La acuicultura de esponjas marinas es el proceso de cultivo de esponjas marinas en condiciones controladas. Se ha llevado a cabo en los océanos del mundo durante siglos utilizando una serie de técnicas de acuicultura . Hay muchos factores como la luz, la salinidad , el pH , el oxígeno disuelto y la acumulación de productos de desecho que influyen en la tasa de crecimiento de las esponjas. Los beneficios de la acuicultura de esponjas marinas se obtienen como resultado de su facilidad de establecimiento, los requisitos mínimos de infraestructura y el potencial de ser utilizada como fuente de ingresos para las poblaciones que viven en países en desarrollo. Las esponjas marinas se producen a escala comercial para ser utilizadas como esponjas de baño o para extraer compuestos biológicamente activos que se encuentran en ciertas especies de esponjas. Se utilizan técnicas como el método de la cuerda y la bolsa de malla para cultivar esponjas de forma independiente o dentro de un entorno de sistema de acuicultura multitrófica integrado. Una de las únicas esponjas marinas verdaderamente sostenibles cultivadas en el mundo se encuentra en la región de Micronesia , con una serie de métodos de cultivo y producción utilizados para garantizar y mantener la sostenibilidad continua de estas especies cultivadas.
Más de 8000 especies de esponjas marinas viven en hábitats oceánicos y de agua dulce. [1] Históricamente, la pesca de esponjas ha sido una industria importante y lucrativa, con capturas anuales desde 1913 a 1938 que superaron regularmente las 181 toneladas y generaron más de un millón de dólares estadounidenses. Sin embargo, esta demanda de esponjas marinas ha visto las tasas de captura alcanzar su punto máximo y en 2003 la demanda de esponjas de baño fue de 2127 toneladas, de las cuales la producción mundial de la pesca solo cubrió una cuarta parte de esa cantidad. [2]
Las primeras investigaciones acuícolas para optimizar las técnicas de acuicultura de esponjas marinas utilizaron varios métodos de cultivo. [3] [4] Sin embargo, el cultivo comercial de esponjas se encontró con una fuerte resistencia e interferencia por parte de los pescadores de esponjas, quienes creían que sus ingresos continuos estaban en peligro. La oposición de los cultivadores de esponjas comerciales resultó en una baja penetración en el mercado y una escasa adopción por parte de los consumidores de los productos de esponja de acuicultura. [3]
Los beneficios de la acuicultura comercial de esponjas son evidentes para quienes viven en países en desarrollo. [5] En estos países, la acuicultura de esponjas es un negocio fácil y rentable, que beneficia a la comunidad local y al medio ambiente al minimizar tanto la presión de la cosecha sobre las poblaciones silvestres como el daño ambiental. [6]
El cultivo de esponjas es un proceso sencillo que requiere pocos conocimientos especializados. Además, la facilidad de la acuicultura de esponjas significa que toda una familia puede participar en el proceso de producción. Esto da como resultado un negocio familiar rentable que se ajusta al discurso tradicional de las "granjas familiares", lo que aumenta la probabilidad de adopción de la acuicultura de esponjas marinas. Además, es común que las granjas de esponjas marinas estén ubicadas cerca de las casas de las familias, lo que permite un acceso continuo, monitoreo, modificación y trabajo en la granja. [6]
La acuicultura de esponjas marinas también proporciona a las familias una fuente continua de ingresos durante todo el año, que puede llevarse a cabo como un compromiso de tiempo completo o como un trabajo de tiempo parcial para complementar un ingreso existente. [5]
En las últimas dos décadas se ha renovado el interés por la posibilidad de que la acuicultura de esponjas contribuya a satisfacer la creciente demanda mundial de esponjas de baño. Las esponjas de baño son el uso más común de las esponjas marinas de acuicultura en la actualidad. Las esponjas de baño pueden definirse como cualquier especie de esponja que posea únicamente fibras de esponjosa , que son fibras elásticas hechas de proteína de colágeno . [7]
Los usos comerciales de las esponjas de baño varían desde fines cosméticos , de baño o industriales, y la calidad de la esponja se basa en el análisis de la calidad del esqueleto de la esponja, siendo las que poseen fibras suaves, duraderas y elásticas las que tienen el precio más alto. [7]
La presencia de metabolitos secundarios producidos por microorganismos simbióticos dentro de la esponja mejora su crecimiento y supervivencia. [8] Se han aislado con éxito miles de metabolitos secundarios derivados de esponjas, y muchos de ellos tienen propiedades medicinales potenciales, como citotoxicidad , actividad antiinflamatoria y antiviral . [8] Por lo tanto, tienen un potencial significativo dentro de la industria farmacéutica como un medio para generar nuevos fármacos. [8] Sin embargo, estos metabolitos secundarios a menudo solo están presentes en cantidades traza, y los únicos métodos para utilizar estos metabolitos como terapias dependen de la ampliación de la escala de los compuestos a través de la síntesis química o la acuicultura. [9]
