda hacer frente a otros problemas, como la calidad del agua (contaminación) o el crecimiento descontrolado del sector en algunas zonas.
En muchos lugares, donde se ha visto en la acuicultura una oportunidad de crecimiento, la proliferación de granjas a lo largo de toda la costa ha comportado un empobrecimiento de las aguas así como la destrucción de zonas naturales. Es lo que paso en Sri Lanka, describe el informe de la FAO, a raíz de la proliferación de granjas de gambas, y a pesar de las medidas de control establecidas. Entre los aspectos que necesitan ser revisados, la FAO indica una mejora en la ubicación, diseño y gestión de las granjas; mejor calidad del agua y un mayor control de la contaminación; y una mejor gestión de la salud de los peces.
