14 minute read
Actividad acústica de Litopenaeus vannamei alimentado con dietas peletizadas y extruídas
El análisis de las señales acústicas es una herramienta excepcional para evaluar la ingesta de alimentos y las preferencias de los camarones, pero hasta el momento no se ha evaluado la relación entre las propiedades de textura de los alimentos para camarón y las respuestas acústicas de los mismos en la acuicultura. Este estudio desarrollado por académicos e investigadores de la Universidad de Auburn y la Universidad de Penambuco se centró en la evaluación de la actividad acústica de L. vannamei alimentado con dietas peletizadas y extruidas de formulación similar ofrecidas secas y empapadas en agua.
Por: Silvio Peixoto, Roberta Soares, Jose Filipe Silva, Santiago Hamilton, Amit Morey y D. Allen Davis *
Los crustáceos producen hacer al alimentarse. Algunos aná- esta especie para triturar el alimento sonidos de forma intencio- lisis realizados sincronizando audio durante la ingestión. Sin embargo, el nal por diversas razones que y vídeo, han demostrado que las conocimiento de las firmas acústicas incluyen comportamientos mandíbulas son las estructuras mor- de este proceso se limita a unos sexuales, territoriales y sociales. fológicas responsables de la emisión pocos estudios con dietas comerciaAsimismo, emiten sonidos involun- de sonidos durante la actividad de les peletizadas. tarios, ocasionados por el movimien- alimentación en los peneidos. El El método utilizado para proto en el sustrato, su movimiento chasquido se debe a la presencia de ducir los pellets de alimento puede al nadar y sonidos que pueden calcificaciones en las mandíbulas de tener un impacto directo en las pro- piedades fisicoquímicas del mismo, ya que la estabilidad del agua y la durabilidad física son generalmente menores en los pellets que en los alimentos extruidos. Hasta el momento, no se ha evaluado la relación entre las propiedades de textura de los alimentos para camarón y las respuestas acústicas de los mismos en la acuicultura.
El análisis de las señales acústicas es una herramienta excepcional para evaluar la actividad de ingesta de alimentos y las preferencias de los camarones. Por consiguiente, se han desarrollado sistemas automatizados de alimentación en función de las señales acústicas para diferentes especies, fases de cultivo y estrategias de gestión. Se ha demostrado que esos sistemas dan resultados prometedores para aumentar la productividad de la cría de L. vannamei, pero su perfeccionamiento tecnológico también depende de la evaluación de parámetros acústicos específicos relacionados con los patrones de actividad de alimentación, como la banda de frecuencia, el pico de frecuencia y la energía del sonido.
Es razonable formular la hipótesis de que estos parámetros son afectados por la fuerza de oclusión de las mandíbulas para cortar los pellets de alimento, que puede variar según las características de textura de los mismos. Este estudio se centró en la evaluación de la actividad acústica de L. vannamei alimentado con dietas peletizadas y extruidas de formulación similar, ofrecidas secas y empapadas en agua.
Materiales y métodos
Dietas comerciales y diseño experimental Se utilizaron dos dietas comerciales de formulación similar (36% de proteína cruda; Shrimp Grower SI-35; Zeigler) y mismo tamaño de los pellets (diámetro: 2.4 mm; longitud: 6.8 mm; peso: 0.045 g), pero fabricadas por extrusión (E) y procesamiento de pellets (P). La evaluación acústica se realizó con estas dietas secas y remojadas en agua durante una y dos horas, respectivamente.
Sistema de crianza y prueba acústica
Sesenta camarones adultos se almacenaron al azar en seis acuarios de vidrio (50 × 50 × 50 cm) llenos de 70 L de agua. Cada tres acuarios fueron asignados al azar para recibir una de las dietas (E o P), cuatro veces al día. Los camarones se aclimataron a las dietas durante cuatro días antes del comienzo del ensayo acústico.
Las cámaras acústicas se diseñaron con una tapa desmontable y una abertura en su zona media para el hidrófono y un tubo de silicona conectado a un embudo para guiar los pellets de alimento hacia la cámara. Se recogieron al azar tres camarones en ayunas, de un acuario de cada tratamiento (E o P) y se colocaron en el interior de cada cámara acústica. Se aclimataron 30 minutos, se alimentaron y el audio se grabó durante 30 minutos adicionales. Se añadió la misma cantidad de alimento (0.5 g) a cada cámara acústica y después de 30 minutos los restos se recogieron por sifonado en filtros como se ha descrito anteriormente.
