Nutrientes en un Acuario de Arrecife por Jörg Kokott

Traducido por "Fatboy"

El tema de los “nutrientes” es de una importancia fundamental cuando se trata de la manutención de un acuario de arrecifes. Estos, llenan numerosos capítulos de libros de texto, han sido tratados en una innumerable cantidad de artículos en revistas de acuarios, han sido sujeto de lecturas en congresos y simposios, y también son un tema que regularmente se trata en diferentes foros en Internet. Este es un tema que todo acuarista encuentra en forma tan temprana como lo es durante el proceso de planeación del acuario.

Un arrecife de coral es un ecosistema. De hecho, es el ecosistema marino más rico en especies en todo nuestro planeta. También es un ejemplo de cómo una comunidad biológica puede ser tan sensible a cambios en la disponibilidad natural de nutrientes.

Numerosos estudios que han sido conducidos en corales durante los últimos años, tanto en arrecifes naturales como en laboratorio, han producido información muy importante que también ha tenido impacto en la manutención de acuarios marinos. Cada acuario de arrecifes representa un caso individual y opera de una manera única. Como resultado de esto, los acuaristas de arrecife tienen diferentes visiones, opiniones y experiencias. De hecho, cuando se trata de nutrientes del contenido de nutrientes en el agua salada, casi no hay otro tema en el cual la opinión de tantos acuaristas difiera tanto el uno del otro.

Por lo mismo, es de suma importancia para el acuarismo “moderno” que los resultados de la investigación científica sean incorporados a nuestro hobby. Necesitamos obtener un mejor entendimiento de las complejidades del tema nutrientes para de esa forma encontrar una aplicación práctica para esta nueva información, y que sea hecho mediante discusiones calificadas.

La información básica acerca de nutrientes que “todo” acuarista de arrecifes debería manejar, puede ser encontrada en libros que están plenamente disponibles para los cultores de este hobby (ej: Fossa & Pilsen 2001, Adey & Loveland 1998, Delbeek & Sprung 1996). En este y otros artículos que serán publicados en el futuro, trataré de entregarles información básica acerca del tema nutrientes. Lo más importante es que espero entregarles información nueva obtenida de estudios científicos recientes y que pueden ser aplicados en la parte práctica de la manutención de un acuario de arrecifes.

Esta serie también pretende presentar las experiencias de un gran número de acuaristas de arrecifes Alemanes, los cuales han estado participando con mi persona, en diferentes foros alemanes. Muchas discusiones muy productivas sobre el tema nutrientes y que han beneficiado a todos los que han participado de ellas, han producido una gran número de datos y opiniones que me gustaría traspasar a otros acuaristas que estén interesados en el tema. Por lo tanto, este artículo también proveerá una especie de instantánea sobre lo que es el actual entendimiento de los “nutrientes” entre los acuaristas de Europa central.

En la primera parte de esta serie, les entregaré una definición del término “nutrientes” y discutiré brevemente los mas importantes nutrientes en el acuario de arrecifes. También incluiré una discusión acerca de los medios disponibles para la medición de contenidos nutricionales del agua salada. Esto estará seguido por una vista a los arrecifes de coral como medio de mostrar a que nivel de concentraciones los nutrientes mayores están presentes en un ambiente natural.

En la segunda parte, discutiré acerca de la alimentación de corales que contienen zooxanthellae. También tocaré el tema de la simbiosis que existe entre los corales y la zooxanthellae y discutiré acerca de la alimentación heterotrófica de los corales (esta parte ya fue traducida y se encuentra disponible en “Como se Alimentan los Corales).

¿Qué son los nutrientes?

Generalmente hablando, el término “nutrientes” se refiere a todos aquellos compuestos químicos que pueden ser absorbidos por organismos y que contienen elementos nutricionales. Ellos pueden servir para la producción de energía (nutrientes primarios) o facilitar ciertas funciones en su metabolismo (nutrientes esenciales).

Los elementos nutricionales son elementos químicos que en una forma u otra, son de vital importancia para un organismo. Aunque todos los organismos absorben una multitud de elementos desde su entorno, esto no significa que todos estos elementos sean esenciales para la sobre vivencia de esos organismos. Muchos elementos químicos son absorbidos de una manera pasiva (vía comida o absorción por la piel) y aunque se almacenan en los tejidos, pueden en realidad a no cumplir ningún tipo de función vital.

