Rev. Invest. Mar. 22(1):33-38, 2001 ANÁLISIS BIOENERGÉTICO DE LA ALIMENTACIÓN NATURAL EN JUVENILES DE LA LANGOSTA COMÚN Panulirus argus (LATREILLE, 1804): 3. CRUSTACEA. E. Díaz-Iglesias, R. Adriano, M. Báez-Hidalgo y F. Nodas. Centro de Investigaciones Marinas, Universidad de La Habana. RESUMEN Con el objetivo de evaluar el efecto calorigénico de los alimentos naturales sobre la respiración y la excreción, se efectuaron dos experimentos con 5 juveniles de langosta Panulirus argus, con biomasa húmeda oscilante entre 11 y 47 g, y suministro de porciones del braquiuro Plagussia depressa en un respirómetro dinámico cuyas cámaras funcionaron como jaulas metabólicas que permitieron medir el consumo de oxígeno y la excreción nitrogenada y a su vez calcular los índices bioenergéticos, incremento de calor aparente (ICA), excreción nitrogenada postalimentaria (UPA) y el sustrato metabólico o relación O:N. Durante las seis horas de experimento el ICA se elevó al 368.0 % del valor del ayuno, es decir, 2424.0 joules -1 -1 -1 -1 kg b.h.h , mientras que la UPA alcanzó el 350.6 %, o sea, 454.9 joules kg b.h.h . La relación O: N no tuvo variaciones estadísticamente significativas, manteniéndose, por tanto, durante todo el experimento en un valor de 21.7 indicando la preferencia de obtención de energía a partir del catabolismo de mezcla de proteínas y lípidos. Se discute con relación a la correspondencia de estos valores con otras especies del género y otros crustáceos. Se plantea que las proteínas de P. depressa son preferentemente utilizadas en el anabolismo que en el metabolismo energético a partir de los resultados de la relación O: N y del análisis de la expresión del metabolismo nitrogenado vs. el metabolismo general. Palabras clave: bioenergética; alimentación natural; Crustacea; Panulirus argus. ABSTRACT With the objective of evaluating the calorigenic effect of the natural foods on the breathing and the excretion, two experiments were made with 5 juvenile of lobster Panulirus argus, with rocking humid biomass among 11 and 47 g, and supply of portions of the brachyura Plagussia depressa in a dynamic respirometer whose cameras worked as metabolic cages that allowed to measure the oxygen consumption and the nitrogen excretion and in turn to calculate the bioenergetic index, apparent heat increase (AHI), postpandrial nitrogen excretion (PPNE) and the metabolic sustrate or relationship O:N. During the six hours of experiment the ICA rose to 368.0% of the value of the fast, that is to say 2424.0 joules kg-1b.h.h-1, while the UPA reached 350.6%, that is to say, 454.9 joules kg-1b.h.h-1. The relationship O:N didn't have variations statistically significant, staying therefore during the whole experiment in a value of 21.7 indicating the preference of energy obtaining starting from the catabolism of mixture of proteins and lipids. You discusses in relation to the correspondence of these values with other species of the gender and other crustaceans. It thinks about that the proteins of P. depressa are preferably used in the anabolism that in the energy metabolism starting from the results of the relationship O:N and of the analysis of the expression of the nitrogen metabolism vs. the general metabolism. Key words: bioenergetics; food organisms; Crustacea; Panulirus argus. INTRODUCCIÓN Brito et al. , 1991; Conceiçao et al., 1996; Diaz-Iglesias et al., 1987, 1991, 1996; Kanazawa, 1994; Kittaka, 1994; Lemmens, 1994); sin embargo, la información concerniente al efecto bioenergético de los alimentos naturales no se ha producido. La acción dinámica especifica de los alimentos, conocida modernamente como incremento de calor aparente (Beamish y Trippel, 1990) es un indicador del uso catabólico que está haciendo el organismo del alimento ingerido. Es, por tanto, evidente la conveniencia de conocer con detalle algunos indicadores bioenergéticos para el mejor Como se ha considerado en trabajos anteriores (DiazIglesias et al., 2001a,b) la única vía para incrementar