¹ Biólogo, Bs. C. Universidad del Valle. Facultad de Ciencias Naturales y Exactas. Cali, Colombia. Calle 13 N° 100 - 00. A.A. 25360. Ciudad Universitaria Meléndez. PBX +57 321 2100.
² Universidad del Valle. Facultad de Ciencias Naturales y Exactas. Cali, Colombia. Correo electrónico: hernelmarin@gmail.com
³ Biólogo, Ph. D. Correo electrónico:enrique.pena@correounivalle.edu.co

Resumen

Se describen las fases carposporofíta y tetrasporofita de Gracilaria blodgettii a partir de estudios morfológicos e histológicos. Se colectaron talos vegetativos y reproductivos entre Mayo y Octubre de 2006, y Septiembre a Diciembre de 2008, en la Bahía de Santa Catalina en Isla Providencia, Caribe Colombiano. El carposporofito presenta cistocarpos a lo largo del talo, con morfología oblonga, conformada por un núcleo y rodeado por un pericarpio interno medular estructurando el tejido nutritivo hacia el carposporofito. El tetrasporofito corresponde a individuos diploides cuyo hábito es similar al carposporofito, y su morfología se caracteriza por la presencia de tetrasporangios cruciados de forma ovada a cúbicos.

Abstract

The carposporophyte and tetrasporophyte phases of Gracilaria blodgettii, are based on morphological and histological descriptions. Vegetative and reproductive thalli were collected between May and October of 2006, and between September and December of 2008, in the Bay of Santa Catalina, Old Providence Island, Colombian Caribbean. The carposporophyte showed cystocarps throughout the thallus, with oblong structures, and a nucleus surrounded by an internal medullar pericarp. The tetrasporophytic stage corresponds to individual diploids, characterized by the presence of cruciate tetrasporangium, with cubical to ovate shape.

Key words: Gracilaria blodgettii, histology, carposporophyte, tetrasporophyte, life cycle,

Introducción

En las especies del género Gracilaria se observa un ciclo de vida haplo-diploide típico de las algas rojas, incluyendo dos estados de vida libre, el tetrasporofito (diploide) y el gametofito (haploide), y las unidades de dispersión, esporas y gametos respectivamente (Engel et al., 2004). Varias especies han sido consideradas de importancia económica, dado que son fuentes importantes de agar, el principal ficocoloide del mercado mundial (Zemke-Whyte y Ohno, 1999; Orduña y Robledo, 2002; Smit, 2004; Polifrone, et al., 2006).

Recientemente, se ha revisado taxonómicamente el género Gracilaria, lo que ha permitido el registro de tres grandes clados para la familia Gracilariaceae, que corresponde a los géneros Gracilaria, Gracilariopsis e Hydropuntia (Gurgel et al., 2004, Gurgel y Fredericq, 2004). Gracilaria presenta células nutritivas tubulares conectando el gonimoblasto con células internas del pericarpo, mientras que en Gracilariopsis hay ausencia de estos filamentos nutritivos, y en Hydropuntia, sí están presentes son escasos (Guiry, 2008). De acuerdo a la revisión bibliográfica realizada por Byrne et al., (2002), el género Gracilaria se caracteriza por la presencia de cistocarpos sésiles, presencia de células filamentosas nutritivas desde la base del cistocarpo creciendo hacia el pericarpio más interno, carpogonio piriforme a subesférico y tetrasporangio generalmente cruciado.

De acuerdo con Díaz y Díaz (2003), G. blodgettii se reporta para el Caribe colombiano en las costas de la Guajira, Magdalena, Parque Tayrona, Archipiélago Islas del Rosario y el Golfo del Darién, usualmente en ambiente submareal, sobre fondos limosos o arenosos, sobre valvas o ripio. Esta especie guarda sinonimia con G. cylindrica (Díaz y Díaz, 2003; Suárez, 2005).

