Morfometría y genética de especies selectas de peces del Noroeste de México Proyecto SIP‐IPN 20071244
Director: Dr. José De La Cruz Agüero Resumen
La región noroeste de la república mexicana alberga una vasta riqueza de especies marinas que de hecho la han convertido en la zona de mayor importancia pesquera del país. De entre recursos, los peces generan una importante derrama económica en el contexto de la propia explotación como en la generación de empleos y divisas. No obstante que en la actualidad se tiene una visión más o menos completa de las existencias ícticas que habitan esta región, con un estimado mayor a las 1,200 especies, aún existen problemas de definición de poblaciones (stocks) bajo explotación, de complejos de especies relacionadas y en mayor medida de las relaciones filogenéticas y biogeográficas de la ictiofauna de esta región del Pacífico mexicano. De este conjunto de especies de peces, las familias Gerreidae (mojarras) y Clupeidae (sardinas), representan importantes recursos de la pesca artesanal e industrial, respectivamente, con una problemática taxonómica, que se propone abordar por métodos morfométricos (tradicional y geométrico) y genéticos (PCR).
Específicamente se analizarán los géneros Diapterus y Gerres (Gerreidae) y Sardinops (Clupeidae) buscando una mayor resolución y conclusiones por dos metodologías complementarias para clarificar la composición y grado de relación entre las especies reconocidas por aquellos protocolos.
Dentro del género Sardinops se buscará establecer el grado de independencia de las poblaciones explotadas a lo largo de la costa occidental de Baja California Sur, incluyendo la exploración de la existencia de una nueva forma dentro del complejo lagunar de Bahía Magdalena, B.C.S. En este mismo contexto se evaluará la consistencia taxonómica de la única especie de distribución amfiamericana de Gerreidae: Gerres cinereus (Walbaum) y la posible validez de G. simillimus para el Pacífico oriental.
Dentro del género Diapterus se analizará la relación entre D. peruvianus (=D.
brevisrostris)‐ D. aureolus y sus congéneres D. auratus y D. rhombeus del océano Atlántico.
Introducción
Los peces de la familia Gerreidae, conocidos comúnmente como mojarras, forman
grandes cardúmenes que son aprovechados por la pesca comercial particularmente del
sureste asiático (Clucas, 1997), donde las capturas con mayor énfasis en las especies
del género Gerres superan las 10,000 toneladas métricas por año (FAO, 1995). En
México, aunque no son explotadas en gran escala para consumo humano, las mojarras representan un recurso pesquero artesanal importante (e.g. Aguirre y Yáñez Arancibia, 1986), que para el año de 2001 superó las 1,800 toneladas (FAO, 2005).
Nominalmente dentro de la familia se reconocen 8 géneros y cerca de 100 especies (Eschmeyer 1998). Sin embargo, el estatus taxonómico de más de 50 especies nominales y el de los géneros Ulaema y Xystaema, no ha sido revisado recientemente (De La Cruz Agüero, 2001). De éstos 2 son monotípicos: Parequula y Pentaprion, 7 especies se admiten como válidas en Eugerres, 4 en Diapterus, 11 en Eucinostomus y 26 en Gerres (Froese y Pauly, 2007).
Particularmente, las especies de los géneros Diapterus Ranzani 1842 y Eugerres Jordan y Evermann 1927, se distinguen por presentar el margen del preopérculo notablemente aserrado, siendo el estado del preorbital y la coloración del cuerpo los caracteres distintivos entre ambos géneros (Castro Aguirre et al., 1999, Deckert, 1973, Deckert y Greenfield, 1987; González‐ Acosta, 2005). De acuerdo a la última revisión taxonómica (e.g. Deckert, 1973; Deckert y Greenfield, 1987), el género Diapterus incluye cuatro especies que habitan exclusivamente las costas del continente americano. No obstante existen algunos problemas taxonómico nomenclaturales relativos a D. peruvianus, especie descrita originalmente como Gerres peruvianus por G. Cuvier y subsecuentemente sinonimizada con Diapterus brevirostris (Sauvage, 1879). En su revisión, Decker (1973) estableció que este último binomio debería considerarse como valido, aunque sus análisis taxonómicos no presentan evidencias de valor (Álvarez Pliego, 2004), por lo que D. peruvianus es el taxón reconocido actualmente como válido (e.g. Allen y Robertson, 1994; Bussing, 1995; Castro‐Aguirre et al., 1999). Esta última problemática en Diapterus ha sido abordada recientemente por González Acosta et al. (2007), retomando la precedencia del binomio de H. E.
