Niveles bajos de oxígeno podrían cegar temporalmente a invertebrados marinos

Científicos del Instituto Scripps de Oceanografía de la Universidad de California en San Diego han descubierto que unos niveles bajos de oxígeno en el agua de mar podrían cegar a algunos invertebrados marinos.

Estos resultados, publicados recientemente en la revista Journal of Experimental Biology, son la primera demostración de que la visión en los invertebrados marinos es altamente sensible a la cantidad de oxígeno disponible en el agua.

Los niveles de oxígeno en el océano están cambiando globalmente a partir de procesos naturales e inducidos por el hombre. Muchos invertebrados marinos dependen de la visión para encontrar alimento, refugio y evitar los depredadores, especialmente en sus primeras etapas de vida, cuando muchos son planctónicos. Esto es especialmente cierto en el caso de los crustáceos y los cefalópodos, que son presas comunes de otros animales y cuyas larvas son altamente migratorias en la columna de agua.

La investigación en animales terrestres ha demostrado que unos niveles bajos de oxígeno pueden afectar a la visión. De hecho, los seres humanos pueden perder la función visual en condiciones de bajo oxígeno. Se ha demostrado que los pilotos que vuelan a gran altitud, por ejemplo, experimentan problemas de visión si las aeronaves no complementan con oxígeno adicional la atmósfera de las cabinas de mando. Además, los problemas de salud como la presión arterial alta y los derrames cerebrales, ambos asociados con la pérdida de oxígeno, pueden dañar la visión.

"Con todo este conocimiento sobre el oxígeno que afecta a la visión de los animales terrestres, me preguntaba si los animales marinos reaccionarían de manera similar", dijo Lillian McCormick, autora principal del estudio financiado por la Fundación Nacional de Ciencias y estudiante de doctorado en Scripps Oceanography.

Sus resultados la sorprendieron. Estudiando cuatro invertebrados marinos locales de California - calamar de mercado, pulpo Octopus bimaculoides, langostilla y un cangrejo braquiuro - encontró que la visión se reducía en un 60-100 por ciento bajo condiciones de bajo oxígeno.

Utilizando larvas recogidas en las aguas de Scripps, McCormick probó la respuesta aguda - la reacción a corto plazo a la exposición a oxígeno reducido - en la visión de las larvas. Trabajó con Nicholas Oesch, un investigador del Departamento de Psicología de la Universidad de California en San Diego, para desarrollar un sistema para estos pequeños especímenes.

"La mayor parte del trabajo en el laboratorio está orientado a abordar cuestiones biomédicas en la visión de los mamíferos", dijo Oesch. "Así que ha sido divertido utilizar sistemas de modelos menos tradicionales y aplicar nuestras técnicas a un campo completamente diferente".

Colocadas en una plataforma de microscopio con agua de mar fluyendo y con niveles de oxígeno reducidos gradualmente, las larvas fueron expuestas a condiciones de luz que McCormick pudo utilizar para obtener respuestas visuales. Midió estas respuestas usando electrodos conectados a la retina de las larvas. Esta técnica se llama electrorretinograma.

"Imagina el dispositivo como una máquina de electrocardiograma para el ojo", dijo McCormick. "En lugar de medir la actividad eléctrica en el corazón, estamos mirando la parte del ojo llamada retina",

Tan pronto como la disponibilidad de oxígeno comenzó a disminuir a partir de niveles bien oxigenados, como los que se encuentran en la superficie del océano, McCormick vio una respuesta inmediata de las larvas. Esto fue especialmente cierto en el cangrejo braquiuro y el calamar, que perdieron casi toda su visión en las condiciones de oxígeno más bajas probadas, alrededor del 20 por ciento de los niveles de oxígeno de la superficie. Los pulpos resistieron más tiempo, y las respuestas de la retina sólo disminuyeron después de que el oxígeno se redujo a un cierto nivel, mientras que las langostillas fueron bastante resistentes. Se sabe que las langostillas adultas toleran las aguas con bajo contenido de oxígeno.

"Me sorprendió ver que incluso a los pocos minutos de estar expuestos a un nivel bajo de oxígeno, algunas de estas especies se volvieron prácticamente ciegas", dijo McCormick.

Afortunadamente, cuando se restablecieron los niveles de oxígeno, la mayoría de los ejemplares recuperaron alguna función visual, lo que indica que el daño puede no ser permanente durante períodos breves de bajo oxígeno.

Larva de pulpo. (Crédito: Lilly McCormick)

La falta de oxígeno afecta a la supervivencia

McCormick está interesado en averiguar cómo esta visión reducida podría afectar el comportamiento de los animales, especialmente en aquellos que experimentan la pérdida de visión más dramática. Estos animales dependen de las señales de la luz, y la incapacidad de detectar estas señales podría afectar su supervivencia. Un ejemplo es la migración. Las larvas de estas especies migran verticalmente, hundiéndose a mayores profundidades durante el día y ascendiendo a la superficie durante la noche, y usan los cambios en la intensidad de la luz como su señal de migración.

Además, las larvas dependen de la visión para encontrar presas y evitar los depredadores. Las larvas de calamar cazan presas de natación rápida, como los copépodos, y su visión es crucial para ello. La velocidad de respuesta de la retina de las larvas de calamar se redujo durante la exposición a un nivel bajo de oxígeno, lo que indica que este impedimento visual puede inhibir la capacidad de las larvas para detectar copépodos y alimentarse. La pérdida de la capacidad de reaccionar a los cambios en la intensidad de la luz - como la sombra de un depredador - o de ver visualmente a la presa podría disminuir la supervivencia de estas larvas altamente visuales. El calamar en San Diego puede ser particularmente susceptible porque ponen sus huevos en áreas propensas a la falta de oxígeno, como el fondo marino cerca del cañón de La Jolla.

En el medio ambiente marino, los niveles de oxígeno cambian en escalas de tiempo diarias, estacionales e interanuales. También hay grandes fluctuaciones de oxígeno con la profundidad. Sin embargo, estas condiciones están cambiando debido a los cambios climáticos influenciados por el hombre e incluso a la contaminación. El calentamiento atmosférico también está cambiando las temperaturas en el océano, lo que disminuye la mezcla de aguas superficiales bien oxigenadas con aguas más profundas. Además, los entornos cercanos a la costa están perdiendo cada vez más oxígeno en un proceso llamado eutrofización, en el que los nutrientes excesivos del agua alimentan un florecimiento de plancton que luego agota el oxígeno disponible disuelto en el agua. Esto puede llevar a la muerte de peces y otros animales marinos. La eutrofización es a menudo el resultado de la contaminación costera, como la escorrentía de la agricultura o las aguas residuales. Las pérdidas de oxígeno son especialmente pronunciadas en áreas de bajo oxígeno y afloramiento natural, como en la costa de California.

Estos resultados se basan en respuestas agudas, y McCormick tiene curiosidad por saber cómo la exposición a largo plazo a un bajo nivel de oxígeno podría afectar a estos animales en estado salvaje. Su futuro trabajo pondrá a prueba los comportamientos visuales bajo diferentes condiciones de oxígeno, así como comparará los resultados de los estudios de fisiología y comportamiento con las condiciones de oxígeno y luz en el océano a lo largo del tiempo. (Fuente: NCYT Amazings)