La morfología de G. blodgettii se caracteriza por talos erectos, arbustivos y abundantemente ramificados, con ejes principales de 2 mm de diámetro, las ramillas de 0.5-1.0 mm de diámetro, todas las divisiones cilíndricas, las ramillas adelgazándose excepto en las puntas (Martínez, 1998). Los cistocarpos están dispersos en el talo, sobresaliendo de su superficie. Los espermacios se forman en receptáculos, cercanos a la superficie del talo, mientras que los tetrasporangios son cruciados y se encuentran dispersos en la corteza (Byrne et al., 2002; Peña 1992). Teniendo en cuenta lo anterior, estudios histológicos permitan aclarar aspectos reproductivos de G. blodgettii, y son la base para esclarecer las controversias manifestadas a nivel taxonómico por otros investigadores con respecto al género Gracilaria.

El objetivo de este trabajo, consistió en describir las fases reproductivas del alga roja G. blodgettii (Gracilariaceae) a partir del análisis histológico y morfológico de talos reproductivos, provenientes del Caribe Colombiano. Estos resultados permiten contribuir al conocimiento del ciclo biológico de las especies del género Gracilaria en el Caribe Colombiano y aporta elementos morfológicos para la revisión del género en el Atlántico Occidental.

Materiales y métodos

El material vegetal para el estudio proviene de poblaciones naturales de G. blodgettii ubicados en el sector de Playa Cocal, Bahía Santa Catalina en la isla Providencia, Caribe colombiano (13°20'N y 81°18'W), a 480 millas de la costa colombiana. Se extrajeron talos vegetativos, y ejemplares de las fases cistocárpicas y esporofítica, por medio de buceo autónomo, entre 12 y 20 m de profundidad, entre los meses de Mayo a Octubre de 2006 y Septiembre a Diciembre de 2008. El material fue lavado y transportado posteriormente al laboratorio de la Universidad del Valle para estudios morfológicos y clasificación sistemática, de acuerdo al protocolo propuesto por West y Calumpong (1988).

Para el mantenimiento y desarrollo de los talos en cultivo de laboratorio, se siguieron los procedimientos empleados por Collantes et al., (1995), los cuales permitieron la obtención de explantes, procedentes de diferentes partes de la planta. Para el análisis histológico se trabajó con la técnica propuesta por Sass (1968) y Pérez-Cortéz et al., (2003) siendo este un método sencillo para el estudio anatómico de macroalgas, que consiste en deshidratar la muestra en una seria ascendente de alcohol, Posteriormente se procedió a infiltrar el material vegetal en parafina, para luego procesar en micrótomo de rotación. Las láminas fueron rehidratas en serie descendente de alcohol hasta una concentración final al 50%. Finalmente las láminas permanentes se colorearon con una mezcla de safranina 1% y azul de toluidina 1% en relación 3:1.

Se realizaron cortes semifinos con la técnica de Microscopia óptica de Alta Resolución (MOAR). Para esto, porciones del talo fueron sumergidos en solución de Glutaraldehido 0,1 M y solución reguladora de fosfatos a pH 7,4. Posteriormente se sumergieron en solución fijadora de tetróxido de osmio 2%. La deshidratación se llevó a cabo en series ascendentes, empezando con etanol a 25% y terminando con etanol al 100% por periodos de 30 minutos cada uno. Los tejidos se sometieron a una pre-imbibición con resina y acetona, hasta la inclusión definitiva en resina Epoxica. Una vez obtenidos los bloques, se cortaron en Ultramicrótomo Ultracut Leica con cuchilla de vidrio en grosores de 1 a 3.5 µm, los cuales se tiñeron con azul de toluidina. Los análisis morfométricos se realizaron con un Sistema de Análisis de Imágenes NIS Elements Nikon versión 2.3. (Torres et al., 2007)

Resultados

Plantas vegetativas

Hábito: Plantas colectadas sobre fondo arenoso entre 10 y 15 m de profundidad. Ramas filamentosas derivadas de una rama única inicial (Figura 1A).

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Características morfológicas: Talos rojos oscuros a pardos y/o verdosos en algunos extremos apicales, 20-21 cm de altura, ramificación irregular alternada o pinnada, y generalmente con apariencia de serie de hilos, frondas cilíndricas de longitudes variables y diámetro constante, base no constreñida y ápice agudo. Eje principal aproximadamente entre 2 y 3 mm de diámetro cerca de la base, ramificación en múltiples niveles con algunos extremos apicales entrelazados y consistencia flácida, diámetros más reducidos que el eje principal. En la Tabla 1 se presenta el promedio de diámetros del talo de ramificación secundaria y terciaria, en varios niveles del mismo.

