ECOLOGÍA QUÍMICA DE LAS ESPONJAS EXCAVADORAS CLIONA APRICA, C. CARIBBAEA, C. DELITRIX Y C. TENUIS
Chemical ecology of the excavating sponges Cliona aprica, C. caribbaea, C. delitrix and C. tenuis.
Andia Chaves-Fonnegra1, Mateo López-Victoria2, Fernando Parra-Velandia3 y Sven Zea4
1Departamento de Biología y Centro de Estudios en Ciencias del Mar-CECIMAR, Universidad Nacional de Colombia, INVEMAR, Cerro Punta de Betín, A.A. 10-16, Santa Marta, Colombia. E-Mail:andia@invemar.org.co
2Departamento de Biología y Centro de Estudios en Ciencias del Mar-CECIMAR, Universidad Nacional de Colombia, INVEMAR, Cerro Punta de Betín, A.A. 10-16, Santa Marta, Colombia. E-Mail:parra@science.uval.nl ]]>
Contribución No. 882 del Instituto de Investigaciones Marinas y Costeras - INVEMAR y No. 250 del Centro de Estudios en Ciencias del Mar - CECIMAR de la Facultad de Ciencias de la Universidad Nacional de Colombia
RESUMEN
Las esponjas excavadoras incrustantes del Caribe Cliona aprica, C. caribbaea, C. delitrix y C. tenuis (Porifera, Hadromerida, Clionaidae) socavan y desplazan agresivamente el tejido coralino. En la isla de San Andrés y en las Islas del Rosario (Caribe colombiano), en todos los 145 casos observados de contacto directo de las esponjas C. aprica, C. caribbaea y C. tenuis, con 17 especies de coral, los corales mostraron signos de deterioro en sus tejidos. Se notó además que la superficie de estas esponjas es colonizada por pocos organismos y que ellas son raramente depredadas. Para establecer la posible utilización de sustancias químicas de estas esponjas en competencia por espacio con corales (alelopatía), como inhibidoras del asentamiento larval (antiepibiosis), y como disuasorias de la alimentación de peces generalistas (antidepredación), se evaluó experimentalmente la actividad de sus extractos orgánicos crudos. Los extractos se obtuvieron con metanol y metanol:diclorometano (1:2), y se incluyeron en medios experimentales a las concentraciones naturales en que se encuentran dentro de las esponjas. Usando un método no publicado, en desarrollo por parte de J. Pawlik (Universidad de Carolina del Norte en Wilmington) y M. Ilan (Universidad de Tel Aviv), medallones de Phytagel™ con extracto de cada una de las cuatro esponjas, puestos sobre el coral Montastrea cavernosa, produjeron un mayor grado de mortandad de los pólipos que geles control sin extracto. Geles con extracto de las esponjas C. aprica y C. caribbaea + C. tenuis, vertidos en cajas de petri y usados como sustrato en el medio marino, inhibieron significativamente el asentamiento de organismos epibiontes, en comparación con geles control. En ensayos de laboratorio, “pellets” de harina de trigo con extracto de C. delitrix y C. caribbaea &+ C. tenuis
fueron significativamente rechazados por el pez omnívoro arrecifal, Stegastes partitus, mientras que “pellets” con extracto de C. aprica no disuadieron el consumo. Estos resultados sugieren que sustancias presentes en los extractos orgánicos crudos de estas esponjas pueden ser en parte responsables de su capacidad para competir por sustrato arrecifal y defenderse de sus potenciales agresores.
PALABRAS CLAVE: Cliona, Esponjas excavadoras incrustantes, Competencia por espacio, Alelopatía, Antiepibiosis, Antidepredación.
ABSTRACT
The Caribbean encrusting and excavating sponges Cliona aprica, C. caribbaea, C. delitrix and C. tenuis (Porifera, Hadromerida, Clionaidae), aggresively undermine and displace live coral tissue. At San Andrés island and Islas del Rosario (Colombian Caribbean), in all 145 observed cases of direct contact of the sponges C. aprica, C. caribbaea and C. tenuis with 17 coral species, corals showed unhealthy signs in their tissue. It was also noticed that the surface of these sponges is colonized by few organisms and that they are rarely preyed upon. To establish the possible use of chemical substances by these sponges in competition for space with corals (allelopathy), as inhibitors of larval settlement (antifouling), and as feeding deterrents against generalist fish (antipredatory), the activity of crude organic extracts was experimentally evaluated. Extracts were prepared in methanol and 1:2 metanol:dichloromethane and incorporated in experimental media at the natural concentration within the sponges. Using an unpublished method being developed by J. Pawlik (University of North Caroline at Wilmington) and M. Ilan (Tel Aviv University), Phytagel™ disks with crude extracts of each of the four sponge species, placed on the coral Montastrea cavernosa, produced a greater degree of polyp mortality than control gels without extract. Gelswith extracts of the sponges C. aprica and C. caribbaea + C. tenuis, served in Petri dishes and used as substratum in the field, inhibited significantly the settlement of fouling organisms, in comparison to control gels. In laboratory trials, wheat flour pellets with extracts C. delitrix and C. caribbaea + C. tenuis were significantly rejected by the omnivore reef damselfish, Stegastes partitus, whereas pellets with extract of C. aprica did not deter feeding. These results suggest that substances present in the crude organic extracts of these sponges may be responsible in part for their ability to compete for reef substrata and to defend themselves from potential aggressors.
