El análisis microquímico de otolitos es una técnica utilizada en la ordenación pesquera y la biología pesquera para delinear poblaciones y caracterizar movimientos y origen natal de los peces . Las concentraciones de elementos e isótopos en los otolitos se comparan con las del agua en la que habita el pez para identificar dónde ha estado. En los peces no ostariofisios, el más grande de los tres otolitos, o huesos del oído, la sagitta se analiza mediante uno de varios métodos para determinar las concentraciones de diversos oligoelementos e isótopos estables. En los peces ostariofisios, el lapilli es el otolito más grande y puede analizarse con mayor frecuencia.
La gestión pesquera requiere un conocimiento profundo de las características del ciclo vital de los peces . Los patrones de migración y las áreas de desove son rasgos clave del ciclo de vida en el manejo de muchas especies. Si un pez migra entre dos regiones que se gestionan por separado, se gestionará como dos poblaciones separadas, a menos que se pueda entender esta migración. Si no se descubre esta migración, entonces puede producirse una sobrepesca de la población porque los gestores suponen que hay el doble de peces. En el pasado, se necesitaban estudios de marcado y recaptura costosos e ineficientes para descubrir tales patrones de migración. Hoy en día, la microquímica de otolitos proporciona una forma más sencilla de evaluar los patrones de migración de los peces. La microquímica de otolitos se ha utilizado para identificar y delimitar las poblaciones de bacalao del Atlántico en aguas canadienses . [1] También se ha utilizado para determinar los patrones migratorios del pescado blanco anádromo . [2]
Es igualmente fundamental comprender el origen natal porque se deben identificar y proteger las áreas donde los peces desovan y habitan durante su período larvario crítico. El origen natal también es importante para determinar si las regiones son fuentes o sumideros de poblaciones de peces. En el pasado, el origen natal debía asumirse basándose en la recolección en las zonas de desove. En los últimos años, la microquímica de los otolitos ha demostrado que este no es siempre el caso. Ha proporcionado una forma precisa de evaluar el origen natal de los peces sin necesidad de recolectarlos en las zonas de desove. La microquímica de otolitos se ha utilizado para identificar con precisión las áreas de cría de peces en los estuarios. [3]
Los otolitos comienzan a formarse poco después de que el pez eclosiona. Los otolitos están compuestos por una estructura cristalina de carbonato cálcico , en forma de aragonita , sobre una matriz proteica. El carbonato de calcio se difunde a través de la membrana celular de la endolinfa y las capas de aragonito se depositan permanentemente en incrementos discretos. Estos incrementos se almacenan permanentemente en capas y su composición no se altera con el tiempo. Junto con el carbonato de calcio, se depositan otras sustancias químicas en pequeñas cantidades. Los oligoelementos más comunes que se encuentran en los otolitos son los metales alcalinotérreos estroncio (Sr), bario (Ba) y magnesio (Mg) porque pertenecen al grupo de los metales alcalinotérreos como el calcio y, por lo tanto, tienen la misma afinidad de enlace. Esto permite que estos metales alcalinotérreos sustituyan al calcio en la aragonita sin afectar la estructura cristalina. Se pueden depositar otros elementos e isótopos estables en concentraciones más bajas dentro de la estructura de aragonito y en la matriz proteica. La absorción de sustancias químicas en el otolito es compleja y de múltiples etapas, pero la composición química de las capas discretas es proporcional a la del agua ambiental en la que habita el pez en el momento de la deposición. [4] Estas capas discretas crean un registro temporal del agua en la que ha habitado el pez. Hay tres pares de otolitos en los peces óseos, pero sólo el más grande, conocido como saggita, se usa comúnmente para análisis microquímicos. El núcleo del otolito corresponde al período larval más temprano de la vida del pez. Por tanto, la microquímica del núcleo del otolito puede utilizarse como medio para inferir el origen natal de los peces. [1]
Un avance reciente en el enfoque de los análisis microquímicos de otolitos implica el análisis de la química del agua junto con el análisis microquímico de otolitos. [5] Para estandarizar las concentraciones químicas, todas las concentraciones elementales se registran como proporción al Ca. La diferencia entre agua dulce y salada (marina) es la más sencilla de diferenciar. El agua salada tiene concentraciones mucho más altas de químicos disueltos que el agua dulce . A pesar de las numerosas diferencias en la composición química, los dos entornos se pueden distinguir fácilmente con sólo dos concentraciones elementales; Ba y Sr. Ba se produce en concentraciones más altas en agua dulce y en concentraciones más bajas en aguas marinas. A la inversa, el Sr se produce en concentraciones más altas en aguas marinas y en concentraciones más bajas en agua dulce. Esta relación es claramente evidente en la química de los otolitos.
Si bien delimitar las aguas dulces de las marinas es relativamente sencillo, se requiere una resolución de escala más fina para examinar la variación espacial y temporal dentro de los biomas. En entornos de agua dulce, a menudo se emplea el examen de las proporciones de isótopos Sr87/Sr86 para proporcionar una mayor resolución espacial. [5]
La espectroscopia de emisión óptica de plasma acoplado inductivamente ( ICP-OES ) y la espectroscopia de emisión atómica de plasma acoplado inductivamente ( ICP-AES ) son dos técnicas comunes que funcionan dirigiendo plasma sobrecalentado a la muestra de agua y analizando los gases emitidos en busca de trazas de diferentes sustancias químicas. Otra técnica común es un enfoque basado en haces conocido como emisión de rayos X inducida por protones. En esta técnica, se dirige un haz de protones a la muestra y se analizan las emisiones de rayos X posteriores para determinar la composición química de la muestra.
Una vez que se identifican las firmas químicas de las regiones de agua, los otolitos se pueden analizar para compararlos. Los otolitos se examinan y analizan de dos maneras básicas. Se puede tomar una muestra del otolito completo o se puede aislar una parte del otolito mediante un ensayo dirigido. [4] Ambos enfoques comienzan con una cuidadosa limpieza y preparación de los otolitos que se van a analizar.
Cuando se desean datos sobre el movimiento de peces a lo largo del tiempo o datos sobre el origen natal, se utiliza un enfoque de porción específica. Este enfoque también se conoce como enfoque basado en haz porque utiliza un haz enfocado para analizar una pequeña porción del otolito a la vez. Todas las técnicas basadas en haces comienzan cortando el otolito a lo ancho a través del núcleo para revelar una sección transversal que contiene cada capa desde el origen hacia afuera. Esta sección se coloca en una resina de poliéster para mantenerla en su posición. Luego se dispara un rayo al área deseada y se analiza la composición química. Para los estudios de origen natal se analiza el núcleo. Para los estudios de variación temporal, se analiza con el haz un transecto desde el núcleo a través de todas las capas hasta el borde exterior del otolito. La espectrometría de masas de acoplamiento inductivo con ablación láser (LA-ICPMS) es la más precisa y versátil. LA-ICPMS se ha utilizado para numerosos estudios de origen natal y variación temporal. [2] [6] La técnica utiliza un rayo láser extremadamente fino para extirpar o quemar una capa muy poco profunda del otolito. Luego se analiza la composición química de las emisiones resultantes.
Los valores de isótopos estables de los otolitos también se han utilizado para determinar el clima en el pasado [7] Se han utilizado otolitos de peces de hasta 172 millones de años para estudiar el entorno en el que vivían los peces. [8] Se han utilizado dispositivos robóticos de micromolino para recuperar registros de muy alta resolución de la dieta, la historia de vida y las temperaturas a lo largo de la vida de los peces, incluido su origen natal [9]