Características histológicas: El talo presenta tejido vegetativo con una seudo-corteza de pequeñas células dispuestas radialmente y células medulares de mayor tamaño, las cuales albergan cuatro capas de células parenquimáticas con tamaño aproximado de 27,5 µm de diámetro (Figura 1B). Células corticales son más pequeñas, 2 -3 capas celulares, donde se observa una transición gradual con incremento de diámetro hacia las capas más internas dos a tres veces más densas.

Fase carposporofítica

A nivel histológico, el cistocarpo está conformado por pericarpo interno medular, células de soporte y del gonimoblasto en el área central; hacia la periferia se encuentran células nutritivas y de fusión, presencia de células transversales o filamentosas que surgen desde la base del cistocarpo, entre 8 y 10 capas (Figuras 2B-C). En la figura 2-D y figura 2-F se observa detalle del cistocarpo en etapas iniciales del desarrollo, correspondiente a una rama carpogonial, células del gonimoblasto en formación y células de soporte, contrastando con la figura 2-F, donde es notable la presencia de un par de cistocarpos en diferentes etapas de desarrollo.

Talos de vida libre, con ramificación filamentosa irregular. Corresponde a la generación diploide que presenta tetrasporangios productores de tetrasporas haploides. Talos entre 18 y 20 cm de altura aproximadamente. Morfología basada en el desarrollo de tetrasporangios comúnmente de tipo cruciado, células reproductoras que originan 4 esporas por meiosis (Figura 3). Los tetrasporangios cruciados, son de forma ovalada u ocasionalmente cúbicos, distribuidos en la zona cortical del talo, con una división media a lo largo de un eje corto (Figura 3A). En corte de la rama tetrasporangial se destacan células madre de las tetrasporas antes de iniciar división por meiosis, contrastando con la finalización de la telofase I (Figuras 3B-3D). Cortes longitudinales de esporangios en anafase II y telofase II (Figuras 3E-3F).

Discusión

De acuerdo a las observaciones fenológicas en el área de estudio, la fase reproductiva predominante en los bancos naturales de Gracilaria, corresponde a la fase tetrasporofítica, lo cual permitió profundizar en la descripción morfológica e histológica de esta fase. Igual evento es reportado por Thornber (2006) en G. dominguensis y G. gracilis, así como para otras especies de rhodophytas. Los resultados encontrados a partir del estudio morfohistológico, son consistentes con las observaciones expuestas por otros autores para las especies del género Gracilaria (Bellorin et al., 2002; Gurgel et al., 2004b; Martínez-Lozano, 1998; Guzmán et al., 2002; Ye et al., 2006). Byrne et al. (2002) en su estudio anatómico y morfológico de tres especies de Gracilaria, encontraron que G. chilensis de Tasmania y Victoria (sureste Australiano) es morfológicamente similar a G. chilensis de Nueva Zelanda y Chile, cuyas características morfo-histológicas de los cistocarpos, son contrastantes con los expuestos en el presente estudio.

Desde los estudios de Abbott (1983) sobre el género Gracilaria se reporta una controversia desde el punto de vista taxonómico, en gran parte por los caracteres morfológicos, la aplicación incorrecta de epítetos y la falta de referencia a los especímenes tipo. Abbott et al., (1991) y Bellorin et al., (2004), sugirieron el traslado del género Hydropuntia al clado Gracilaria dada la conformación espermatangial y disposición de células nutritivas en la base del cistocarpo, en cuanto a criterios morfológicos y moleculares similares para ambos grupos.

Gracilaria se diferencia de los otros grupos por la presencia de células nutritivas tubulares conectando el gonimoblasto con células internas del pericarpo, de origen gametofítico en la base del cistocarpo, las cuales fueron encontradas en los cortes histológicos realizados al material carposporofítico colectado, presencia de tetrasporangios basales y carposporangios en cadena (Tabla 2). Abbott et al., (1991) plantea los mismos parámetros de diagnóstico para diferenciar los géneros Gracilaria, Gracilariopsis e Hydropuntia. Por su parte en Gracilariopsis se observan carposporangios en agrupaciones y los tetrasporangios en células terminales.