]]> KEY WORDS: Cliona, Encrusting excavating sponges, Space competition, Allelopathy, Antifouling, Antipredatory.
INTRODUCCIÓN
Los organismos sésiles y sedentarios de los arrecifes coralinos compiten frecuentemente por espacio y alimento, adoptando mecanismos para minimizar el recubrimiento por parte de epibiontes, al tiempo que adquieren y mantienen espacio y se defienden de depredadores (Jackson y Buss, 1975; Porter y Targett, 1988; Pawlik, 1997). Para algunos organismos arrecifales se han descrito mecanismos físicos y etológicos que median en interacciones, como el empleo de filamentos mesentéricos, tentáculos barredores o digestión extracelentérica en corales (Lang, 1971, 1973), mientras que en otros casos se ha encontrado que estas interacciones son mediadas químicamente e involucran la producción de compuestos nocivos (Whittaker y Feeny, 1971; Thacker et al., 1998; Engel y Pawlik, 2000).
De todos los invertebrados, las esponjas son consideradas la fuente más diversa en productos naturales marinos (Pawlik, 1993; Dumdei et al., 1998). A algunos de estos compuestos químicos se les ha atribuido función alelopática para adquisición y mantenimiento de espacio. El compuesto 7- deacetoxiolepupuano de la esponja Dysidea sp. por ejemplo, produce necrosis sobre la esponja Cacospongia sp., permitiéndole recubrir y ganar espacio (Thacker et al., 1998). En las interacciones entre esponjas excavadoras y corales se han identificado compuestos químicos responsables de mantener zonas muertas de coral alrededor de las papilas exteriores de la esponja Aka (=Siphonodictyon) sp., y esos mismos compuestos químicos actúan de forma pasiva inhibiendo la fijación y crecimiento de epibiontes, o disuadiendo a los depredadores (Sullivan et al., 1983). Así mismo, se ha encontrado que los extractos metanólicos de la esponja excavadora Cliona varians disueltos en agua marina, tienen un efecto letal sobre el coral Madracis mirabilis, pero existe incertidumbre sobre el uso real de los compuestos de esos extractos en la competencia por espacio. C. varians es capaz de recubrir gran cantidad de tejido coralino a la vez que lo excava (Vicente, 1978; Aerts y Kooistra, 1999).
En comunidades de invertebrados sésiles, el espacio libre sobre el sustrato es generalmente escaso, por lo que el riesgo de ser colonizado y recubierto por otros organismos es alto. Algunas especies permanecen recubiertas de epibiontes y no parecen ser afectadas por estos (Lewis, 1982), pero muchas se encuentran siempre limpias y libres de epibiontes (Gerhart et al., 1988). Esto último se ha atribuido a la presencia de defensas morfológicas o químicas (Jackson y Buss, 1975; Dyrynda, 1983; Wahl y Banaigs, 1991; Pawlik, 1992). En la esponja excavadora Cliona sp. se ha encontrado la presencia de storniamidas A-D, compuestos con actividad antibacteriana (Palermo et al., 1996). En estudios recientes se han mezclado extractos orgánicos crudos de diferentes organismos marinos dentro de geles a base de Phytagel™, que sirven como sustrato para el asentamiento de larvas en campo y permiten la liberación paulatina de los compuestos al medio, actuando a manera de señales químicas que promueven o disuaden el asentamiento de invertebrados marinos (Henrikson y Pawlik, 1995, 1998).
En ensayos de disuasión alimentaria en los que se ofrece alimento preparado artificialmente a depredadores de organismos sésiles (p. ej. peces, cangrejos y estrellas de mar), se ha comprobado que los compuestos químicos que contienen las esponjas parecen ser su principal defensa, mientras que los elementos estructurales del tejido (p. ej. espículas) no tienen este mismo efecto (Chanas y Pawlik, 1995, 1996, 1997; Chanas et al., 1996; Pawlik, 1997; Assmann et al., 2000; Waddell y Pawlik, 2000 a, b).
Las esponjas excavadoras del género Cliona (Porifera, Hadromerida, Clionaidae) han sido estudiadas desde la década de 1950 (Rützler y Rieger, 1973). Estas esponjas excavan galerías y túneles en sustratos de carbonato de calcio, esculpiendo y extrayendo pequeños granos de carbonato “chips” por medio de extensiones celulares que secretan enzimas que disuelven el carbonato y digieren la materia orgánica presente; estos granos son luego transportados al exterior a través de sus canales exhalantes (Pomponi, 1976, 1977, 1979). A partir de los años 80’s este grupo de organismos despertó un
especial interés debido al aumento progresivo en su abundancia en varias localidades y zonas arrecifales del Gran Caribe (López-Victoria et al., 2003; López-Victoria y Zea, 2004). Aparte de crecer sobre pavimento calcáreo y coral muerto, han sido observados avanzando contra el tejido vivo de los principales corales constructores del andamiaje arrecifal. Cuando se encuentran con tejido coralino, envían por debajo filamentos excavadores que minan el esqueleto de sostén de los pólipos, haciendo que éstos se retraigan o se desprendan. Mordiscos de peces y crecimiento de algas filamentosas con acumulación de sedimentos en la interfase ayudan a matar los pólipos coralinos; luego, las esponjas avanzan rellenando, horadando y recubriendo el esqueleto libre (López-Victoria, 2003; López-Victoria et al., 2003). Todas estas esponjas pueden llegar a recubrir (y ocupar en el caso de Cliona delitrix) completamente una colonia de coral y el proceso completo de avance sugiere la combinación del mecanismo normal de bioerosión de carbonato (Pomponi, 1979; Wilkinson, 1983; Simpson, 1984; Schönberg y Wilkinson, 2001) con la ayuda de otros organismos (López-Victoria, 2003), pero también el posible papel de compuestos químicos alelopáticos (Sullivan et al., 1983; Sullivan y Faulkner, 1985; Aerts y Kooistra, 1999).