Aunque todavía es un nicho de mercado, algunas empresas han comenzado a producir y comercializar pequeñas esponjas como productos de higiene femenina reutilizables . Se comercializan bajo las marcas Sea Pearls [10] en los Estados Unidos y Jam Sponge [11] en el Reino Unido. Las esponjas se insertan en la vagina de la misma manera que un tampón , pero cuando están llenas se retiran, se limpian y se reutilizan, en lugar de desecharse. Las ventajas de una alternativa de tampón reutilizable incluyen la rentabilidad y la reducción de desechos. (Dado que las esponjas son biodegradables, incluso cuando la vida absorbente de una esponja menstrual ha terminado, se puede convertir en abono). Algunas mujeres también están preocupadas por los riesgos para la salud asociados con los tampones tradicionales y creen que es más saludable usar un material natural. Si bien no se conocen casos de síndrome de choque tóxico asociados con el uso de esponjas menstruales, se sabe que las esponjas, cuando no se preparan adecuadamente, contienen arena, gravilla y bacterias, y por lo tanto se debe considerar la posibilidad de síndrome de choque tóxico. Las esponjas tienen una mayor capacidad para absorber el flujo menstrual que la mayoría de los tampones; Aunque aún así deberían cambiarse al menos cada ocho horas. [ cita requerida ]
Las esponjas marinas deben cultivarse a una salinidad de 35 ppt (salinidad del agua de mar). La hipersalinidad (altas concentraciones de sal) en el entorno inmediato que rodea a una esponja deshidratará las células de la esponja, mientras que un entorno hiposalino (baja concentración de sal) diluye el entorno intracelular de la esponja. El pH del agua debe coincidir con el del agua de mar (pH 7,8-8,4) para maximizar la producción de esponjas. Las esponjas son sensibles a la temperatura y las fluctuaciones extremas de la temperatura ambiente pueden afectar negativamente a la salud de las esponjas marinas. Las altas temperaturas provocan colapsos en los cultivos de esponjas. Las bacterias simbióticas que normalmente habitan en las esponjas marinas comienzan a reproducirse a un ritmo insostenible cuando la temperatura ambiente del agua aumenta unos pocos grados. Luego, estas bacterias atacan y destruyen las células y el tejido de la esponja. Se ha sugerido que las esponjas se deben cultivar a temperaturas del agua ligeramente inferiores a la temperatura ambiente del agua en la región de la que se ha aislado originalmente la esponja. [12]
Los endosimbiontes fotosintéticos habitan en muchas esponjas tropicales, y estas necesitan luz para sobrevivir. Por ello, algunas esponjas dependen de la disponibilidad e intensidad de la luz para satisfacer sus necesidades nutricionales. [13] Sin embargo, en algunas especies, la luz puede inhibir el crecimiento, ya que son sensibles a la radiación ultravioleta. [13] Salvo cuando la esponja tiene bacterias fotosintéticas asociadas, el crecimiento óptimo de las esponjas marinas se produce en condiciones de oscuridad. [13]
El oxígeno disuelto se absorbe a través del sistema acuífero. El oxígeno en las esponjas marinas se consume a tasas que varían entre 0,2 y 0,25 μmol O 2 h −1 /cm 3 de volumen de esponja. [12] Las demosponjas mantenidas en condiciones de laboratorio también pueden tolerar condiciones hipóxicas, durante breves períodos, lo que podría reflejar su adaptabilidad al oxígeno disuelto. [14]
En sistemas de cultivo cerrados, algunas especies de esponjas pueden producir metabolitos bioactivos y citotóxicos que pueden acumularse rápidamente e inhibir el crecimiento posterior de la esponja. [13] Sin embargo, es probable que los biofiltros no sean eficaces para eliminar los metabolitos secundarios expulsados de la esponja. Los métodos de adsorción en los que las biomoléculas se adhieren a un adsorbato probablemente sean una forma eficaz de eliminar estos compuestos. [13]
Los brotes de enfermedades de las esponjas de baño suelen ser graves y pueden destruir poblaciones de esponjas tanto silvestres como cultivadas. Los factores subyacentes que dan lugar a los brotes de enfermedades pueden deberse a agentes causales como virus, hongos, cianobacterias y cepas bacterianas. [7] [15] [16]
Al elegir un lugar para la acuicultura de esponjas marinas, se deben considerar los factores que promueven el crecimiento y la supervivencia de las especies de esponjas cultivadas. Las esponjas dependen en gran medida de un flujo pasivo de agua para proporcionar alimento, como bacterias y microalgas , por lo que un buen flujo de agua aumenta el crecimiento y la calidad de las esponjas. [17] Los caudales de agua superiores a los normales podrían dañar las esponjas cultivadas. [17] Una ubicación ideal para una granja de esponjas marinas sería un área protegida, pero que reciba un amplio flujo de agua y disponibilidad de alimentos para optimizar el crecimiento de las esponjas. [7]
La acuicultura de esponjas para la producción de espongina o metabolitos aprovecha las altas capacidades regenerativas de las células de esponja totipotentes mediante el uso de explantos (trozos cortados de una esponja madre, que luego volverán a crecer hasta convertirse en una esponja completa) como medio de cultivo de esponjas. [17] [18] Las esponjas tienen un crecimiento indeterminado , y el crecimiento máximo está determinado por restricciones ambientales en lugar de genéticas . Durante el establecimiento inicial de una granja, los explantos de esponja se elegirán por sus características fenotípicas de crecimiento rápido y espongina o metabolitos de alta calidad.