Las grabaciones de audio se transfirieron de la grabadora a una computadora de alto rendimiento para su posterior análisis y se realizó la identificación manual de los pulsos de sonido aislados. Después de la identificación, se seleccionaron al azar 30 pulsos de sonido (clics) de cada dieta y combinaciones de tiempo para la caracterización acústica. Las variables seleccionadas para caracterizar los clics fueron: la duración del sonido en milisegundos (ms), la frecuencia mínima y máxima en kilo Hertz (kHz) y la energía máxima en decibeles (dB).
Figura 1. Vistas esquemáticas de la cámara de espuma acústica utilizada durante las grabaciones de Litopenaeus vannamei. A - Vista superior en diagonal. La flecha blanca indica la abertura (diámetro: 2.5 cm) en la zona media de la tapa extraíble para introducir el hidrófono y el tubo de silicona. B - Vista en corte que muestra el hidrófono conectado al registrador externo y su posición dentro de la cámara acústica (flecha blanca), así como el embudo y el tubo de silicona utilizados para guiar los pellets de alimentos hacia la cámara.
El oscilograma y el espectrograma de los archivos de audio se analizaron primero para eliminar manualmente cualquier ruido adicional en las grabaciones, como la comida que cae al agua o los golpes accidentales de los camarones contra el hidrófono. Además, se aplicó un filtro de paso de banda para eliminar la banda de frecuencia superior a 5 kHz evitando la posible interferencia de ruidos aleatorios de baja frecuencia. Después de este paso, se generaron selecciones automáticas con una duración fija de 15 segundos en los 30 minutos de audio y se calcularon los valores de amplitud de la señal (U) para cada intervalo de tiempo. Estos valores se utilizaron en gráficos de dispersión y su suma se consideró la energía total transmitida durante los 30 min de grabación para cada combinación de dieta y tiempo.
El análisis de regresión se utilizó para evaluar la relación entre el número de clics por secuencia de pulsos y los datos acústicos de las señales de la secuencia de clics [duración de la señal de la secuencia (ms) e intervalo de tiempo entre clics (ms)] utilizando el coeficiente de determinación (R2) como criterio crítico.
Resultados
Las variables acústicas de duración del sonido (2.48 ms), baja (3.94 kHz) y alta frecuencia (47.60 kHz) no mostraron ninguna diferencia estadística entre los tratamientos para el efecto principal o su interacción. Sin embargo, el pico de frecuencia fue significativamente mayor en los camarones alimentados con la dieta de pellets en comparación con los alimentos extruidos, 18.33 frente a 15.51 kHz, respectivamente. Además, se detectó un valor significativamente menor de energía máxima en ambas dietas cuando se las puso en remojo después de 2 h (88.96 dB) en comparación con los alimentos secos (tiempo 0; 92.01 dB) y se las puso en remojo durante 1 h (91.33 dB).
Aunque en todos los registros de todas las combinaciones de dietas y tiempos se observaron grupos de clics aislados producidos por una intensa actividad de alimentación, sólo se observó una ocurrencia inusual de señales de secuencia de clics (n = 35) cuando los camarones fueron alimentados con dietas remojadas (tiempo 1 y 2 h). La suma de la intensidad acústica (RMS) durante las grabaciones mostró diferencias significativas tanto dentro del efecto principal de la dieta como del tiempo, pero no por su interacción. Los camarones alimentados con dieta extruida produjeron una mayor amplitud de RMS (213.33 U) durante la actividad de alimentación que cuando fueron alimentados con la dieta peletizada (174.15 U).
En la Figura 2 se presentan datos agrupados de los niveles de amplitud del RMS durante los 30 minutos de registro de las dietas y los tiempos de remojo. El nivel general de RMS fue mayor cuando los camarones se alimentaron con la dieta extruida, mientras que la energía disminuye con el tiempo en el caso de los alimentos remojados. También es posible observar que la mayor parte de la energía se concentra en los primeros 15 minutos de las grabaciones.