Sauvage. Por otra parte, el estatus taxonómico de D. aureolus ha sido también motivo de controversia, sin que haya sido revisado recientemente.
En lo que respecta al género Gerres se caracteriza por presentar el borde del preopérculo liso, carácter que comparte con Eucinostomus Baird y Girard, 1855, pero se distingue de éste último por la longitud de la segunda espina anal que es mayor que la altura del pedúnculo caudal y por la ausencia del cono interhemal, carácter diagnóstico de aquel género, el cual es una estructura en forma de cilindro hueco resultado de la fusión de los dos primeros pterigióforos anales (De La Cruz‐Agüero, 2001). Sin embargo a pesar de su abundancia e importancia Gerres, reconocido actualmente como un género monotípico en América, compuesto por G. cinereus, (Walbaum, 1792), permanece sin ser estudiado en su taxonomía, lo que ha ocasionado problemas nomenclaturales: Regan (1906‐1908) propuso una forma diferente a G.
cinereus en el océano Pacífico reconociendo a G. simillimus para esta cuenca;
posteriormente Meek y Hildebrand (1925) consideraron que no existían diferencias
entre los ejemplares de ambas costas por lo que postularon la existencia de una sola especie en América, denominando así a G. simillimus como un sinónimo de G.
cinereus.
El presente trabajo, se aborda el estudio taxonómico de los géneros Diapterus y Gerres en las costas de América, para determinar si las afinidades morfológicas se relacionan con la nomenclatura intra‐genérica actualmente aceptada para estos géneros, mediante la cual se podría reconocer o rechazar la existencia de un complejo de especies (e.g., Regan, 1906‐1908; De La Cruz‐Agüero, 2001). Las relaciones taxonómicas morfométricas son analizadas por medio de técnicas estadísticas univariadas y multifactoriales.
Métodos y materiales
En la taxonomía, la utilización de métodos numéricos, para el análisis de la forma corporal, hace posible la comparación e interpretación objetiva y precisa de los patrones de variación y covariación de los caracteres entre los organismos, aportando al mismo tiempo información para el esclarecimiento de los procesos evolutivos responsables de tales patrones (Bookstein, 1982; Reis, 1988; Rohlf, 1990). Estas técnicas tratan de analizar la forma corporal de los organismos, en donde se involucran diferentes áreas de la biología, como por ejemplo, dimorfismo sexual, asimetría fluctuante, evolución de estrategias de vida, análisis de polimorfismo, taxonomía/sistemática, estudio sobre adaptaciones, relaciones entre la forma y ambiente, estudio de la talla, limites fisiológicos y alometria (e.g. Bookstein, 1983;
Marcus, 1990, Rohlf y Marcus 1993, Adams et al, 2004).
Específicamente en los análisis taxonómicos, la aplicación de estas técnicas pretenden presentar gráficamente en pocas dimensiones (idealmente en dos o tres) la separación entre las especies, relativa a la variación intra ‐ interespecífica de los caracteres morfométricos utilizados. Estos métodos (e.g. análisis discriminantes; análisis de variables canónicas) permiten apreciar la separación de los grupos en un espacio multifactorial, indicando el aporte diferencial de cada variable a la discriminación de las especies en las funciones canónicas resultantes (Reyment et al. 1984; Albrecht, 1980). Por otra parte, estas funciones pueden ser utilizadas para identificar o asignar nuevos especímenes a una u otra especie (De La Cruz Agüero y Galván, 1993).
Diapterus spp.
El material biológico utilizado fue obtenido en préstamo o donación de diversos
museos y colecciones científicas. Estos materiales pertenecientes a las especies
seleccionadas (D. peruviannus y D. rhombeus) fueron recolectados en diferentes
localidades dentro de ámbito de distribución geográfica. Los ejemplares en el
laboratorio fueron nuevamente determinados utilizando fuentes bibliográficas pertinentes (e.g. Randall y Vergara, 1978; Bussing, 1995; Castro Aguirre et al., 1999).
Se seleccionaron preferentemente aquellos ejemplares en un intervalo de talla mayor o igual a 90 mm de longitud patrón. Para cada una de las especies se calcularon, a partir del número total de organismos medidos, la media, desviación estándar, valores mínimos y máximo de longitud. El protocolo de mediciones se ilustra en la figura 1.
Figura 1. Distancias morfométricas de los organismos Diapterus peruvianus y D. rhombeus, utilizadas. Modificado de Matheson y McEachran, 1984 y De La Cruz Agüero, 2001).