la producción de la langosta Panulirus argus en Cuba es a través del maricultivo, pues es objeto de una pesquería con un alto nivel de explotación y quizás sobrexplotada. Se han realizado investigaciones relacionadas con el conocimiento de la bioenergética del género, tanto para su evaluación como entidad ecológica, como para el desarrollo de biotécnicas coherentes para la cría y cultivo (Buesa, 1976, 1979; Brito y Diaz-Iglesias, 1983; 33 Díaz-Iglesia et al.: Bioenergética de juveniles de P. argus alimentados con crustáceos. aprovechamiento de la energía contenida en los alimentos, ya sean naturales o artificiales, y por ende un manejo más adecuado de la cría o cultivo. realizados, en donde se pone de manifiesto la variabilidad biológica entre los individuos en el consumo de oxígeno, a pesar de tener las mismas características morfológicas, ser capturados en el mismo tiempo y lugar, y con biomasa húmeda en un rango pequeño. No obstante, con el diseño aplicado se pudo extraer esta fuente de variación del error experimental con los bloques, y se aumentó la precisión de las comparaciones entre tratamientos, lo cual era el objetivo fundamental del experimento. Las comparaciones entre las medias de los tratamientos se presentan en la Tabla 3. Es el objetivo de este trabajo proporcionar información relativa al uso que hacen los juveniles de langosta, en condiciones de laboratorio, de la energía alimentaria que proporcionan los crustáceos (9%), uno de los grupos de organismos bentónicos mejor representados en el espectro alimentario de ejemplares silvestres (Herrera et al., 1991; Cox et al., 1997), realizándose en este caso el estudio con el braquiuro Plagussia depressa. En la Fig. 1A y en la Tabla 3 se observa la respuesta metabólica a la ingestión del alimento P. depressa, al agrupar las medias y calcular el porciento de sus valores con respecto al del ayuno. Se aprecia que el consumo de oxígeno respecto al peso (VO2/W), aumenta significativamente (P< 0.05) 368 % en la hora 2, dando lugar a un incremento de calor aparente (ICA) de 2424 joules.kg-1bh.h-1. Durante las horas 3 y 4 se mantiene elevado y en las horas 5 y 6 de experimentación declina significativamente respecto a las horas 2-4, pero continúa siendo superior al punto de partida o ayuno. MATERIALES Y MÉTODOS Los 5 juveniles de langosta espinosa Panulirus argus utilizados en esta investigación, cuya biomasa húmeda osciló entre 11 y 47 g, fueron colectados por buceo autónomo en el litoral aledaño a las instalaciones del Centro de Investigaciones Marinas y en el cañón del Rio Jaimanitas, ambos en la costa Norte de Ciudad de La Habana. Se mantuvieron en condiciones idénticas a las descritas en un trabajo anterior de este mismo número. En este experimento se les suministró, invariablemente, porciones del braquiuro Plagussia depressa, ad libitum, colectados también en el litoral aledaño. La respuesta metabólica del efecto del alimento en tiempo e intensidad, se basó en la medición del consumo de oxígeno respecto a la biomasa húmeda por hora (VO2/W= mg O2. kg-1bh.hr-1) y la excreción de amoníaco respecto a la biomasa húmeda por hora (U/W = mg NH3. kg-1bh.hr-1), lo que fue determinado en una instalación respirométrica dinámica de 6 cámaras o jaulas metabólicas acuáticas, similar a la descrita por Martínez y Díaz-Iglesias, 1975. Para ambos procesos se utilizaron electrodos de oxígeno y amoniaco acoplados a sus analizadores digitales YSI y ORION, respectivamente. Los factores abióticos, concentración de oxígeno disuelto, temperatura, salinidad y concentración de amoníaco fueron monitoreados periódicamente. La expresión de la excreción de amoniaco (U/W) en este estudio es tardía pues se eleva significativamente (p< 0,005) a partir de la hora 3 lo que es equivalente a una excreción postalimentaria (UPA) de 454.9 joules kg-1.hr-1 (350.6 %). Esta actividad excretora se mantiene elevada, sin declinación significativa, hasta la sexta y última hora experimental, como se puede apreciar en la Fig. 