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Según Bellorin et al., (2002), las características morfológicas y moleculares del género Hydropuntia, así como la disposición espermatangial (del tipo henriquesiana) y la producción de células nutritivas tubulares en la base del cistocarpo (Abbout et al., 1991), son argumentos para transferir las especies de este género a Gracilaria, donde se propone además una sinonimia entre ambos géneros. A partir del análisis molecular en las secuencias rDNA de Gracilaria y Gracilariopsis, corroboran la teoría de linajes evolutivos divergentes, aunque se encuentran características morfológicas a nivel de cistocarpo y espermatangio similares (Fredericq y Hommersand, 1989).

Martínez-Lozano (1998) propone que G. blodgettii Harvey 1853, se diferencia de G. cylindrica por el tipo de ramificación y el diámetro del talo reducido, siendo en la primera una ramificación radial, alternada, abierta o ascendente, repetida hasta el 2°-4° nivel y diámetro del talo entre 0,5-2 mm; mientras que G. cylindrica es escasamente ramificada, ramas no significativamente diferentes en tamaño de los ejes principales, arqueadas en su mayor parte, agudamente constrictas a pediceladas en sus puntos de fijación. Sin embargo, el material colectado en la isla de Providencia, reúne características de G. blodgettii, principalmente en las observaciones de las células medulares y de la corteza del talo, así como en la descripción de cistocarpos y tetrasporangios. Zertuche (1993) y Suárez (2005), mencionan que G. cylindrica guarda sinonimia con G. blodgettii, lo cual, sugiere que los reportes de G. blodgettii de Díaz-Pulido & Díaz-Ruiz (2003) para las regiones del Caribe oriental colombiano, eventualmente se pueden extrapolar hacia el archipiélago de San Andrés, Providencia y Santa Catalina.

De acuerdo con los resultados obtenidos, estos coinciden con las características citológicas e histológicas de la subclase Florideophycidae, donde los tetrasporangios son usualmente encontrados en talos diploides de vida libre. Es importante resaltar que la literatura reporta para la familia Gracilariaceae, la presencia de tetrasporangios con división cruciada, los cuales son ovados u ocasionalmente de forma cúbica, y normalmente tienen una división media reconocida en el eje más corto (Critchley, 1993; Yamamoto y Noro, 1993; Martínez-Lozano, 1998). La orientación de las dos divisiones restantes, típicamente encontradas en un eje longitudinal es más irregular. Los resultados expuestos por otros investigadores son consistentes con los obtenidos en esta investigación, donde la presencia de tetrasporangios con una marcada tendencia a la división cruciada es reiterativa en el análisis histológico realizado. Los datos presentados están respaldados por los propuestos por Yamamoto y Noro (1993) sobre el ciclo de vida de G. euchemoides, donde reportan el hallazgo de tetrasporangios de este tipo.

El presente estudio constituye una contribución para el conocimiento del ciclo biológico de G. blodgettii, y establece la primera descripción sobre estructuras reproductivas de la misma, a partir de análisis morfo-histológicos en el Caribe Colombiano. Se recomienda continuar con el monitoreo de la fenología reproductiva de la especie, e iniciar estudios moleculares que permita complementar la historia natural de la especie y esclarecer los aspectos taxonómicos del clado Gracilaria.

Agradecimientos

El estudio se realizó en el marco del proyecto "Evaluación, Restauración y Recuperación Ambiental de los sistemas de producción de las Islas de Old Providence y Santa Catalina, después de los impactos causados por el paso del Huracán Beta", cofinanciado por la Corporación para el Desarrollo sostenible del Archipiélago de San Andrés, Providencia y Santa Catalina - Coralina - con la participación de la Cooperativa de Pescadores de Providencia y Catalina Fish and Farming. Los autores agradecen de manera particular a Martha Prada y Nicasio Howard, de la Fundación árboles y Arrecifes de Providencia, por su valioso apoyo en el desarrollo del proyecto y logística durante los periodos de recolección de las muestras. Un especial reconocimiento a Gerardo Andrés Torres, Director de la Unidad de Microscopia Electrónica de la Universidad del Cauca. Igualmente a Edgar Rincón por su apoyo en la preparación y observación de las placas histológicas.

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Recibido: noviembre 26 de 2010.
Aceptado para su publicación: mayo 2 de 2011.