En el transcurso de éste y otros trabajos los autores han observado que en su hábitat natural las esponjas Cliona aprica, C. caribbaea y C. tenuis presentan zoantideos y pequeños hidroides epibiontes, así como algunos endobiontes entre el sustrato coralino perforado por las esponjas: poliquetos de la familia Sabellidae, sipúnculidos, pequeños crustáceos y moluscos. Se han observado ocasionalmente siendo mordidas por peces loro (Scaridae), mientras que peces generalistas, especialmente el lábrido Thalassoma bifasciatum (Bloch, 1791), comúnmente ignoran los fragmentos de esponja, y cuando los prueban, ]]>
inmediatamente los rechazan. Sobre Cliona tenuis se han encontrado gastrópodos depredadores de la especie Muricopsis (Risomurex) deformis (Reeve, 1846) en las formaciones arrecifales de Islas del Rosario (López- Victoria, 2003). C. delitrix con frecuencia se encuentra recubierta por zoantídeos y sus fragmentos también son probados y rechazados por T. bifasciatum.Teniendo en cuenta la magnitud del efecto que ejercen estas esponjas en los arrecifes, se hace necesario entender el mecanismo de agresión que utilizan contra coral vivo y en general sus estrategias defensivas y ofensivas como organismos sésiles. Por ello, el presente trabajo pretendió evaluar el posible papel ecológico de sus extractos orgánicos crudos, determinando si: 1) tienen algún efecto deletéreo en contacto con el tejido vivo de coral; 2) inhiben el asentamiento de potenciales epibiontes y, 3) producen un efecto disuasorio sobre la depredación por peces omnívoros.
MATERIALES Y MÉTODOS
Área de estudio
Se realizaron observaciones y colecta de esponjas sobre arrecifes situados en el costado occidental de la Isla de San Andrés y en la zona norte de las Islas del Rosario, Caribe colombiano entre los meses de junio y julio de 2002. En San Andrés se estudiaron esponjas de las especies Cliona aprica, C. caribbaea y C. delitrix en las estaciones Bajo Bonito (BB), frente al tubo de descarga de Aguas Negras AN), Las Esponjas (LE), Wildlife profundo (WP) y Wildlife somero (WS). En Islas del Rosario se estudió solamente C. tenuis en las estaciones Canal del Francés (CF), Majayura (MY) y Piedra Timarán (PT). La fase de laboratorio y experimentación de campo se llevó a cabo en el Instituto de Investigaciones Marinas y Costeras (INVEMAR), en Punta de Betín, Bahía de Santa Marta (Figura 1).
Observaciones de la interacción esponja-coral en su hábitat natural
En cada estación se realizaron recorridos erráticos de buceo autónomo en busca de colonias de coral en interacción directa con las esponjas excavadoras Cliona aprica, C. caribbaea y C. tenuis (C. delitrix está pendiente de ser observada en una fase posterior). Por interacción directa se entendió aquella interacción en que no se presentaran otros organismos o no existiera una franja de sedimento o algas mayor a 5 mm de ancho. Para cada interacción se estableció la especie de coral y de esponja y se determinó si existían condiciones de deterioro sobre los corales (a nivel de pólipo) y sobre las esponjas. Las observaciones fueron catalogadas cualitativamente como: BL = blanqueamiento, PA = palidecimiento, OS = oscurecimiento, MA = muerte actual, R = retracción de tejido coralino y MP = medio pólipo. La retracción del tejido coralino (R) se definió específicamente para el coral Montrastraea cavernosa; en este caso, el tejido coralino se retrae alejándose de la esponja, siendo visibles detalles esqueléticos de los cálices y parte del tejido del coral que se presenta enrojecido internamente. Se diferencia de la muerte actual (MA) porque en este caso se evidencia que el tejido no se ha perdido, sino que se encuentra retraído o acumulado en dirección contraria a la esponja, lo que permite observar las estructuras internas de los cálices. ]]>
Las muestras de esponja fueron recolectadas con cincel y martillo mediante buceo autónomo, y trituradas hasta obtener pequeños fragmentos (2-5 cm de espesor). Después de eliminar epibiontes y endobiontes obvios a simple vista, fueron introducidas en bolsas herméticas y congeladas. El proceso de extracción se realizó dos veces con metanol (250 ml coral-esponja/500 ml metanol) y luego en metanol: diclorometano 1:2 (250 ml coral-esponja/ 400 ml metanol: diclorometano), durante 24 horas para cada caso, y en agitación continua en botellas Schott oscurecidas. La solución resultante fue filtrada y secada al máximo posible en un rotavapor. El extracto obtenido se transfirió a un nuevo recipiente previamente oscurecido, haciendo lavados con eter dietílico (10 ml), el cual se dejó evaporar durante 12 horas. Posteriormente el extracto fue liofilizado para eliminar residuos de agua y pesado; se almacenó en oscuridad y bajo a™ósfera de nitrógeno a -4º C. Varios individuos de cada especie de esponja se combinaron para su extracción. Como se realizaron varios tipos de ensayos y las esponjas usadas en los extractos fueron de diferentes tamaños, la demanda de extracto no permitió realizar éplicas para evaluar la variación entre individuos. Se mezcló material de Cliona caribbaea de San Andrés y Cliona tenuis de Islas del Rosario ya que en ese momento se ignoraba que se trataba de especies
diferentes (taxonomía ya resuelta por Zea y Weil, 2003).