La gran gama de organismos que habitan este planeta es consistente con los diferentes organismos que tienen diferentes composiciones químicas. Como consecuencia de esto, un elemento químico que resulta vital para un organismo puede resultar ser de nula importancia para otro.

Los nutrientes primarios para animales están básicamente compuestos de carbohidratos (azucares), lípidos (grasas) y proteínas. En una reacción con oxígeno (quemando) obtenida a través de la respiración, estos nutrientes esenciales sirven para producir masa (masa corporal) y mantener todos los procesos metabólicos que requieren de energía.

Por otra parte, los nutrientes esenciales cumplen con funciones vitales en el metabolismo de un organismo. Esto incluye a las vitaminas, cierto tipo de aminoácidos, ácidos grasos y minerales. Mientras los tres primeros consisten de moléculas orgánicas, los minerales son siempre de naturaleza inorgánica. Las moléculas orgánicas son compuestos químicos basados en el elemento carbono. Este nombre se origina hace varios siglos, cuando los científicos todavía creían que estas sustancias solo podían ser producidas por organismos vivientes (hoy en día se sabe que esto no es cierto). En contraste, las sustancias inorgánicas se encuentran en la naturaleza inanimada. Es importante saber que las moléculas orgánicas son siempre producidas de material que originalmente es inorgánico, ya sea mediante las reacciones químicas de organismos, o sintéticamente preparados por el hombre en instalaciones industriales.

Esto sugiere que el término nutriente describe a una multitud diferente de elementos químicos. En la mayoría de los casos, a lo que se refiere un acuarista cuando se refiere al término nutriente, son a los minerales inorgánicos que se encuentran disueltos en el agua salada. El termino “sales nutricionales” también es utilizado de esta manera, cuando se hace referencia a moléculas o compuestos iónicos (por ejemplo, aniones de nitratos o NO3-), o el término “elemento nutricional” cuando se hace referencia a un solo elemento que es de vital importancia (ej: hierro o Fe). Muchos elementos nutricionales se encuentran incluidos como componentes de sales nutricionales, tal como es el caso del nitrógeno, el cual está contenido en la molécula de nitrato.

Sin embargo, algunos elementos nutricionales se presentan en forma disociada (disociación = el rompimiento de moléculas). Están disponibles como iones disueltos en agua salada y no están amarrados a ningún tipo de estructura molecular. Ejemplos de esto puede ser el sodio (Na+) o el calcio (Ca2+). Para los propósitos de este artículo, solamente hablaré sobre los nutrientes que hacen referencia a sales nutricionales inorgánicas (ej: el anión nitrato) o utilizaré el término elemento nutricional si necesito hacer mención a un solo elemento químico, tal como el Nitrógeno.

En este punto, permítanme introducir y definir dos nuevos términos. Considerando la variación de concentraciones dentro de un organismo, hay una necesidad de distinguir entre macro y micro nutrientes. Los macro nutrientes se definen como aquellos que se encuentran en una concentración mayor a 1 miligramo por gramo (peso seco). Por el contrario. Los micro nutrientes están presentes en concentraciones menores a 1 miligramo por gramo (peso seco). En química marina, los elementos individuales presentes en el agua salada están agrupados en macro y micro elementos y su clasificación también se basa en su concentración, pero esta vez dependiendo de es mayor o menor a 1 miligramo por litro. De esto se puede desprender que muchos macro elementos en el agua salada, son micro nutrientes para los organismos que viven en el y viceversa.

Como consecuencia de lo anterior, algunos elementos nutricionales necesitan ser acumulados en un organismo, mientras la excesiva absorción de otros elementos debe ser evitada.

¿Qué nutrientes son importantes para un acuario de arrecifes?

A parte de los peces e invertebrados animales, tales como erizos, caracoles, al mejas o crustáceos, también nos preocupa la manutención de ciertos tipos de alga y corales. Por supuesto, los corales también son animales, pero para la mayor parte, los corales que mantenemos en nuestros acuarios son especies que viven en una relación simbiótica muy cercana con un alga del tipo unicelular. Esta alga es la que se conoce como zooxanthellae.

