Acuicultura de esponjas marinas - Aquaculture of sea sponges

La acuicultura de esponjas marinas es el proceso de cultivo de esponjas marinas en condiciones controladas. Se ha realizado en los océanos del mundo durante siglos utilizando una serie de técnicas de acuicultura . Son muchos los 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 los países en desarrollo. Las esponjas de mar se producen a escala comercial para su uso como esponjas de baño o para extraer compuestos biológicamente activos que se encuentran en determinadas 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 sistema de acuicultura multitrófico 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.

Historia

Más de 8000 especies de esponjas marinas viven en hábitats oceánicos y de agua dulce. Históricamente, la pesca con esponja ha sido una industria importante y lucrativa, con capturas anuales desde los años 1913 hasta 1938 que superan regularmente las 181 toneladas y generan más de 1 millón de dólares estadounidenses. Sin embargo, esta demanda de esponjas de mar ha experimentado un pico en las tasas de captura y en 2003 la demanda de esponjas de baño fue de 2.127 toneladas, y la producción mundial de la recolección solo alcanzó una cuarta parte de esa cantidad.

Las primeras investigaciones en acuicultura sobre técnicas de optimización para la acuicultura de esponjas marinas utilizaron varios métodos de cultivo. Sin embargo, el cultivo comercial de esponjas se encontró con una gran resistencia e interferencia por parte de los pescadores de esponjas, quienes creían que sus ingresos continuos estaban amenazados. La oposición de los productores comerciales de esponjas resultó en una baja penetración en el mercado y una escasa adopción por parte de los consumidores de los productos de esponja acuícola.

Beneficios

Los beneficios de la acuicultura comercial de esponjas son evidentes para quienes viven en países en desarrollo. 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 recolección sobre las poblaciones silvestres como el daño ambiental.

Sencillo

El cultivo de esponjas es un proceso simple y 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 una empresa familiar rentable que se ajusta a los discursos tradicionales de "granjas familiares", aumentando 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 el acceso continuo, el monitoreo, la modificación y el trabajo que se completará en la granja.

Generación de ingreso

La acuicultura de esponjas marinas también proporciona a las familias una fuente continua de ingresos durante todo el año, que puede emprenderse como un compromiso a tiempo completo o como un trabajo a tiempo parcial para complementar los ingresos existentes.

Usos

Esponjas de baño

Las últimas dos décadas han visto un renovado interés en el potencial de la acuicultura de esponjas para contribuir a abastecer la creciente demanda mundial de esponjas de baño. Las esponjas de baño son el uso más común de las esponjas de mar acuícolas en la actualidad. Esponjas del baño pueden ser definidos como cualquier especie de esponja que poseen solamente espongina fibras - que son fibras elásticas hechas de colágeno de la proteína.

Los usos comerciales de las esponjas de baño van 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 el precio más alto.

Usos bioactivos

La presencia de metabolitos secundarios producidos por microorganismos simbióticos dentro de la esponja, favorece su crecimiento y supervivencia. Se han aislado con éxito miles de metabolitos secundarios derivados de esponjas a partir de esponjas, y muchos metabolitos tienen propiedades medicinales potenciales, como citotoxicidad , actividad antiinflamatoria y antiviral . Por lo tanto, tienen un potencial significativo dentro de la industria farmacéutica como medio para generar fármacos novedosos. Sin embargo, estos metabolitos secundarios a menudo solo están presentes en cantidades traza, y los únicos métodos para usar estos metabolitos como terapéuticos dependen del aumento de escala de los compuestos mediante síntesis química o acuicultura.

Esponjas menstruales

Si bien todavía es un nicho de mercado, algunas empresas han comenzado a producir y comercializar pequeñas esponjas como productos de higiene femenina reutilizables . Se comercializan con las marcas Sea Pearls en los Estados Unidos y Jam Sponge en el Reino Unido. Las esponjas se insertan en la vagina de la misma manera que un tampón , pero cuando están llenas se quitan, se limpian y se reutilizan, en lugar de desechar. 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 sienten que es más saludable usar un material natural. Si bien no se han asociado casos conocidos de síndrome de choque tóxico con el uso de esponjas menstruales, se sabe que las esponjas contienen arena, arena y bacterias, por lo que 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 deben cambiarse al menos cada ocho horas.

Factores que afectan el crecimiento de las esponjas.

Salinidad, pH, temperatura y luz

Las esponjas de mar 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 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 la salud de las esponjas marinas. Las altas temperaturas provocan accidentes 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. Estas bacterias luego atacan y destruyen las células y el tejido de la esponja. Se ha sugerido que las esponjas deben cultivarse a temperaturas del agua ligeramente por debajo de la temperatura ambiente del agua en la región de la que se aisló originalmente la esponja.