Figura 2. Resultados de la amplitud (U) de la suma de intensidad acústica (RSM) de la señal acústica emitida por los camarones durante a alimentación. (A) dietas comerciales en seco extruídas y en pellets (B) dietas con diferentes tiempos de remojo previo a la alimentación.
Los parámetros acústicos de los clics aislados durante la actividad de alimentación de L. vannamei (13 a 35 g) se caracterizaron utilizando un alimento peletizado comercial con un diámetro de 2.4 mm y un contenido de proteína bruta del 35%. Aunque la mayoría de estos parámetros eran similares a los rangos registrados en nuestro estudio, la duración de los clics reportados previamente (4.7 ms) es casi el doble del valor actual (2.5 ms). Esta diferencia está probablemente relacionada con la cámara acústica utilizada para reducir el efecto de reverberación y resonancia de las señales de clic, en lugar de la superficie altamente reflectante del estanque de cristal (31L) utilizado, por lo cual se podría causar una sobreestimación de la duración de la señal debido a las múltiples reflexiones del sonido original. Debemos considerar que las variaciones de los parámetros acústicos durante la actividad de alimentación están causadas no sólo por el entorno de grabación, sino también por las características de las especies, tamaños y dietas de los camarones. En general, la firma de clic de L. vannamei no se vio influenciada por las combinaciones de dietas y tiempo. El pico de frecuencia más bajo de los alimentos extruidos, que es la frecuencia de la energía máxima, puede estar relacionado con su textura, ya que los alimentos mecánicamente más fuertes muestran picos de frecuencia más bajos. Adicionalmente, la menor dureza y el mayor contenido de humedad de las dietas empapadas se asocian probablemente a la menor energía de clics máximos.
No obstante, los parámetros acústicos de los clics aislados fueron consistentes considerando las variaciones observadas en el análisis de la textura de los alimentos. Las piezas bucales de los peneidos funcionan en movimientos coordinados durante la ingestión de alimentos, pero las mandíbulas funcionan de forma independiente. El alimento asegurado por los periópodos quelantes se transfiere a las piezas bucales y se coloca con precisión entre los procesos incisivos de las mandíbulas antes de la oclusión. Además, los peneidos y otros miembros de los crustáceos se desplazaron hacia la inclusión de fosfato de calcio para fortalecer los dientes de sus mandíbulas. Estas características funcionales y estructurales de las mandíbulas, junto con su emisión acústica, indican que se produce una firma de chasquido similar independientemente de la textura de los alimentos.
Se evidenció por primera vez de la aparición de secuencias de chasquidos como una firma acústica adicional durante la actividad de alimentación de los peneidos. Se han descrito secuencias de pulsos sonoros con otros crustáceos y se pueden asociar a las estructuras y respuestas de comportamiento diferente. Las langostas de la familia Palinuridae, por ejemplo, producen pulsos sonoros llamados “raspas” cuando son manipuladas o atacadas por el pulpo, por el sistema estridulatorio ubicado en la base de su antena
Las características acústicas de estas secuencias de frotamiento de mandíbulas (duración total, pulsos por señal e intervalo de tiempo pulso a pulso) son similares a las secuencias de clics registrados en el presente estudio para L. vannamei. Debido a la mayor duración de la señal de las secuencias de clics, la percepción del sonido es de roce o rechinamiento en comparación con el habitual clic o chasquido aislado emitido por las mandíbulas para triturar los pellets de alimento. Aunque se colocaron tres camarones en la misma cámara acústica durante las grabaciones, los pulsos de sonido fueron emitidos por las mandíbulas de un solo individuo, ya que los chasquidos que formaban el tren mostraban características acústicas únicas similares que pueden reconocerse fácilmente en el espectrograma por los niveles de energía distribuidos a lo largo de las bandas de frecuencia de los chasquidos. Además, el intervalo de tiempo medio entre clics (20 ms) es extremadamente corto para ser producido por un movimiento de oclusión mandibular completo, estimado en 300 ms. Este hecho también sugiere que los movimientos de frotamiento o rechinamiento están probablemente asociados a las secuencias de clic debido a la textura más suave de las dietas después de 1 h.