Ya que la zooxanthellae son organismos vegetales capaces de y dependientes de la fotosíntesis, fuerzan a su pareja animal a una vida en la luz. Como consecuencia, las algas que viven en el acuario y los corales con zooxanthellae pueden ser agrupados en un solo grupo funcional. En cuanto a nutrientes se refiere, esta agrupación elimina la necesidad de tratar a las algas y los corales con zooxanthellae en forma separada. La zooxanthellae que vive al interior de nuestros corales, tiene las mismas necesidades que las otras algas que viven en nuestros acuarios.

Las plantas son capaces de utilizar la energía de la radiación solar para la producción de nutriente primarios que son ricos en energía (tal como los carbohidratos). En otras palabras, las plantas producen su propia comida. Para ser capaces de hacerlo, necesitan absorber ciertos materiales básicos inorgánicos desde su ambiente.

En un sistema acuático, las plantas absorben nutriente en forma directa desde el agua que las rodea, o como lo hacen las plantas terrestres, desde el suelo. Por el contrario, las algas al no tener raíces, para poder cumplir con sus requerimientos nutricionales necesitan utilizar en forma exclusiva el método de absorción desde el agua.

Uno de los nutrientes mas importantes en este contexto, es el dióxido de carbono (CO2). Este compuesto de carbono inorgánico es el material crudo para la producción de nutrientes primarios a través de la fotosíntesis. El CO2 se disuelve rápidamente en el agua y está disponible para la mayoría de las plantas acuáticas en forma de CO2 disuelto o iones de bicarbonato (HCO3-). Esto sucede porque el CO2 y el agua (H2O) reaccionan para formar ácido carbónico (H2CO3) y en un proceso posterior, formar bicarbonato (HCO3-). Aunque no podemos olvidarnos por completo de este nutriente vital en la práctica a diario del acuarismo de arrecifes, su suplemento está a cargo de la intensa circulación de agua y en particular, a través de la acción de los skimmers de proteína. Ambos facilitan la reacción del CO2 que hay en el ambiente con el agua del acuario, y por lo tanto, lo hacen estar disponible para la acción de fotosintetizar.

Una deficiencia de CO2 o aniones de bicarbonato, puede sin embargo ocurrir en refugios donde las algas son iluminadas en períodos de 24 horas continuas. El tema de la carencia de CO2 ha sido tratada con detalle en otras publicaciones (ej: Brockmann 1999) y no se encuentra dentro del ámbito de este artículo. Otros nutrientes importantes incluyen compuestos nitrogenados, tales como el amonio o el nitrato, y los compuestos fosfóricos (especialmente el fosfato inorgánico y ortofosfatos).

También debemos considerar otros nutrientes que normalmente se encuentran en el agua salada, pero solo a concentraciones bastante menores. Ellos son micro elementos en el agua, pero son macro nutrientes para las algas. Este es por ejemplo el caso de aquellos elementos que siempre identificamos como elementos traza. Estos incluyen elementos nutricionales tales como el fierro (Fe2+ y Fe3+), Manganeso (Mn2+), Molibdeno (Mo6+), Cobre (Cu2+), Zinc (Zn2+) y Cobalto (Co2+), los cuales tienen un importante rol que cumplir como constituyentes de enzimas en procesos metabólicos.

Nutrientes orgánicos e inorgánicos disueltos

Cada compuesto orgánico es producido desde su base constitutiva inorgánica, y cuando estos compuestos orgánicos son degradados, se disocian en los mismos materiales básicos inorgánicos. Veamos por ejemplo el caso de los amino ácidos: Un amino ácido consiste de una serie de componentes, uno de los cuales es el ión amonio NH4+.

Muchos organismos son capaces de producir amino ácidos ellos mismos y las plantas se sabe que son capaces de sintetizar muchos si no todos los amino ácidos que necesitan. Para poder hacerlo, necesitan absorber iones de amonio desde su ambiente. Cuando los amino ácidos son eventualmente degradados, el ión de amonio es liberado y una vez mas estará disponible como un nutriente inorgánico.

Esto significa que el elemento nutricional nitrógeno (N) puede estar disponible para los organismos tanto en forma de nutriente inorgánico (NH4+) o como nutriente orgánico (amino ácido). El último caso es mas ventajoso ya que el organismo obtiene un amino ácido instantáneo y sin necesidad de tener que invertir energía para fabricar el mismo amino ácido.