1B. Los resultados de la relación O:N (Fig. 1C) durante el ayuno, reflejan el uso catabólico de una mezcla de lípidos y proteínas, no obstante el ánalisis estadístico no permite describir una disminución significativa como era la espectativa durante el transcurso del experimento, según se puede apreciar en los resultados reflejados en la Tabla 3. Los métodos experimentales asi como los índices metabólicos usados, el análisis estadístico y otros procedimientos llevados a cabo en este experimento son idénticos a los trabajos de Diaz-Iglesias et al. (2001 a,b). Este experimento tuvo dos repeticiones, habiéndose realizado en los dias 6 y 13 de agosto de 1998 con idénticos animales y condiciones. DISCUSION Herrera et al. (1991) y Espinosa et al., (1991) consignan que los crustáceos, en particular braquiuros y anomuros, ocupan el 9 % en la preferencia alimentaria de P. argus, en comparación con gasterópodos (57%), pelecípodos (6%) y poliplacóforos (12%), entre otros grupos, en los arrecifes del S de Cayo Los Indios en Cuba. Datos muy similares aportan también Cox et al. (1997) para el seibadal arenoso y el arrecife en Florida. En el litoral aledaño al laboratorio, la cangrejilla RESULTADOS En las Tablas 1 y 2 se presentan la estadística descriptiva de las variables y los índices calculados, así como los resultados de los análisis de varianza 34 Rev. Invest. Mar. 22(1):33-38, 2001 Tabla 1. Estadística descriptiva de las variables y los índices calculados. Valores en mg.kg-1 bh.h-1 Variable ó índice Consumo de Oxígeno Excreción de Amonio Relación O:N Mínimo 32.2 0.7 3.1 Máximo 306.9 41.5 96.4 Media 172.3 17.2 21.7 Desviación estándar 63.3 10.8 21.6 Tabla 2. Resultados de los análisis de varianza realizados con las variables y la relación O:N Variable ó índice Consumo de Oxígeno Excreción de Amonio Relación O:N TRATAMIENTOS FyP 21.86*** (P< 0.001) 3.31* (P< 0.05) 1.1ns (P> 0.05) Error estándar 12.4 3.9 9.8 BLOQUES FyP 5.66** (P< 0.01) 1.83ns (P> 0.05) 0.63ns (P> 0.05) Tabla No. 3. Resultados de las pruebas Duncan realizadas con las medias de las variables y la relación O:N. Los resultados se expresan en mg y joules.kg-1 bh.h-1 Medias y resultados de las pruebas Duncan (P< 0.05) Variable o índice Consumo de Oxígeno Medias agrupadas Excreción de Amonio ayuno 61.2 c 904,5 61.2 c Hora 1 225.2 a 3328,5 7.3 b 181,5 10.3 b 256,1 Hora 2 205.8 a 3041,7 207.8 a 3071,3 17.8 a 442,5 34.6 28.2 Medias agrupadas Relación O:N Medias agrupadas Hora 3 192.3 a 2842,2 Hora 4 Hora 5 169.8 b 179.6 b 2509,6 2654,5 174.7 b 2582,1 25.6 a 23.1 a 18.0 a 636,4 574,3 447,5 21.3 a 529,5 11.0 13.2 13.2 8.7 b 216,3 29.9 21.6 Plagussia depressa es muy abundante y es bien aceptada por los juveniles de P. argus, por lo que fue escogida para este estudio. superior, respectivamente, que cuando se ingieren los moluscos. Esto indica que el procesamiento de este alimento demanda un costo energético superior a los anteriores debido fundamentalmente a la cantidad de proteínas, entre otros factores, como la temperatura y la integridad nutricional y/o energética del mismo. Se conoce que el ICA, alcanza los mayores valores cuando el alimento que esta siendo procesado posee un alto nivel de proteínas (Brody, 1945, citado por Lucas, 1992).Sin embargo, esto no es tan simple. Beamish y Trippel (1990) analizan en su trabajo, el cual tiene un valor teórico y metodológico extraordinario, que los alimentos incompletos nutricionalmente, provocan valores elevados del ICA, actuando como un estimulador del catabolismo proteico en aras de la obtención de energía metabólica. Apuntan los autores mencionados que la desaminación tiene lugar cuando Los valores del metabolismo estándar o ayuno, tanto el consumo de oxígeno respecto al peso (VO2/W) como la excreción nitrogenada (U/W) y la relación O:N se corresponden con los datos encontrados en la literatura y referidos y discutidos en trabajos anteriores (DiazIglesias, et al., 2001a,b). En comparación con estos trabajos, en donde se aborda la respuesta metabólica de los juveniles de langosta P. argus al ingerir Lima scabra y Littorina mespilum en las mismas condiciones experimentales, se observa una diferencia notable en el consumo de oxígeno (VO2/W) al ingerir P. depressa, siendo el ICA 2,30 y 2.17 veces 35 Díaz-Iglesia et al.: Bioenergética de juveniles de P. argus alimentados con crustáceos. 