Análisis y conclusiones
La acústica se ha aplicado en gran medida para comprender las propiedades de la textura y manipular la estructura de diversos productos alimenticios, pero este enfoque también debería abordarse en los proyectos de investigación y desarrollo de la acuicultura, ya que puede añadir información valiosa para mejorar la tecnología y los beneficios de la utilización de alimentadores acústicos a demanda en la cría de camarones a escala comercial. La cantidad de energía acústica puede proporcionar información sobre las propiedades mecánicas del alimento.
Es importante notar que el consumo de alimentos fue similar para todas las combinaciones de dietas y tiempos, así como la firma de clic general. Por lo tanto, las diferencias observadas en los valores de RMS durante las grabaciones están probablemente relacionados con el número de clics generados al alimentarse con las diferentes texturas de la dieta. Se necesitan más estudios para evaluar si los periópodos y las piezas bucales de quelato pueden eventualmente desmoronarse e ingerir gránulos empapados sin necesidad de oclusión mandibular y, por consiguiente, sin emisión de sonido de chasquido.
La acústica se ha aplicado en gran medida para comprender las propiedades de la textura y manipular la estructura de diversos productos alimenticios, pero este enfoque también debería abordarse en los proyectos de investigación y desarrollo de la acuicultura, ya que puede añadir información valiosa para mejorar la tecnología y los beneficios de la utilización de alimentadores acústicos a demanda en la cría de camarones a escala comercial.
El fuerte ruido de fondo producido por los aireadores, las bombas de agua y otra maquinaria de mantenimiento son importantes interferencias sonoras para los sistemas de retroalimentación acústica en pequeños estanques. Una cantidad aún mayor de ruido se genera en los sistemas de producción intensiva y de recirculación que utilizan más de estos componentes mecánicos. La mayoría de los sonidos asociados a todos los sistemas de acuicultura son mayores en las bajas frecuencias (< 1 kHz), que se encuentran dentro del rango de audición de peces y crustáceos. Mientras que la firma de chasquido de L. vannamei en este estudio mostró un alto pico de frecuencia (> 15 kHz) para ambas dietas comerciales, la mayor intensidad acústica (RMS) de los alimentos extruidos secos puede ser una ventaja para la detección sonora de la actividad de alimentación en los sistemas de cultivo. Por lo tanto, no sólo deberíamos optimizar la ingeniería del sistema para reducir el posible impacto sonoro en los animales de cultivo, sino también mejorar las perspectivas de utilización acústica de los alimentos para los sistemas autoacoplados.
Los parámetros de la firma de clic de L. vannamei no fueron influenciados de manera significativa por las combinaciones de dietas y tiempos diferentes. Sin embargo, la aparición de las secuencias de clics se registró por primera vez durante la actividad de alimentación. Además, las propiedades de textura de las dietas peletizadas y extruidas están estrechamente relacionadas con la intensidad acústica (RMS) producida por L. vannamei durante la actividad de alimentación. La mayor dureza de los alimentos extruidos se traduce en una mayor RMS que la dieta peletizada seca, lo que podría ser una ventaja para la detección sonora de la actividad de alimentación en los sistemas de cultivo. La menor intensidad del sonido observada cuando ambas dietas se empaparon sugiere que los pellets de textura más blanda pueden ser eventualmente ingeridos sin necesidad de oclusión de las mandíbulas. Se recomienda realizar más estudios para mejorar nuestros conocimientos sobre la relación entre las propiedades de textura y las respuestas acústicas de los alimentos para camarones, especialmente teniendo en cuenta las posibles aplicaciones de los alimentos acústicos de forma efectiva en los sistemas de retroalimentación automática.
*Esta es una traducción y resumen realizados por el equipo editorial de Panorama Acuícola Magazine del artículo “Acoustic activity of Litopenaeus vannamei fed pelleted and extruded diets” autoría de: Silvio Peixoto, Roberta Soares, Jose Filipe Silva, Santiago Hamilton, Amit Morey y D. Allen Davis, que se publicó originalmente en abril de 2020 a través del Journal Aquaculture de Elsevier. Recomendamos a nuestros lectores consultar la versión original para profundizar en el tema, a través de este link: https://doi.org/10.1016/j. aquaculture.2020.735307