La acuicultura marina intensiva en la última década ha aumentado considerablemente y ha tenido como resultado considerables impactos ambientales adversos. [19] Grandes volúmenes de descarga de materia orgánica proveniente de alimentos no consumidos y desechos excretorios de especies de acuicultura han resultado en altos niveles de nutrientes dentro de las aguas costeras. Grandes cantidades de nitrógeno (~ 75%) excretado por bivalvos , salmones y camarones , ingresan al ambiente costero, con el potencial de desarrollar floraciones de algas y reducir el oxígeno disuelto en el agua.
Un sistema de acuicultura integrado consiste en una serie de especies en diferentes niveles tróficos de la cadena alimentaria . Por lo tanto, los organismos generadores de desechos (organismos alimentados) como peces y camarones se combinan con organismos extractivos como abulón, esponjas o erizos de mar, como un mecanismo para eliminar el exceso de materia nutritiva de la columna de agua. Las esponjas marinas tienen una clara ventaja como organismo extractivo en un sistema de acuicultura multitrófica integrado, ya que tienen el potencial de actuar como un biorremediador para eliminar tanto las bacterias patógenas como la materia orgánica. [19] La esponja Hymeniacidon perlevis ha mostrado una excelente capacidad para eliminar el carbono orgánico total (COT) del agua de mar en condiciones de acuicultura integrada, [19] y podría ser una herramienta de biorremediación potencialmente útil para los sistemas de acuicultura en regiones donde la contaminación del agua es alta. Además, el enriquecimiento orgánico que se origina a partir de peces cultivados en las cercanías puede estimular el crecimiento de la esponja, lo que resulta en una acuicultura de esponjas marinas más eficiente. [6]
Muchas granjas comerciales de esponjas marinas sitúan sus sitios de acuicultura en aguas más profundas (>5 m), para maximizar la cantidad de explantos de esponjas que se pueden cultivar y aumentar la productividad. [7] Se han probado dos métodos principales de acuicultura con esponjas de baño, ya sea cultivándolas en una cuerda o dentro de una bolsa de malla.
La supervivencia de las esponjas cultivadas en cuerdas es generalmente menor, ya que se producen daños irreparables en el explante cuando se "enhebra" en la cuerda. [7] [20] Además, las esponjas cultivadas en la cuerda tienen el potencial de desprenderse de la cuerda durante las tormentas a medida que el flujo de agua aumenta significativamente, o crecer lejos de la cuerda y formar una esponja característica en forma de rosquilla, de bajo valor y no comercializable. Las diferencias en el crecimiento y la salud de las esponjas ocurren dentro de las especies, caracterizadas por variaciones en la capacidad regenerativa, la susceptibilidad a la infección después del corte, la resistencia y el potencial de crecimiento. [7]
Los niveles más bajos de daño en algunas especies de esponjas cultivadas mediante bolsas de malla pueden conducir a niveles más altos de supervivencia. Las tasas de crecimiento pueden disminuir ya que las hebras de malla en las bolsas pueden disminuir el flujo de agua, lo que limita la disponibilidad de alimentos. [21] La acumulación de agentes bioincrustantes como briozoos , ascidias y algas en la malla puede limitar aún más el flujo de agua. Las hebras de malla delgadas con grandes espacios y un sitio bien posicionado pueden actuar como un medio para mitigar la bioincrustación y la reducción de las tasas de flujo. [7]
Al combinar el cultivo con esponjas de baño con cuerdas y bolsas de malla en un "período de crianza", se pueden producir aumentos en la calidad y la producción. En el método del período de crianza, las esponjas se cultivan inicialmente en bolsas de malla hasta que los explantos se han curado y regenerado para filtrar el agua de manera eficiente. Los explantos regenerados se transfieren a una cuerda para promover un crecimiento óptimo hasta la cosecha. Esta estrategia requiere mucha mano de obra y es costosa, y se ha comprobado que las tasas de crecimiento y supervivencia no son mayores que cuando se cultiva únicamente con el método de bolsas de malla. [7]
Un método económicamente más viable para cultivar esponjas de baño sería transferir las esponjas a bolsas de malla más grandes a medida que crece la esponja para permitir un flujo de agua adecuado y el secuestro de nutrientes. [7]