Para determinar la concentración de extracto en las esponjas se realizaron determinaciones volumétricas de pequeños fragmentos de coralesponja en una bureta con agua de mar (50 ± 0.05 ml); luego algunos fragmentos se sometieron al proceso de decalcificación en HNO3 al 10 % por 3 minutos; otros se introdujeron en 200 ml de HClO durante 30 minutos. En el primer caso se buscó obtener el tejido de esponja libre de coral y en el segundo obtener el fragmento de coral sin tejido de esponja. Posteriormente se volvieron a realizar determinaciones volumétricas en la bureta de la esponja o coral restante dependiendo del caso. A partir de la diferencia de volúmenes se estableció la proporción de tejido de esponja en la matriz de carbonato. El factor de concentración natural de extracto (FC) se calculó como masa (g) de extracto por volumen (ml) de esponja.
Experimento en campo de alelopatía por contacto
Siguiendo la metodología desarrollada por Joe Pawlik de la Universidad de Carolina del Norte en Wilmington (EEUU) y Micha Ilan de la Universidad de Tel-Aviv (Israel), los geles tratamientos se elaboraron mezclando 0.53 g de Phytagel™ (agente sólido gelificante, substituto del agar) con 50 ml de agua destilada fría; esta mezcla se llevó a ebullición y posteriormente se le agregó la concentración natural de extracto que ocurre en cada esponja, disuelta en un volumen determinado de metanol. Es decir, cada gel al final simulaba una esponja sintética con la cantidad de extracto equivalente a su volumen natural. De esta forma, se agregaron 3.76 g de extracto de C. aprica en 8.4 ml de metanol, 4.35 g de extracto de Cliona caribbaea + C. tenuis en 8.8 ml de metanol, ó 3.14 g de extracto de C. delitrix en 4.8 ml de metanol. Los controles se prepararon mezclando 0.8 g de Phytagel™ con 50 ml de agua destilada fría, agregando la cantidad equivalente
de metanol empleado en el proceso de disolución de cada uno de los extractos.
El gel fue vertido en tapas opacas de 28 mm de diámetro x 5 mm de altura provenientes de tarros plásticos para película fotográfica (35 mm) y se dejaron solidificar a temperatura ambiente. Se mantuvieron en nevera durante 24 h antes de su uso. Al momento de realizar el ensayo, los geles se llevaron al campo, y por medio de buceo sobre cada una de 10 colonias del coral Montastrea cavernosa fueron colocados tres medallones, uno de control y dos de tratamiento con extracto de Cliona delitrix y C. aprica ó C. delitrix y C. caribbaea + C. tenuis. Se sujetaron en contacto con coral vivo, por medio de dos ganchos clip a cada lado y dos bandas de caucho amarradas a puntillas clavadas fuera del área del tejido vivo. Dado que tanto las tapas en las cuales se vertieron los controles como los tratamientos eran opacas, se tuvo el mismo grado de sombreado sobre los pólipos de coral bajo estas. Los geles permanecieron en contacto con el tejido coralino durante cuatro días, a continuación de los cuales se tomaron fotografías y se hicieron observaciones cualitativas del grado de deterioro del coral bajo los geles control y tratamiento, asignando los siguientes valores numéricos: 0 = todo el tejido coralino estaba vivo, 1 = había tanto tejido coralino vivo como muerto (muerto =50% del área), 2 = la mayoría del tejido coralino estaba muerto (muerto >50%), y 3 = el tejido coralino muerto era mayor que el área cubierta por los geles (muerto >100%). Se realizaron comparaciones entre controles y tratamientos para el extracto de cada especie de esponja por medio de la prueba de ordenamiento de signos de Wilcoxon p< 0.05 (Siegel y Castellan, 1995).
