Se trata del estudio “Body mass and cell size shape the tolerance of fishes to low oxygen in a temperature-dependent manner”, publicado recientemente en Global Change Biology por los investigadores: Wilco Verberk, Jeroen Sandker, Iris van de Pol, Rod Wilson, David McKenzie, Félix P. Leiva; y el académico del Departamento de Zoología e investigador del Instituto Milenio de Oceanografía (IMO), Dr. Mauricio Urbina Foneron.
Este nuevo estudio, tomó como base un paper publicado en 2016 en Conservation Physiology, titulado: “A new analysis of hypoxia tolerance in fishes using a database of critical oxygen level (P crit)”, de los autores Nicholas Rogers, Erin Reardon, David McKenzie, Rod Wilson y Mauricio Urbina.
En este nuevo estudio, los investigadores lograron resolver el puzzle que existía acerca de la tolerancia que tienen los peces a la hipoxia o baja de oxígeno.
Uno de los principales efectos del cambio climático es el aumento de la temperatura en las masas de agua, lo que tiene algunas consecuencias. Por un lado, se desafía la capacidad de los organismos para emplear el oxígeno, ya que cuando hay mayor temperatura en un cuerpo de agua, disminuye la solubilidad de los gases y el oxígeno es uno de ellos, por lo tanto, a mayor temperatura hay una menor disolución de los gases y menos oxígeno disponible. Por otro lado, como la mayoría de los organismos acuáticos que están en el planeta Tierra son ectotermos (mantienen la temperatura que tiene el medio y en este caso el agua) un cambio climático además de esta disolución de oxígeno ocasionará un aumento de la tasa metabólica de todas esas especies ectotermas. Entonces habrá menos oxígeno disuelto, pero a la vez existirá una mayor necesidad de oxígeno producto de que va a estar un poco más alta la tasa metabólica.
Esto hace que varios científicos alrededor del mundo se pregunten acerca de las consecuencias de esto para las cadenas tróficas marinas, los peces y las pesquerías, que son sustento económico y alimentario.
El interés por estudiar este tema partió en 2016 cuando el Dr. Urbina junto a unos colegas de Inglaterra, trabajaron una base de datos del P crítico. El P crítico es la mínima concentración de oxígeno ambiental o del agua con la cual un organismo es capaz de mantener su tasa metabólica o metabolismo aeróbico. Bajo ese nivel, implica que debe ocupar metabolismo anaeróbico, o alguna estrategia para deprimir el metabolismo y así gastar menos energía. Entonces el P crítico es utilizado como un buen indicador de la tolerancia de las especies a la hipoxia.
“Cuando publicamos el paper en 2016 veíamos todo como un puzzle, porque algunos peces grandes eran muy tolerantes y otros peces pequeños también eran muy tolerantes, es decir, con respecto al tamaño corporal entre peces chicos y peces grandes no había un patrón muy conservado”, dice el Dr. Mauricio Urbina. “En este nuevo estudio se emplea la base de datos y se incluye la temperatura. Con la temperatura de por medio, encontramos que en el modelo había un efecto sinérgico y antagónico, dependiendo del tamaño de los peces de acuerdo con su tolerancia a la hipoxia. Incluir la variable temperatura a esta respuesta nos permitió encontrar el mecanismo que unifica la respuesta tamaño dependiente de los peces a hipoxia”, agregó.
La tolerancia de los peces a la hipoxia se logra por la acción coordinada de dos mecanismos. En primer lugar, por la capacidad de un organismo, en este caso de un pez, por extraer oxígeno de un medio, dada por su capacidad ventilatoria y la viscosidad del medio, es la capacidad de extraer oxígeno del ambiente que lo rodea. En segundo lugar, este oxígeno tiene que repartirlo y usarlo, acá tenemos el sistema cardiovascular, específicamente, tiene que ser capaz de repartir todo el oxígeno que captó y repartirlo entre todas las células. Y también el tamaño celular, que determina la distancia de difusión.
“Un pez pequeño por ejemplo es más tolerante a la hipoxia o a la baja de oxígeno en aguas cálidas producto de que tiene células muy pequeñas y no tiene problemas de difusión y a la vez la viscosidad del medio dónde extrae oxígeno se hace menos denso, por lo tanto, invierte menos en ventilar, y así extraer oxígeno del medio. Pero pasa totalmente lo opuesto en un pez grande. Un pez de mayor tamaño tiene células grandes y no le cuesta ventilar, no le influye la viscosidad del medio. Le da lo mismo si es en agua cálida o agua fría, pero por tener células más grandes con mayor distancia de difusión y al estar en un medio más cálido, este aumento de la tasa metabólica con mayores distancias de difusión implica que disminuye su tolerancia a la hipoxia”, señala el Dr. Mauricio Urbina.
Lo importante de esto, es que frente a un calentamiento global los peces grandes se verán más afectados con el cambio climático y podrían presentarse dos opciones: una pérdida paulatina de peces grandes o la migración de éstos hacia climas más fríos.
¿Existe la posibilidad de que ellos adapten de alguna manera? “En general sí, hay varios mecanismos mediante los cuales un pez, por ejemplo, podría tratar de maximizar la forma en que extrae oxígeno, pero ahora el tamaño celular es fijo. Todo puede estar sujeto a evolución, pero cuando tú ves el tamaño celular en el reino animal, animales más grandes tienen células más grandes. Entonces los peces grandes son los más perjudicados porque tienen menos alternativas de adaptación frente a un calentamiento global: o migran a aguas más frías o tienen que cruzar las aletas y mantenerse en ambientes con alto oxígeno, porque si hay una hipoxia, una baja de oxígeno en un ambiente cálido, ellos definitivamente son menos tolerantes. Ahora lo toleran mejor en agua fría, esto significa que podrían cambiar su distribución, por ejemplo, migrando hacia los polos”, recalca el investigador.
El académico del Departamento de Zoología de la FCNO e investigador del Instituto Milenio de Oceanografía explica que como grupo desde hace mucho tiempo vienen trabajando este tema de la tolerancia de los organismos a la baja de oxígeno y “este nuevo hallazgo sobre la temperatura nos tiene muy contentos, porque nos permite explicar estos datos y entender cómo la temperatura afecta de manera fundamental todos los procesos de captación de oxígeno, de transporte y uso”.
Actualmente el grupo de investigación continúa trabajando con un enfoque más específico, comprendiendo lo que ocurre con estas especies a nivel mitocondrial o como cascada transportadora oxígeno adicionando el factor de alto CO₂, porque el aumento de temperatura baja el oxígeno, pero las aguas también se vuelven un poco más altas en CO₂, que es lo que se conoce como acidificación del océano.
En este sentido hay dos proyectos en curso: uno asociado con la Universidad Austral y otro en la Universidad de Concepción. Investigadores en Inglaterra están trabajando el tema de alto CO₂ y peces y el grupo del profesor Urbina en la UdeC están trabajando el tema de sistemas de alto CO₂ y crustáceos.

La imagen muestra en color la capacidad aeróbica de peces, que tanto margen tienen para hacer metabolismo aeróbico. Arriba, peces pequeños con genoma corto, células pequeñas y entonces beneficiados por la baja viscosidad del agua a temperaturas altas. Abajo, peces con grandes células, gran genoma y restringidos a climas fríos, donde tienen una capacidad o margen aeróbico más grande.
Crédito de las imágenes: https://doi.org/10.1111/gcb.16319