Los especímenes fueron fotografiados en su costado izquierdo por medio de una cámara digital Sony Mavica FD81®, para obtener las imágenes digitales empleadas en los análisis. Cada organismo fue colocado en posición lateral en una charola sobre una placa de unicel o poliestireno, sujetados por alfileres con el propósito de exponer todas las estructuras como: espinas y radios y evitar así que las estructuras se enmascararan. Una vez digitalizadas, las imágenes se editaron mediante del programa de cómputo Adobe Photoshop® versión 8.0.
Gerres spp.
Se utilizaron ejemplares del género Gerres provenientes de las costas del Océano Atlántico y Pacífico de América. Una alta proporción de estos materiales se encuentra depositado en la Colección Ictiológica (CI) del CICIMAR–IPN y proviene tanto de la misma colección, como de préstamos o donaciones de otras de referencia nacional como la Colección Nacional de Peces del Instituto de Biología de la UNAM (CNP‐
IBUNAM), Escuela Nacional de Ciencias Biológicas del IPN (CIENCB‐IPN), Colegio de la
Frontera Sur, unidad Chetumal (ECO‐CH) y la Colección de Peces de la Universidad
Autónoma de Baja California (UABC) y otros del ámbito extranjero, cuyos ejemplares
se han obtenido a través de convenios con la CI. Primeramente, se llevó a cabo un
proceso de validación taxonómica de la especies a partir del análisis comparativo de los atributos morfológicos y merísticos de los ejemplares de Gerres spp provenientes de ambas cuencas oceánicas de América, los cuales incluyen ejemplares tipo y aquellos obtenidos en colecciones y museos mencionados, que se corresponde con el ámbito de su distribución geográfica conocida. Los organismos se identificaron con base en la literatura especializada.
Análisis merístico. La detección de caracteres diagnósticos entre las especies se evaluó por atributos merísticos comúnmente utilizados en estudios de este tipo para peces (Cailliet et al., 1986; González‐Acosta, 2005; González‐Acosta et al., 2005), tales como el conteo de espinas y radios de todas las aletas, número de branquiespinas, numero de escamas con poro en la línea lateral.
Análisis morfológico. Se evaluó los rasgos más conspicuos de la morfología externa de los ejemplares obtenidos y se determinaron aquellos que aportan más información y que permiten una mayor discriminación entre los ejemplares de Gerres, tales como la presencia de escamas en el surco premaxilar, longitud del hocico, longitud del pedúnculo caudal, longitud de la cabeza, longitudes de las espinas de las aletas entre sí, altura del cuerpo, perfil de la cabeza, patrón de coloración a diferentes tallas, longitud de la maxila en comparación al ojo y al resto de la cabeza, ancho interorbital, forma de las porciones radiosas de las aletas anal y dorsal y tipos de aleta caudal que presenten.
Resultados Diapterus spp.
Se revisaron un total de 157 especímenes de Diapterus, de los cuales se determinaron a 75 como miembros de la especie D. peruvianus y 82 correspondientes a D.
rhombeus. El intervalo de tallas (Longitud Patrón) para cada una de las especies fue 5.9 cm a 17.9 cm para D. peruvianus y 6.9 cm a 20.8 cm para D. rhombeus, con una LP (longitud patrón) media de 107.107 y 99.60, respectivamente.
A partir de los ejemplares seleccionados se conformaron 3 bases de datos, consistentes en:
1. Fotografías en formato digital (jpg) de las especies D. peruvianus y D. rhombeus 2. Fotografías en formato digital ilustrando las distancias y cotas homólogas de los ejemplares digitalizados por cada especie (formato tps).
3. Variables morfométricas de cada espécimen por especie y de acuerdo a cada
uno de los protocolos de medición.
Se obtuvieron un total de 16 mediciones. Cabe hacer notar que en el presente estas mediciones (distancias morfométricas, ver Fig. 1) fueron obtenidas mediante el programa CoordGen6 (Zelditch et al., 2004), a partir de la base de datos fotográficos de las especies. No obstante un análisis de variancia entre las LP medidas en cada ejemplar con un vernier o pie de rey y las LP generadas a partir de las fotografías no presentó diferencias significativas (p< 0.05), por lo que se considera que las variables así generadas, representan una estimación confiable de las mismas. La implementación y manejo de los programas para la generación de las variables (TPS y CoordGen6), considerando 16 mediciones por cada espécimen, consumió un tiempo aproximado de 72 horas. Los requisitos técnicos se pueden considerar como de bajo nivel ya que tanto los programas de digitalización como los de análisis estadísticos involucrados no conllevan un alto grado de cálculo matemático y conocimiento estadístico.