Para evaluar en campo el asentamiento de larvas de invertebrados también se utilizaron geles de Phytagel™ siguiendo la metodología propuesta por Henrikson y Pawlik (1995, 1998). Estos autores demostraron la idoneidad de estos geles como superficie para el asentamiento de invertebrados marinos, porque 1) los geles son expuestos a una población natural de propágulos, 2) los extractos son incorporados dentro de los geles a la concentración natural en que se encuentran en el organismo, 3) los extractos dentro de una matriz de gel no alteran las características físicas de la superficie, 4) el gel permite la paulatina exudación al medio de los componentes de los extractos, y 5) después de 21 días en agua de mar los geles aún contienen en promedio 56% de la cantidad inicial de extracto. En este caso se mezclaron 0.21 g de Phytagel™ con 1.7 g de extracto de Cliona caribbaea + C. tenuis disuelto en 3.6 ml de metanol, ó 1.5 g de extracto de C. aprica en 3.3 ml de metanol (C. delitrix no fue evaluada) y se llevaron a un volumen de 20 ml con agua destilada. La mezcla resultante fue servida en cajas de petri de vidrio de 90 mm de diámetro x 10 mm de altura (volumen servido 20 ml); en el fondo de la caja se pegó un trozo de malla plástica (1.5 cm2) con silicona para acuarios lo cual favoreció la adherencia del gel a la caja. Las cajas fueron pegadas a láminas de acrílico plástico de 10 x 15 cm. El volumen de extracto empleado en todos los experimentos (por caja de petri) fue equivalente a la cantidad de extracto contenido en el mismo volumen de esponja. Los medallones control se prepararon mezclando 0.32 g de Phytagel™ agregando la cantidad equivalente de metanol empleado en el proceso de disolución de los extractos orgánicos crudos y llevando a 20 ml con agua destilada. Se elaboraron 10 geles control con metanol, 10 geles con extracto de Cliona aprica y 10 geles con extracto de C. caribbaea + C. tenuis. Las 30 cajas con los geles fueron amarradas (con los geles en dirección al sustrato) en un andamio de tubos de PVC, que fue sumergido a 18 m de profundidad en Punta de Betín (Santa Marta). El andamio fue cubierto por una malla plástica de ojo de malla de 3 cm para evitar la entrada de macrodepredadores. El experimento se realizó durante octubre 2002 y se dejó en el agua por un período de 22 días. Las cajas fueron removidas y se llevaron al laboratorio donde se mantuvieron en acuarios con agua de mar filtrada durante 5 días. Se evaluó la abundancia y porcentaje de cobertura de organismos sésiles presentes bajo el esteroscopio. Para determinar la abundancia, se contó el número total de organismos que colonizaron la superficie del gel en cada caja de petri, excepto el grupo hidroide (muy abundante) para el que se contaron los organismos presentes en 8 cuadrados de 1 cm2 elegidos al azar por caja de petri. Para determinación de la cobertura, con ayuda de una cuadrícula se tomaron 50 puntos al azar en los que se evaluó la presencia o ausencia de organismos. La
relación de los puntos en que se presentaron los organismos respecto al número total de puntos permitió estimar el porcentaje de cobertura. Se realizaron comparaciones de estas variables entre extractos y controles por medio de las pruebas estadísticas Kruskal-Wallis y Dunn (Zar, 1996).
Experimento de disuasión de la depredación
Se realizaron experimentos en laboratorio para evaluar el efecto disuasorio de los extractos orgánicos crudos de las esponjas Cliona aprica, C. caribbaea + C. tenuis y C. delitrix sobre la alimentación del pez Stegastes partitus (Poey, 1868). Este es un pez omnívoro habitante de arrecifes coralinos someros y de parches arrecifales de profundidad (Allen, 1991); se alimenta de plantas, pequeños invertebrados, anémonas coloniales y tentáculos de gusanos (Hauser, 1984), y es una especie abundante en el área de Santa Marta. Los consumidores generalistas han sido considerados ideales en estudios de disuasión alimentaria porque representan la mayoría de peces depredadores de arrecifes y pueden ser disuadidos más fácilmente que los consumidores especialistas, ya que estos últimos han desarrollado mecanismos para tolerar las defensas de sus presas (Pawlik et al., 1995). Esta especie de pez ha sido empleada con anterioridad en diferentes ensayos de ictiotoxicidad y antidepredación con algas marinas y esponjas, respondiendo bien a dietas artificiales a base de atún y gelatina sin sabor (Dueñas, 2000; Díaz-Ruíz, 2002).
Los peces fueron colectados en Punta de Betín con ayuda de un trasmallo vertical de nylon monofilamento con un ojo de malla de 1 cm2. Los peces fueron perseguidos individualmente y obligados a enredarse en la malla de la que se liberaron cuidadosamente. Durante el proceso de aclimatación, 15 peces se ubicaron individualmente en frascos bomboneros de 1 galón, separados por cartulina negra para evitar que se vieran unos a otros. Los peces fueron alimentados tres veces al día con “pellets” control preparados con 3 g de harina de trigo + 1 ml de agua. Los “pellets” tratamiento se prepararon con 3 g de harina de trigo + el volumen equivalente de extracto para 3 ml de esponja + 1 ml de agua. Para el experimento se suministró a los peces la mitad de la ración de “pellets” control que generalmente comían en sus horas de alimentación, de manera que no estuvieran saciados, y posteriormente se inició la prueba ofreciendo a cada pez un “pellet” control, luego un “pellet” tratamiento, y nuevamente ofreciendo un “pellet” control. Los peces que no comieron el “pellet” control inicial o final no se tuvieron en cuenta para el análisis de datos. En la mayoría de los casos se ensayaron 10 peces, aunque en algunos sólo se pudo en nueve. Los resultados se registraron tomando en cuenta el número de peces que consumieron “pellets” tratamiento y se analizaron por medio de una prueba exacta de Fisher (Siegel y Castellan, 1995). Experimentos preliminares con “pellets” de harina a los que se les añadió calamar liofilizado, mostraron consumo tanto en controles como en tratamientos con extracto. El sabor y contenido nutritivo del calamar enmascararon el efecto disuasorio de los extractos. En otros experimentos, los “pellets” con metanol siempre fueron consumidos (Chaves-Fonnegra, 2003).