Actualmente se producen esponjas de baño a partir de la esponja Coscinoderma matthewsi , con una producción de aproximadamente 12.000 esponjas, que se venden localmente a residentes y turistas en Pohnpei , Estados Federados de Micronesia . Estas esponjas son una de las únicas esponjas marinas verdaderamente cultivadas de manera sostenible en el mundo. [5] Las esponjas se cultivan mediante el método de cuerda, con bajos costos de inversión de unos pocos miles de dólares para equipos de cultivo y mantenimiento, produciendo esponjas 100% naturales sin productos químicos agresivos agregados durante el procesamiento. [22]
La producción acuícola de esponjas C. matthewsi fue llevada a cabo por el Instituto de Investigación Marina y Ambiental de Pohnpei (MERIP), para intentar generar un ingreso sostenible para los residentes de la comunidad local que tienen pocas opciones de ganar dinero. Las esponjas tardan aproximadamente dos años en alcanzar un tamaño cosechable, y los buceadores libres eliminan rutinariamente las algas y los agentes bioincrustantes a mano. Estas esponjas se procesan mediante procesos naturales, en los que se dejan secar al aire y luego se colocan en cestas y se devuelven a la laguna donde se cultivaron. Este proceso elimina toda la materia orgánica dentro de la esponja, dejando atrás el producto final de la esponja de baño. El procesamiento posterior se realiza ablandando la esponja, pero no se utilizan blanqueadores, ácidos ni colorantes. [5]
En las regiones del Mediterráneo, el Indopacífico y el Pacífico Sur se están llevando a cabo investigaciones sobre el cultivo de esponjas marinas para la obtención de metabolitos bioactivos. Los principales objetivos son optimizar los métodos de producción de metabolitos bioactivos, los procesos de acuicultura y las condiciones ambientales para maximizar su producción.
En la acuicultura de bioactivos, la forma final del explante no es un problema, lo que permite utilizar métodos de producción adicionales. Los nuevos métodos de cultivo de bioactivos incluyen el "método de matriz de malla", que utiliza la columna de agua para colgar verticalmente un tubo de malla con explantos individuales colocados en bolsillos alternados. [7] [23]
La cantidad de esponjas necesarias para la acuicultura de bioactivos se reduce, ya que los metabolitos secundarios de las esponjas se pueden recolectar repetidamente durante muchos años, lo que disminuye los costos y la infraestructura necesarios. Las pocas esponjas seleccionadas para la producción de metabolitos tendrían altas tasas de producción del metabolito objetivo para optimizar la producción y las ganancias. [7]
Existen varios factores que afectan la producción de metabolitos en las esponjas, y la concentración de metabolitos varía considerablemente entre explantos vecinos. Se ha descubierto que las diferencias localizadas en la intensidad de la luz y la bioincrustación son factores físicos y biológicos que afectan significativamente la biosíntesis de metabolitos en las esponjas. [24] Los cambios en los factores ambientales pueden alterar las poblaciones microbianas y, posteriormente, afectar la biosíntesis de metabolitos.
La comprensión de los factores ambientales que afectan la biosíntesis de metabolitos o el papel ecológico de estos puede utilizarse como una ventaja competitiva para maximizar la producción de metabolitos y el rendimiento total. Por ejemplo, si el papel ecológico del metabolito objetivo secundario fuera disuadir a los depredadores, imitar la depredación hiriendo a la esponja antes de la cosecha puede ser una técnica eficiente para maximizar la producción de metabolitos. [24]
Algunas esponjas que producen metabolitos crecen extremadamente rápido, lo que sugiere que el cultivo de esponjas puede ser una alternativa viable para producir bioactivos que actualmente no se pueden sintetizar químicamente. Si bien el cultivo de esponjas para la producción de bioactivos es más lucrativo debido a sus propiedades de mayor valor agregado, existen varios desafíos que no están presentes en la acuicultura de esponjas de baño, como los altos costos asociados con la extracción y purificación de metabolitos. [7]
{{cite journal}}: Requiere citar revista |journal=( ayuda )