En estos análisis estadísticos se utilizaron un total 157 organismos, de los cuales 75 pertenecieron a D. peruvianus y 82 a D. rhombeus, considerando 15 variables morfométricas por cada especie (Fig.1). Se hace notar que en el presente análisis la LP no fue incluida). Se obtuvo una función o variable canónica (VC1) con un valor propio de 1.980, 100% de la varianza y una correlación canónica de 0.815, que indica una fuerte asociación entre los grupos y las variables incluidas. Se obtuvo un valor calculado de Chi‐cuadrada χ2= 217.17, con 120 g.l., un valor crítico de χ2= 146.56, a un nivel de p< 0.0001 (valor asintótico de Chi‐cuadrada calculado mediante la prueba estadística de Box). Al umbral de significación Alfa α=0.050 se puede rechazar la hipótesis nula de igualdad de las matrices de covarianza intra‐grupos. Dicho de otro modo, la diferencia entre las matrices de covarianza intra‐grupos (especies en este caso) fue significativa. Cabe mencionar que las otras pruebas de significancia (aproximación del F de Fisher y de Kullback) arrojaron resultados similares.
El aporte de las variables a la VC1 sugiere a partir de sus coeficientes que las de mayor contribución para diferenciar a D. peruvianus y D. rhombeus son: LPO (longitud postorbital), AC (altura del cuerpo), LHO (longitud del hocico) y LCE (longitud cefálica) (Tabla I).
Los centroides para cada uno de los grupos (D. peruvianus (P) y D. rhombeus (R)) presentaron valores (P= 1.462 y R= ‐1.337), significativos de acuerdo a las distancias de Mahalanobis y su aproximación al F de Fisher (P= 17.25; R= 6.22).
El estadístico lambda de Wilks (λ) proporcionó un valor de λ= 0.336, con un valor
observado de F= 18.608 y un valor crítico de F= 1.740, a un nivel de p< 0.0001, con
g.l.1= 15 y g.l.2= 141. Al umbral de significación Alfa=0.050 se puede rechazar la
hipótesis nula de la igualdad de los vectores medios de los dos grupos. Dicho de otro
modo, la diferencia entre los centroides de los dos grupos es significativa. El presente
AVC con las variables involucradas, por tanto arroja un 66% (1‐ λ) de efectividad en la discriminación entre especies.
Finalmente, el grado de precisión relativa del Índice de Integridad Taxonómica (e.g.
porcentaje de asignación correcta de los especímenes identificados a priori, calculado por el AVC entre los taxa analizados), fue del 95.50% promedio considerando ambas especies. La clasificación a posteriori resulto errónea para 3 especímenes de D.
peruvianus y 4 de D. rhombeus (Tabla II).
Tabla I.‐ Aporte de las variables a la VC1. Con asterisco se destacan las de mayor contribución.
AC(Altura del cuerpo), ACA(Altura de la cabeza), LHO(Longitud del hocico), LO(Diámetro de la orbita ocular), LPO(Longitud postorbital), LPD(Longitud predorsal), LBD(Longitud base de la aleta dorsal), L2ED(Longitud de la segunda espina dorsal), APC(Altura pedúnculo caudal), L2EA(Longitud de la segunda espina anal), LBA(Longitud de la aleta anal), LAP(Longitud de la aleta pélvica), LAPE(Longitud de la aleta pectoral), LCE(Longitud cefálica), LMS(Longitud mandibular superior).
Variable F1
AC ‐0.025*
ACA ‐0.011
LHO 0.023*
LO ‐0.005
LPO 0.034*
LPD 0.021
LBD 0.007
L2ED 0.004
APC 0.011
L2EA 0.012
LBA 0.005
LAP 0.007
LAPE ‐0.002
LCE ‐0.023*
LMS ‐0.014
Tabla. II. Matriz del Índice de Integridad Taxonómica (I.I.T ) de los ejemplares de las especies de D. peruvianus y D. rhombeus (I.I.T. : certidumbre en la discriminación)
D. peruvianus D. rhombeus Sumas I.I.T.
D. peruvianus 72 3* 75 96%
45.86% 1.91% 47.77%
D. rhombeus 4* 78 82 95%
2.55% 49.68% 52.23%
Sumas 76 81 157
48.41% 51.59% 100.00% **95.5%
* Organismos mal clasificados. Porcentaje de error en la clasificación: 4.5 %. **Promedio de efectividad en la discriminación.
Gerres spp.