RESULTADOS
Observaciones en el hábitat natural
Se observaron 145 interacciones entre las esponjas excavadoras Cliona aprica, C. caribbaea y C. tenuis y 17 especies de coral en las dos áreas de estudio. Aunque Cliona delitrix está presente en los arrecifes estudiados de San Andrés, ésta no se incluyó en las observaciones, ya que inicialmente se hizo énfasis en las esponjas cafés. Posteriormente se tomaron algunas muestras de C. delitrix para la fase experimental debido a que era observada comúnmente en las estaciones de San Andrés. En todas las interacciones observadas se presentó alguna condición de deterioro sobre el tejido coralino (Tabla 1), mientras que sólo en cuatro casos se observó deterioro sobre la esponja (Tabla 2) En la mayoría de interacciones se observó mucus proveniente del coral, pero no se vieron filamentos mesentéricos o pólipos extendidos, ya que las observaciones se hicieron durante el día. Las principales condiciones de deterioro sobre el tejido coralino del borde fueron palidecimiento (PA), blanqueamiento (BL) y muerte actual (MA) (Figura 2).
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Experimento de alelopatía en campo
El grado de deterioro del tejido de las colonias de Montastrea cavernosa bajo los geles con extracto de Cliona aprica (n = 10; T = 28; p = 0.0078) y C. delitrix (n = 6; T = 15; p = 0.0313) fue mayor que bajo los geles control, mientras que para C. caribbaea + C. tenuis no se obtuvieron diferencias estadísticamente significativas entre controles y tratamientos (n = 4; T = 6; p = 0.1250), posiblemente debido al bajo número de muestras por falta de extracto. No obstante, en este último caso el grado de deterioro observado bajo los geles con extracto siempre fue mayor y solo en uno de los cuatro casos el deterioro fue igual que bajo el gel control (Figura 3).
Experimento de antiepibiosis en campo
Los resultados de este experimento mostraron que después de 22 días en campo, el asentamiento de organismos epibiontes sobre los geles no fue notorio a simple vista. No obstante, al esteroscopio se observaron pequeños invertebrados: hidroides, poliquetos (Serpulidae y Spirorbidae), briozoos (Gemelipora sp. y otros), esponjas, ascidias, algas, cirripedios (Balanus trigonus) y entoproctos, así como otros morfotipos sin identificar. Los hidroides se observaron formando una película compuesta por miles de estolones verticales (colonias jóvenes) cuya base se encontraba generalmente con mucus y sedimento.
Se presentaron en promedio mayores abundancias y porcentajes de cobertura sobre geles control (n=10) que sobre geles tratamiento (n=10), y se obtuvieron diferencias significativas entre todos los geles control y tratamiento (abundancia: KW= 19.8, p< 0.001; cobertura: KW= 17.34, p< 0.001) eliminando el grupo hidroides que fue muy abundante. La abundancia y porcentaje de cobertura de epibiontes sin el grupo hidroides fueron similares entre los geles de Cliona aprica y C. caribbaea + C. tenuis, pero menores y diferentes a los encontrados sobre los geles control (Dunn, p= 0.05) (Tabla 3). En cuanto a grupos de organismos se obtuvieron diferencias significativas entre todos los geles control y tratamiento con abundancias y coberturas de poliquetos, briozoos, esponjas, ascidias y entoproctos en los geles tratamiento (Tabla 3).
]]> Experimento de disuasión de la depredaciónLos extractos de Cliona delitrix y C. caribbaea + C. tenuis produjeron un efecto disuasorio en la alimentación del pez Stegastes partitus (n= 10, p= 0.02; n= 9, p= 0.02; respectivamente), mientras que el extracto de C. aprica no generó dicho efecto (p= 0.10, n= 9) (Figura 4).
DISCUSIÓN
Muchas interacciones entre organismos que implican respuestas de ataque y defensa no involucran factores físicos sino agentes químicos (Whittaker y Feeny, 1971; Engel y Pawlik, 2000). La mayoría de estos agentes pueden cumplir dos o más funciones adaptativas en un organismo (Bakus et al., 1985) y pueden estar afectando directamente la supervivencia de una población, como la estructura y función de una comunidad o un ecosistema. La evaluación del papel de compuestos químicos está influenciada significativamente por el tipo de ensayo, los organismos empleados en el ensayo, la concentración de los compuestos a ensayar y la duración de los experimentos (Becerro et al., 1997). Por lo tanto, debe tenerse en cuenta que el presente trabajo es una primera aproximación experimental en ensayos ecológicamente relevantes, sobre el papel que pueden desempeñar los compuestos químicos contenidos en los extractos orgánicos crudos de las esponjas excavadoras en estudio.