4000,0 3500,0 a a a b 3000,0 b ICA=2424,0 8 jou 2500,0 les /kg 2000,0 /h 1500,0 c 1000,0 ayuno 500,0 0,0 1 Fig. 1.A 2 3 4 5 6 Tiempo en horas 800 700 600 a jou 500 les /kg 400 /h 300 a a a UPA = 454,9 b 200 b ayuno 100 0 1 Fig. 1.B 2 3 4 5 6 Tiempo en horas 45 40 35 a a a 30 O: 25 N 20 ayuno 15 a a a 10 5 0 1 2 3 4 5 6 Tiempo en horas Fig. 1.C Fig. 1. A) Efecto del alimento Plagussia depressa sobre el consumo de oxígeno de juveniles de P. argus. B) Idem, sobre la excreción nitrogenada. C) Sustrato metabólico utilizado al ingerir este alimento. (Las letras diferentes indican la diferencia significativa entre las medias, según la prueba de rangos múltiples de Duncan). 36 Rev. Invest. Mar. 22(1):33-38, 2001 las proteínas son deficientes en aminoácidos esenciales o el balance de los mismos es pobre, ó cuando hay un exceso de proteínas en la dieta, ó cuando la dieta es insuficiente en contenido energético de lípidos o carbohidratos como se valoró anteriormente, para soportar procesos corporales. diferentes condiciones experimentales. Rev. Invest. Mar. 12(1-3): 312-322. Brito, R. y E. Diaz-Iglesias (1983): Observaciones sobre el consumo de alimento y su efecto sobre el crecimiento en juveniles de langosta Panulirus argus en el laboratorio. Rev. Invest. Mar. 4(2): 75-90. No obstante, analizando la proporción en que la excreción nitrogenada postalimentaria participa en la elevación del metabolismo general, es decir, calculando la relación UPA/ICA, se puede conocer en que medida son utilizadas las proteínas de este alimento en la obtención catabólica de energía o en el crecimiento. En la Tabla 4 se muestra un análisis comparativo de los tres tipos de alimento estudiados en éste y en trabajos anteriores (Diaz-Iglesias et al., 2000a,b) y su participación en el metabolismo energético o en el crecimiento o metabolismo plástico. En la misma es evidente que las proteínas de L. scabra contribuyen más al metabolismo energético ya que la proporción de la excreción nitrogenada postalimentaria, debido al catabolismo de estas proteínas con relación al metabolismo general, es mayor. Por consiguiente, las proteínas de P. depressa y L. mespillum, tienen una utilización más anabólica. Brody, S. (1945):Bioenergetics and growth. Reinhold, New York, 1023 pp. (citado por Lucas, 1992). Buesa, R.J. (1976): Perspectiva del cultivo de la langosta espinosa Panulirus japonicus en Japón. Centro de Investigaciones Pesqueras, Informe Técnico 11, 17 pp. Buesa, R.J. (1979): Oxygen consumption of two tropical spiny lobster P. argus (Latreille, 1804) and P. guttatus (Latreille,1804) (Decapoda, Palinuridae). Crustaceana 36(1): 99-107. Conceiçao, R.N. de Lima, E. Diaz-Iglesias, R. Brito Pérez y M. Báez Hidalgo (1996): Bioenergética de juveniles de la langosta Panulirus argus (Latreille, 1804). Efectos del ayuno prolongado. Arq. Cien. Mar. Fortaleza, 30(1-2): 49-53. Este análisis ha sido realizado también en 4 especies de camarones peneidos, Penaeus schmitti, P. setiferus, P. duorarum y P. notialis, indicándose que las dos primeras, es decir, los camarones blancos utilizan menos las proteínas de una dieta artificial balanceada en el metabolismo energético que los camarones rosados (Rosas, et al., 1996). Resultados similares encontraron Hewitt e Irving(1990) con el camarón P. esculentus. Cox, C., J.H. Hunt, W.G. Lyons and G.E. Davis (1997): Nocturnal foraging in the Caribbean spiny lobster, Panulirus argus. 