Mientras el mundo se enfrenta a los desafíos del cambio climático y el crecimiento demográfico, el panorama de la seguridad alimentaria mundial se enfrenta a amenazas sin precedentes. El aumento de las temperaturas y la alteración de las condiciones oceánicas están teniendo un profundo impacto en los ecosistemas acuáticos, siendo la acuicultura de peces particularmente vulnerable a los efectos del estrés térmico.
Una revisión científica publicada por investigadores de la Universidad Católica de Temuco, de la University of Coimbra, de la Universidad Autónoma de Chile, de la Universitat de Barcelona y de la Universidad de La Frontera profundiza en los mecanismos neuroendocrinos y moleculares que subyacen a las respuestas de los peces al estrés térmico, destacando la importancia de los tejidos del músculo esquelético y del hígado en la mediación de las adaptaciones fisiológicas.
Un océano “hirviendo”
El aumento de las temperaturas del mar, una consecuencia directa del cambio climático, plantea un grave desafío para la industria de la acuicultura. Las aguas más cálidas crean condiciones ideales para la proliferación de floraciones de algas nocivas y la propagación de enfermedades, lo que pone en peligro la salud y la supervivencia de los peces de cultivo.
Además, el aumento de las temperaturas del agua puede provocar el agotamiento del oxígeno, lo que estresa aún más a los organismos acuáticos.
Por su parte, los peces, como organismos ectotérmicos, dependen de su entorno externo para regular su temperatura corporal. La exposición a temperaturas elevadas puede desencadenar una respuesta de estrés fisiológico, que afecta a varios aspectos de su biología. Esto incluye alteraciones en el crecimiento, la reproducción y la función inmunológica.
El delicado equilibrio de la fisiología de los peces
Los peces, como todos los organismos, han desarrollado mecanismos fisiológicos complejos para adaptarse a los cambios ambientales. Sin embargo, la creciente frecuencia e intensidad de los eventos de estrés térmico pueden alterar estos delicados equilibrios.
El eje hipotálamo-hipofisario-interrenal (HPI) desempeña un papel crucial en la regulación de las respuestas al estrés en los peces, donde el cortisol y las catecolaminas actúan como mediadores clave. Estas hormonas influyen en el metabolismo energético y la adaptación al estrés, lo que permite a los peces responder a las condiciones ambientales cambiantes.
Cuando los peces se exponen a temperaturas elevadas, el eje HPI se activa, lo que lleva a la liberación de hormonas del estrés como el cortisol y las catecolaminas. Estas hormonas, a su vez, desencadenan una cascada de respuestas fisiológicas, incluidos cambios en el metabolismo, la función inmunológica y el crecimiento.
Mecanismos moleculares de la respuesta al estrés térmico
De acuerdo con el estudio publicado en la revista Aquaculture Reports, investigaciones recientes han arrojado luz sobre los mecanismos moleculares que subyacen a las respuestas de los peces al estrés térmico. Los tejidos clave, como el músculo esquelético y el hígado, son particularmente susceptibles a los efectos de las temperaturas elevadas. Estos tejidos experimentan adaptaciones moleculares significativas, incluidas alteraciones en la expresión genética relacionada con el crecimiento, el metabolismo energético y la respuesta al estrés. Por ejemplo, el estrés térmico puede alterar la expresión de genes involucrados en la glucólisis y la fosforilación oxidativa, dos vías metabólicas esenciales.
Además, la expresión de genes relacionados con la señalización hormonal, como la hormona del crecimiento y los factores de crecimiento similares a la insulina, puede verse afectada, lo que repercute en el crecimiento y el desarrollo muscular.
Principales hallazgos
En resumen, para hacer frente al estrés térmico, los peces emplean una red compleja de mecanismos moleculares, que incluyen:
- Activación del eje hipotálamo-hipofisario-interrenal (HPI): el eje hipotálamo-hipofisario-interrenal (HPI) desempeña un papel crucial en la regulación de la respuesta al estrés, movilizando recursos energéticos y mejorando el suministro de oxígeno a los tejidos.
- Proteínas de choque térmico (Hsps): Las Hsps son esenciales para mantener la homeostasis celular y proteger a las células del daño causado por el estrés térmico.
- Adaptaciones metabólicas: Los peces pueden ajustar sus tasas metabólicas para hacer frente a temperaturas elevadas, alterando la expresión de genes involucrados en el metabolismo energético, el crecimiento y la función muscular.
Implicaciones para la industria de la acuicultura
Comprender las respuestas fisiológicas y moleculares de los peces al estrés térmico es crucial para el desarrollo sostenible de la acuicultura. Al identificar los mecanismos moleculares clave involucrados, los investigadores pueden desarrollar estrategias para mitigar los impactos negativos del cambio climático en la salud y la productividad de los peces. Las posibles estrategias incluyen la cría selectiva para la tolerancia al calor, la optimización de los regímenes de alimentación y la mejora de la gestión de la calidad del agua.
Sin embargo, los autores del estudio destacan que aún se debe conocer:
- Biomarcadores moleculares: Identificar y validar nuevos biomarcadores moleculares, como los relacionados con el crecimiento, el estrés oxidativo y la inflamación, puede ayudar a evaluar la salud y el bienestar de los peces bajo estrés térmico.
- Vía de señalización mTOR/Akt: Más investigaciones sobre la vía de señalización mTOR/Akt pueden proporcionar información sobre los mecanismos moleculares subyacentes a las respuestas celulares al estrés térmico.
- miRNA: Explorar el papel de los miRNA en la regulación de las vías de respuesta al estrés puede conducir al desarrollo de nuevas estrategias para mejorar la termotolerancia de los peces.
Conclusión
En conclusión, esta revisión científica proporciona una descripción general integral de los mecanismos neuroendocrinos y moleculares que subyacen a las respuestas de los peces al estrés térmico. Al destacar la importancia de los tejidos del músculo esquelético y del hígado en la mediación de las adaptaciones fisiológicas, podemos comprender mejor el impacto del estrés térmico en la acuicultura de peces y desarrollar estrategias efectivas para garantizar la sostenibilidad a largo plazo de esta fuente fundamental de alimentos.
A medida que el cambio climático continúa intensificándose, es imperativo invertir en investigación e innovación para garantizar la sostenibilidad a largo plazo de la acuicultura. Al abordar los desafíos que plantean el estrés térmico y otros factores relacionados con el clima, podemos ayudar a salvaguardar la seguridad alimentaria mundial.
El estudio fue financiado por el National Research and Development Agency of Chile, ANID y la colaboración de la Universidad Católica de Temuco,
Contacto
Alberto Sáez-Arteaga
Centro de Investigación, Innovación y Creación UCT (CIIC-UCT), Universidad Católica de Temuco
Temuco, Chile.
Email: alberto.saez@uct.cl
Referencia (acceso abierto)
Sáez-Arteaga, A., Viegas, I., Palma, M., Dantagnan, P., Valdebenito, I., Figueroa Villalobos, E., Hernández, A., Guerrero-Jiménez, J., Metón, I., & Heyser, C. (2024). Impact of increasing temperatures on neuroendocrine and molecular responses of skeletal muscle and liver in fish: A comprehensive review. Aquaculture Reports, 39, 102448. https://doi.org/10.1016/j.aqrep.2024.102448