Alelopatía
En su hábitat natural los corales en interacción directa con las tres especies de esponjas estudiadas presentaron deterioro de sus tejidos en la zona de contacto, observándose principalmente palidecimiento, blanqueamiento y muerte actual de los pólipos adyacentes. Esto supone que las agresiones causadas por este tipo de esponjas sean la causa directa de deterioro del tejido coralino, que podría presentarse: 1) cuando la esponja y el coral están en contacto directo (efecto físico o químico), especialmente en la noche cuando los pólipos se extienden, 2) cuando la esponja y el coral están en cercanía, por medio de exudación de los compuestos (efecto químico a distancia), o 3) a través de los filamentos excavadores por contacto directo o exudación a distancia sobre la base de los pólipos. En el presente estudio no se pusieron en contacto directo esponja y coral, sino que se desagregaron las características físicas de las químicas de la esponja. Los experimentos de alelopatía por contacto fueron diseñados para determinar el efecto químico por contacto de los extractos sobre el tejido del coral, obteniendo como resultado la muerte del tejido del coral, tanto bajo controles como tratamientos. Lo anterior pudo
deberse, al menos en parte, al posible efecto físico producido por la presión de contacto de los geles, como a que se cubrieron los pólipos y no recibieron luz durante los cuatro días del experimento. Sin embargo, las diferencias entre controles y tratamientos permitieron establecer que hubo un efecto deletéreo adicional en los pólipos bajo los geles con extracto de las esponjas, que bajo los controles debido a los compuestos contenidos en los extractos.
Se ha afirmado previamente que los Clionaidae incrustantes no parecen producir compuestos alelopáticos que afecten las colonias de coral, ya que al hacer implantes de la esponja Cliona tenuis (como C. caribbaea) en colonias sanas de Diploria labyrinthiformis, Montrastraea annularis y Acropora palmata, los pólipos no se vieron afectados y las esponjas no se extendieron en el coral (Rützler, 2002). En estos casos, claramente las esponjas no poseían los filamentos pioneros socavadores y por ello sucumbieron a las defensas del coral (McKenna, 1997; Schönberg y Wilkinson, 2001; López-Victoria et al., 2003). Aunque las esponjas puedan exudar compuestos químicos alelopáticos o nocivos (Duque et al., 2001), el coral tiene mecanismos de agresión y defensa que contrarrestan el efecto de éstos exudados. Sólo cuando las esponjas excavadoras desarrollan los filamentos pioneros (Schönberg y Wilkinson, 2001; Rützler, 2002; López-Victoria et al., 2003) y pueden socavar por debajo de la capa de los pólipos, evitando las defensas del coral, pueden avanzar contra coral vivo. Es posible que la penetración de estos filamentos pioneros permita que los compuestos químicos sean difundidos internamente en el tejido coralino vivo, aunque esto está por comprobarse.
Se ha considerado que las especies sésiles químicamente agresivas, por el costo metabólico de producir las sustancias, tienden solo a mantener el espacio ganado, mientras las no defendidas, invierten en crecimiento rápido, ganando espacio recubriendo o tapando los vecinos (Aerts y van Soest, 1999). Esponjas excavadoras incrustantes como Cliona aprica, C. caribbaea y C. tenuis parecen emplear ambas estrategias para avanzar contra los corales, pero socavando por debajo y empleando quizás compuestos alelopáticos. Esto podría deberse, al menos en parte, al aporte energético de sus zooxantelas, como lo ha planteado Hill (1996) para Cliona varians. Por su parte, el éxito de C. delitrix, especie que no contiene este tipo de simbiontes (Rützler, 2002), podría radicar en el empleo de compuestos de mayor efecto alelopático, evidente en anchos halos de mortalidad a su alrededor. Empero, aún no se conocen las tasas de avance lateral contra coral de esta especie para ser comparada con las otras.
Antiepibiosis
Según Henrikson y Pawlik, (1995), después de 21 días en agua de mar los geles a base de Phytagel™ aún contienen en promedio 56% de la cantidad inicial de extracto. Se consideró por tanto que a los 22 días el efecto podría ser observable, encontrándose diferencias entre los geles control y tratamiento. Otras observaciones realizadas en este estudio con los mismos geles vueltos a sumergir por un periodo de 15 días más y a 2 m de profundidad corroboraron esta suposición pues se continúo presentando inhibición del asentamiento (Chaves- Fonnegra, 2003). Sin embargo, la existencia de compuestos antiepibióticos en el extracto no necesariamente demuestra que están siendo liberados naturalmente al medio por parte del organismo que los produce o que se encuentran en las células epiteliales que podrían estar en contacto con los organismos epibiontes.
En los geles experimentales de antiepibiosis, los hidroides fueron el grupo más representativo de organismos asentados, tanto en abundancia como en cobertura, concordando con su abundancia natural en el área (Bandel y Wedler, 1987). El asentamiento de estos organismos no se vió inhibido o incrementado por los extractos de Cliona aprica y C. caribbaea + C. tenuis, lo que es posible se deba a su método de crecimiento de estolones rastreros o ejes verticales (Jackson, 1979), con puntos de fijación espaciados y limitados, a sus estructuras de protección (p. ej. perisarco), asentándose sobre superficies sin estar los tejidos directamente en contacto con el sustrato (Hughes, 1977), y a su capacidad para engrosar sus tubos adhiriendo gran cantidad de partículas.