24th. Annual benthic ecology meeting, Columbia, South Carolina. Diaz-Iglesias, E., R. Brito e I. Hernández (1987): Efectos de la ablación del complejo neurosecretor peduncular en juveniles de langosta, Panulirus argus. II. Algunos aspectos metabólicos. Rev. Invest. Mar. 8(2): 81-93. La información que aporta la relación O:N corrobora las reflexiones anteriores, con relación a que los juveniles de P. argus destinan las proteínas de P. depressa al crecimiento en una mayor proporción que al metabolismo energético, al observarse que no se produjo una declinación estadísticamente significativa de este índice, por lo que el sustrato metabólico utilizado en el metabolismo energético no son las proteínas puras sino una mezcla de proteínas y lípidos dando lugar a una excreción amoniacal más reducida. Diaz-Iglesias, E., R. Brito y M. Báez-Hidalgo. (1991):Cría de postlarvas de langosta Panulirus argus en condiciones de laboratorio. Rev. Invest. Mar. 12(1-3): 323-331. Diaz-Iglesias, E., R. de Lima Conceiçao, R. Brito y M. Báez-Hidalgo (1996): Consumo de oxigeno y excreción de amoníaco de juveniles de langosta Panulirus argus alimentados con dieta natural: incremento de calor aparente y relación O:N. Rev. Invest. Mar. 17(1): 51-58. REFERENCIAS Díaz-Iglesias, E., R. Adriano, M. Báez-Hidalgo y F. Nodas (2001a): Análisis bioenergético de la alimentación natural en juveniles de la langosta común Panulirus argus (Latreille, 1804):1. Pelecypoda. Rev. Invest. Mar. 22(1):19-26. Beamish, F. and E. Trippel (1990): Heat increment: a static or dynamic dimension in bioenergetics models? Trans. Amer. Fish. Soc. 119: 649-661. Brito, R., E. Diaz-Iglesias, E. Rodríguez y R.N. de Lima Conceiçao (1991): Metabolismo energético de postlarvas de langosta Panulirus argus sometidas a 37 Díaz-Iglesia et al.: Bioenergética de juveniles de P. argus alimentados con crustáceos. Tabla 4. Participación del metabolismo nitrogenado de las especies estudiadas como alimento de juveniles de P. argus, en el metabolismo energético general. Tipo de alimento (especie) Lima scabra Plagussia depressa Littorina mespillum UPA/ICA (%) 45 18.7 14.7 Referencias Díaz-Iglesias et al, 2000 a Este trabajo Díaz-Iglesias et al, 2000 b Díaz-Iglesias, E., R. Adriano, M. Báez-Hidalgo y F. Nodas (2001b): Análisis bioenergético de la alimentación natural en juveniles de la langosta común Panulirus argus (Latreille, 1804): 2. Gasteropoda. Rev. Invest. Mar. 22(1):27-32. Lemmens, J.W.T.J. (1994): The western rock lobster Panulirus cygnus (George, 1962)(Decapoda: Palinuridae): The effect of temperature and developmental stage on energy requirements of pueruli. J. Exp. Mar. Biol. Ecol. 180(2): 221-234. Espinosa, J., A. Herrera, R. Brito, E. Diaz-Iglesias, G. González, D. Ibarzabal y G. Gotera (1991): Molluscs in the diet of the Caribbean lobster, Panulirus argus. Iberus 9:127-140. Lucas, A. (1992): Bioénergétique Aquatíques. Masson, Paris, 178 pp. des Animaux Marangos, Ch., E. Alliot, C-H. Brogren and H.J. Ceccaldi (1990): Nycthemeral variations of ammonia excretion in Penaeus japonicus (Crustacea, Decapoda, Penaeidae). Aquaculture 4: 383-391. Herrera, A., E. Diaz-Iglesias, R. Brito, G. González, G. Gotera, J. Espinosa, y D. Ibarzábal (1991): Alimentación natural de la langosta Panulirus argus en la region de los Indios (Plataforma SW de Cuba) y su relación con el bentos. Rev. Invest. Mar. 12(1-3): 172-182. Martínez Otero, A. y E. Diaz-Iglesias (1975): Instalación respirométrica para el estudio de la acción de diversos agentes presentes en el agua de mar. Ciencias (8 Invest. Mar.) (18), 6 pp. Hewitt, D. R., and M. G. Irving (1990):Oxygen consumption and ammonia excretion of the brown tiger prawn Penaeus esculentus fed diets of varying protein content. Comp. Biochem. Physiol. 96A(3): 373-378. Rosas, C., A. Sánchez, E. Díaz-Iglesias, L. A. Soto, G. Gaxiola and R. Brito (1996): Effect of dietary protein level on apparent heat increment and post-prandial nitrogen excretion of Penaeus setiferus, P. schmitti, P. duorarum, and P. notialis postlarvae. J. World Aquaculture Soc. 27(1): 92-102. Kanazawa, A. (1994): Nutrition and food. In: Spiny Lobster Management (B.F. Phillips, J.S. Cobb, J. 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