Para el presente estudio se utilizaron ejemplares provenientes del Océano Atlántico y Pacífico de América. Se analizaron un total de 152 organismos, 75 pertenecientes a la cuenca del Atlántico y 77 a la cuenca del Pacífico.
Diagnosis. Para la única especie reconocida actualmente en ambas costas del continente americano su diagnosis es la siguiente: Cuerpo comprimido y bastante alto (altura comprendida de 2,3 a 2,4 veces en la longitud estándar); extremo posterior del maxilar situado por debajo del borde anterior del ojo; borde del preopérculo liso;
aletas pectorales largas, extendiéndose más allá del ano y casi hasta el origen de la aleta anal; diversas franjas verticales oscuras en los flancos; aletas pélvica y anal amarillentas; Aleta dorsal con IX, 10, aleta anal con III,6 – III, 7.
Análisis Merístico. En la tabla III se presentan los datos merísticos de los ejemplares analizados para cada una de las cuencas. De manera frecuente se observó en los organismos un total de 19 elementos en la aleta dorsal (nueve espinas y diez radios), 10 en la aleta anal (tres espinas y sietes radios en general), 15 radios en la aleta pectoral, conteos que no permiten la diferenciación entre cuencas a partir de estos caracteres.
Tabla III. Modas de los conteos merísticos de los ejemplares analizados de ambas cuencas
Gerres cinereus
Atlántico Pacífico
Aleta Dorsal IX, 10 IX, 10
Aleta Anal III, 7 III, 7
Aleta Pectoral 15 15
Aleta Pélvica I,5 I,5
Branquiespinas (rama inferior) 8 8
Branquiespinas (rama superior) 3 3
Branquiespinas (totales) 11 11
Escamas entre dorsal y línea lateral 5 5
Escamas con poro en línea lateral 39‐47 38‐42
Barras verticales bien definidas 4 7
Los conteos de branquiespinas de la rama inferior del primer arco fueron constantes en ambas cuencas con una moda de 8, en la rama superior 3 y totales 11, aunque de acuerdo a la anterior este carácter tampoco sirve para separar entre especies distintas a los ejemplares de ambas cuencas.
Respecto a las escamas del cuerpo se llevo a cabo un conteo de éstas en una línea vertical que va desde el inicio de la aleta dorsal hasta la línea lateral obteniéndose que en los ejemplares de ambas cuencas no se encontraron diferencias, con una moda de 5 escamas. Sin embargo el número de escamas con poro sobre la línea lateral si arrojó diferencias entre los ejemplares de ambas cuencas que aunque muestra una ligera superposición en la mayoría de estos, existe un intervalo que permite discriminarlos ya que en los organismos provenientes del Pacífico contabilizan desde 38 hasta 42 escamas, mientras que en los ejemplares del Atlántico se ubican desde las 39 hasta las 47 escamas.
Finalmente respecto a los caracteres más conspicuos de la morfología externa, se evaluaron y contabilizaron las barras verticales que presentaban los ejemplares de cada cuenca, es así como se observó en los ejemplares del Pacífico una media de 7 barras bien evidentes y 2 difuminadas, mientras que en los ejemplares del Atlántico resultó una media de 4 barras con 2 difuminadas. Cabe mencionar que éste carácter no varía, de acuerdo a lo observado, en ejemplares en estado fresco y aquellos que ya han pasado por un proceso de conservación ya que las barras son muy evidentes, incluso desde la etapa juvenil.
Análisis Morfológico: El análisis morfológico llevado a cabo arrojó diferencias entre los organismos de ambas vertientes. Primeramente se midieron estructuras del pez para posteriormente compararlas con longitudes corporales tales como las que se muestran en la Tabla II. Se observó que la longitud de la segunda espina anal, cuya medición es un carácter muy importante en la taxonomía de los Gerreidos, abarca 1.35 veces la altura del pedúnculo caudal en los ejemplares del Atlántico, mientras que en aquellos del océano Pacífico lo ocupa solo 1.1 veces.
Tabla IV. Proporciones corporales de los organismos analizados.
Gerres cinereus
Atlántico Pacífico
Longitud de la segunda espinal anal respecto a la altura del pedúnculo caudal
1.35 veces 1.1 veces
Espacio interorbital respecto a la longitud cefálica 3.5 – 4 veces 3 veces Longitud cefálica respecto a la longitud estándar 2.9 – 3.1 veces 3.4 veces Altura del cuerpo respecto a la longitud estándar 2.3 – 2.4 veces 2.6 veces Longitud del hocico respecto a la longitud cefálica 2.7 veces 2.9 – 3 veces