Los endosimbiontes fotosintéticos habitan en muchas esponjas tropicales, y estas requieren luz para sobrevivir. Como resultado, ciertas esponjas dependen de la disponibilidad e intensidad de la luz para satisfacer sus necesidades nutricionales. En algunas especies, sin embargo, la luz puede provocar una inhibición del crecimiento, ya que son sensibles a la radiación ultravioleta. Aparte de cuando la esponja tiene bacterias fotosintéticas asociadas, el crecimiento óptimo de la esponja marina ocurre en condiciones de oscuridad.

Oxígeno disuelto

El oxígeno disuelto se absorbe a través del sistema acuífero. El oxígeno en las esponjas marinas se consume a tasas que oscilan entre 0,2 y 0,25 µmol de O 2 h -1 / cm 3 de volumen de esponja. Las demoesponjas mantenidas en condiciones de laboratorio también pueden tolerar condiciones hipóxicas, por breves períodos, lo que podría reflejar su adaptabilidad al oxígeno disuelto.

Eliminación de desechos

En sistemas de cultivo cerrados, algunas especies de esponjas pueden producir metabolitos bioactivos y citotóxicos que pueden acumularse rápidamente e inhibir el crecimiento de la esponja. Sin embargo, es probable que los biofiltros sean ineficaces para eliminar los metabolitos secundarios expulsados ​​de la esponja. Es probable que los métodos de adsorción en los que las biomoléculas se adhieran a un adsorbato sean una forma eficaz de eliminar estos compuestos.

Enfermedades

Los brotes de enfermedades de las esponjas de baño suelen ser graves y tienen el potencial de destruir poblaciones de esponjas tanto silvestres como acuícolas. Los factores subyacentes que dan lugar a brotes de enfermedades pueden deberse a agentes causales como virus, hongos, cianobacterias y cepas bacterianas.

Selección de sitio

Al elegir una ubicación de 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 alimentos, como bacterias y microalgas , por lo que un buen flujo de agua aumenta el crecimiento y la calidad de las esponjas. Los índices de flujo de agua más altos de lo normal podrían dañar potencialmente las esponjas cultivadas. Una ubicación ideal para una granja de esponjas marinas sería en un área que esté protegida, pero que reciba un amplio flujo de agua y disponibilidad de alimentos para optimizar el crecimiento de las esponjas.

Métodos de cultivo

El uso de explantes

La acuicultura de esponjas para la producción de esponjas o metabolitos capitaliza las altas capacidades regenerativas de las células de esponja totipotentes mediante el uso de explantes (trozos cortados de una esponja madre, que luego volverán a crecer hasta convertirse en una esponja completa) como medio de cultivo de esponjas. Las esponjas tienen un crecimiento indeterminado , con un crecimiento máximo determinado por las limitaciones ambientales más que por la genética . Durante el establecimiento inicial de una granja, los explantes de esponjas serán elegidos por sus características fenotípicas de crecimiento rápido y esponjas o metabolitos de alta calidad.

Acuicultura multitrófica integrada

La acuicultura marina intensiva en la última década ha aumentado considerablemente y ha dado lugar a considerables impactos ambientales adversos. Los grandes volúmenes de descarga de materia orgánica de los alimentos no consumidos y los desechos excretores de las especies acuícolas han dado lugar a altos niveles de nutrientes en las aguas costeras. Grandes cantidades de nitrógeno (~ 75%) excretadas de 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 consta de varias 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 multitrófico integrado, ya que tienen el potencial de actuar como biorremediadores para eliminar tanto las bacterias patógenas como la materia orgánica. La esponja Hymeniacidon perlevis ha demostrado una excelente capacidad para eliminar el carbono orgánico total (COT) del agua de mar en condiciones de acuicultura integrada, 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 procedente de los peces cultivados en las inmediaciones puede estimular el crecimiento de las esponjas, lo que da como resultado una acuicultura de esponjas marinas más eficiente.

Acuicultura con esponja de baño

Muchas granjas comerciales de esponjas marinas sitúan sus sitios de acuicultura en aguas más profundas (> 5 m), para maximizar el número de explantes de esponjas que se pueden cultivar y aumentar la productividad. Se han probado dos métodos principales de acuicultura con esponjas de baño con esponjas cultivadas en una cuerda o dentro de una bolsa de malla.

Método de cuerda

La supervivencia de las esponjas cultivadas con cuerdas es generalmente menor, ya que se producen daños irrecuperables en el explante cuando se realiza el "enhebrado" en la cuerda. 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 con forma de rosquilla característica no comercializable, de bajo valor. Las diferencias en el crecimiento y la salud de las esponjas ocurren dentro de las especies caracterizadas por variaciones en la capacidad de regeneración, susceptibilidad a la infección después del corte, resistencia y potencial de crecimiento.