Los extractos en cambio sí generaron un efecto inhibidor de crecimiento sobre otros invertebrados de crecimiento incrustante y masivo como poliquetos, briozoos, esponjas, ascidias y entoproctos, lo que posiblemente los hace más vulnerables a la acción de sustancias aleloquímicas contenidas en los extractos. Sin embargo, se debe tener en cuenta que para las ascidias sólo se manifestó el efecto en términos de abundancia, que de todos modos fue muy baja. Es posible que a largo plazo o en otra época climática el reclutamiento de éstos organismos sea mayor y el efecto de los extractos sea más notorio.
]]> Así mismo, es posible que otros grupos de organismos que reclutan preferiblemente en otra época del año, como los cirripedios (Balanus trigonus) (García, 1991), y que se presentaron en baja abundancia y cobertura, puedan ser inhibidos por los extractos de las esponjas. Sería necesario hacer colectas estacionales y pruebas en las diferentes épocas climáticas, o durante un período de tiempo mayor, para saber si los extractos tienen o no, un efecto antiepibiótico sobre esos grupos. Aunque el experimento se desarrolló en época de tendencia al incremento de reclutamiento larval en Punta de Betín (Zea,Disuasión de la depredación
Las esponjas Cliona caribbaea y C. tenuis perforan e incrustan las colonias de coral exponiendo una delgada capa de su cuerpo a los depredadores. En campo se observó que algunas esponjas presentaban marcas (raspaduras o mordiscos) causadas por peces loros, los cuales se observaron alimentándose sobre los bordes de la interacción coral-esponja, probablemente aprovechando el tejido coralino debilitado y vulnerable por causa de la perforación (López-Victoria, 2003; López-Victoria et al., 2003). Se ha encontrado que varios peces loro consumen esponjas en su dieta (Randall y Har™an, 1968; Wulff, 1997; Dunlap y Pawlik, 1998), aunque en Bonaire y las Antillas Holandesas se alimentan casi exclusivamente en asociaciones de algas con sustratos de coral muerto (Bruggemann et al., 1994), y ocasionalmente pueden morder coral vivo en los bordes de sus territorios (Bruckner y Bruckner, 1998).
En experimentos adicionales a este estudio, conociendo la cantidad de “pellets” control con que se lograba saciar a cada uno de los individuos usados del pez Stegastes partitus, se evaluó qué porcentaje de esa cantidad era rechazado cuando se ofrecían los “pellets” con extracto, pero en condiciones de ayuno. Se encontró que el rechazo por los peces fue mayor para alimento con extracto de Cliona delitrix (63.9 % ± 8.35) que para alimento con extracto de C. caribbaea + C. tenuis (25.37 % ± 8.74) y C. aprica (14.67 % ± 8.13) (Chaves-Fonnegra, 2003). Estos resultados permiten considerar que la
capacidad disuasoria de los extractos de C. delitrix es mayor que la de C. caribbaea + C. tenuis, y que la menor corresponde a C. aprica, esto último en concordancia con los experimentos de disuasión. C. delitrix, C. caribbaea y C. tenuis se encuentran principalmente en estadio de crecimiento beta (Pang, 1973; López-Victoria et al., 2003), aunque la primera engruesa en mayor grado su tejido observaciones de los autores), mientras que C. aprica se encuentra en estadio de crecimiento alfa y beta incompleto, en ambos casos no llegando a recubrir totalmente toda la superficie del sustrato (López-Victoria et al.,
2003). Por lo tanto, es posible que el mayor grado de disuasión contra depredadores de las tres primeras esponjas esté relacionado con el mayor grado de exposición del tejido de la esponja al medio, en comparación con C. aprica.
En casi todos los casos en que se probaron, los extractos crudos de las esponjas excavadoras en estudio presentaron un efecto deletéreo en contacto con el tejido coralino vivo, inhibieron el asentamiento de animales bentónicos sésiles y disuadieron la alimentación del pez Stegastes partitus (Tabla 4). Lo anterior, sumado a su capacidad para perforar por debajo el sustrato de sostén de los pólipos coralinos, conferiría a estas esponjas excavadoras una ventaja adaptativa para crecer exitosamente y competir por el sustrato.
AGRADECIMIENTOS
Este estudio se enmarcó en el programa de Biodiversidad de Ecosistemas Marinos (BEM) del Instituto de Investigaciones Marinas y Costeras “José Benito Vives de Andreis” (INVEMAR), dentro del proyecto de investigación de la Universidad Nacional de Colombia titulado “Taxonomía del complejo de esponjas excavadoras de coral Cliona aprica - C. langae - C. caribbaea y su impacto sobre algunos arrecifes coralinos del Caribe colombiano” (110109-10387 COLCIENCIAS). Contó con el apoyo del proyecto “Origen de la biodiversidad del Caribe: Sistemática y biogeografía de las esponjas del género Agelas” (110109-11241 COLCIENCIAS- UNAL), del CEINER (Centro de Investigación, Educación y Recreación Oceanario Islas del Rosario, Colombia) y de SIGMA XI (The Scientific Research Society). Muchas gracias a todas las personas que nos prestaron su ayuda, en especial a Joe Pawlik y a Micha Ilan por las ideas en los varios métodos, especialmente el de alelopatía por contacto. Este trabajo es resultado directo del Trabajo de Grado de A.C-F. de la Universidad Jorge Tadeo Lozano, Facultad de Biología Marina.
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