Método de bolsa de malla

Los niveles más bajos de daño en algunas especies de esponjas cultivadas a través de bolsas de malla pueden conducir a niveles más altos de supervivencia. Las tasas de crecimiento pueden disminuir ya que los hilos de malla de las bolsas pueden disminuir el flujo de agua, lo que limita la disponibilidad de alimentos. 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 contaminación biológica y las tasas de flujo reducidas.

Combinación de métodos

Combinando enfoques de saco de malla y de cuerda para la acuicultura de esponjas de baño en un “período de cría”, se pueden producir aumentos en la calidad y la producción. En el método del período de vivero, las esponjas se cultivan inicialmente en bolsas de malla hasta que los explantes se hayan curado y regenerado para filtrar el agua de manera eficiente. Los explantes regenerados se transfieren a una cuerda para promover un crecimiento óptimo hasta la cosecha. Esta estrategia requiere mucha mano de obra y es costosa, con tasas de crecimiento y supervivencia que no son mayores que cuando la agricultura se produce únicamente a través del método de la bolsa de malla.

Un método más económicamente viable para cultivar esponjas de baño sería transferir las esponjas a bolsas de malla más grandes a medida que se produce el crecimiento de la esponja para permitir un flujo de agua adecuado y el secuestro de nutrientes.

Producción de acuicultura de esponjas de baño en Micronesia

Las esponjas de baño se están produciendo actualmente utilizando la esponja Coscinoderma matthewsi con una producción de alrededor de 12.000 esponjas, vendidas localmente a residentes y turistas en Pohnpei , Estados Federados de Micronesia . Estas esponjas son una de las únicas esponjas marinas verdaderamente cultivadas de forma sostenible en el mundo. Las esponjas se cultivan mediante el método de cuerdas, con bajos costos de inversión de unos pocos miles de dólares para equipos agrícolas y de mantenimiento, produciendo esponjas 100% naturales sin productos químicos agresivos agregados durante el procesamiento.

La producción acuícola de esponjas C. matthewsi fue realizada por el Instituto de Investigación Ambiental y Marina de Pohnpei (MERIP), para tratar de generar ingresos sostenibles para los residentes de la comunidad local con pocas opciones de ganar dinero. Las esponjas tardan aproximadamente dos años en alcanzar un tamaño cosechable, y los buzos libres eliminan a mano las algas y los agentes bioincrustantes de forma rutinaria. Estas esponjas se procesan mediante procesos naturales, donde se dejan secar al aire y luego se colocan en canastas y se devuelven a la laguna donde fueron cultivadas. Este proceso elimina toda la materia orgánica dentro de la esponja dejando atrás el producto final de la esponja de baño. El procesamiento adicional se produce ablandando la esponja, pero no se utilizan blanqueadores, ácidos ni colorantes.

Acuicultura de esponjas bioactivas

La investigación sobre el cultivo de esponjas marinas para metabolitos bioactivos se lleva a cabo en las regiones del Mediterráneo, Indo-Pacífico y Pacífico Sur. Los principales objetivos son optimizar los métodos de producción bioactivos, los procesos de acuicultura y las condiciones ambientales para maximizar su producción.

Nuevos métodos

En la acuicultura para bioactivos, la forma final del explante no es motivo de preocupación, lo que permite utilizar métodos de producción adicionales. Los nuevos métodos de cultivo bioactivo incluyen el "método de matriz de malla" que utiliza la columna de agua para colgar verticalmente un tubo de malla con explantes individuales colocados en bolsas alternas.

El número de esponjas necesarias para los bioactivos de la acuicultura se reduce ya que los metabolitos secundarios de las esponjas se pueden cosechar repetidamente durante muchos años, lo que reduce los costes 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.

Factores que afectan la producción de metabolitos secundarios

Varios factores afectan la producción de metabolitos de esponja, y la concentración de metabolitos varía mucho entre explantes vecinos. Las diferencias localizadas en la intensidad de la luz y la bioincrustación son factores físicos y biológicos que se ha encontrado que afectan significativamente la biosíntesis de metabolitos en las esponjas. 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 del metabolito 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 era disuadir a los depredadores, imitar la depredación hiriendo la esponja antes de la recolección puede ser una técnica eficaz para maximizar la producción de metabolitos.

Algunas esponjas que producen metabolitos crecen extremadamente rápido, lo que sugiere que las esponjas de cultivo pueden ser una alternativa viable a la producción de bioactivos que en la actualidad no se pueden sintetizar químicamente. Aunque el cultivo de esponjas para bioactivos es más lucrativo debido a sus propiedades de mayor valor agregado, existen varios desafíos que no están presentes cuando se utilizan esponjas de baño de acuicultura, como los altos costos asociados con la extracción y purificación de metabolitos.

Referencias