Métodos para medir los niveles de nutrientes en un acuario de arrecifes

La industria del acuarismo provee de kits de testeo solamente para algunos de los nutrientes mencionados en este artículo. Los test que estén comercialmente disponibles y que están desarrollados para ser utilizados en agua salada, incluyen a aquellos para los nutrientes inorgánicos como el amonio (NH4+), Nitrito (NO2-) y Nitrato (NO3-), también como ortofosfatos (PO4 3-), Silicatos (SiO2) y Yodo (I2-). Desafortunadamente, esto nos deja sin poder medir una serie de otros elementos traza que son importantes, tales como el Fierro o Manganeso. Los test de medición de Fierro están disponibles para acuarios de agua dulce, y aunque muchos de los fabricantes dicen que pueden ser utilizados perfectamente en acuarios de agua salada, la mayoría de las veces no resulta ser así y producen resultados que son muy cuestionables.

Los elementos traza son dosificados generalmente por medio de los cambios de agua parciales que realizamos. Como resultado, nadie puede en realidad decir que conoce exactamente la concentración de aquellos elementos, por lo que nos resulta imposible poder determinar si hay una deficiencia o un exceso de dichos elementos. Entonces, con objeto de poder determinar de alguna manera si necesitamos o no dichos elementos, debemos observar cuidadosamente nuestras especies y luego relacionar la información a factores ambientales.

Los nutrientes orgánicos disueltos, que incluyen el nitrógeno orgánico disuelto (ej: en la forma de amino ácidos) o fósforo orgánico disuelto, no pueden ser medidos con ninguno de los test que están disponibles en forma regular. Por lo tanto, debemos recordar permanentemente que aunque nuestra agua contenga pocos nutrientes tales como nitrato o fósforo inorgánico, esto no significa necesariamente que podamos asumir que el agua tiene una baja concentración de nutrientes. De hecho, aunque el agua aparezca que está casi libre de nutrientes inorgánicos, puede contener nutrientes orgánicos y los cuales pueden facilitar la aparición de algas no deseables. Esto nos deja con un panorama que es difícil de resolver.

Muchos acuaristas de arrecife avanzados han estado testeando la precisión de los test de medición que hay disponibles en el mercado, en estudios bien planeados y que son fácilmente reproducibles. Ellos han demostrado que los análisis caros y la utilización de laboratorios especializados pueden ser evitados si uno recurre a prácticas meticulosas y desarrolla buenos procedimientos de trabajo. Estos análisis se han centrado mayoritariamente en fosfato, calcio y magnesio y han dejado al descubierto que muchos kits de medición producen resultados que son incorrectos o altamente inconsistentes. Sin embargo, a situación podría remediarse si los acuaristas avanzados unieran fuerzas con la industria del acuarismo con el propósito de desarrollar lo que urgentemente se necesita.

Por el momento, ustedes deben estar concientes de que cuando traten de determinar niveles de nutrientes en sus acuarios con un solo test, los resultados iniciales puedan no ser lo suficientemente concluyentes como para poder llegar a una conclusión. Estos resultados deberían ser verificados mediante la utilización de un test de otra marca, para ver si hay discrepancias entre ambos.

Los niveles de amonio, nitratos y ortofosfatos deberían ser medidos en forma regular. Los test de nitritos también son importantes durante la etapa inicial de un nuevo acuario. Es importante que sepan que todos los test tienen una determinada vida útil y por esta razón, antes de comprar cualquier test deben asegurarse de la fecha de expiración de este. También, la mayoría de los test recomiendan que se les almacene en lugares fríos y oscuros tales como un refrigerador, con el objeto de mantener su calidad hasta los límites de su vida útil.

Niveles de nutrientes en arrecifes de corales naturales

Los arrecifes de coral existen en ambientes marinos marcados por aguas con extremas deficiencias de nutrientes. El nivel de estos nutrientes está determinado por el lugar donde se encuentre el localizado el arrecife. Por ejemplo, un arrecife de coral oceánico está localizado lejos de la costa y en las laderas de islas volcánicas o estructuras montañosas (ej: Hawai, Maldivas, etc..), mientras que un arrecife nerítico se encuentra cerca de la costa. La razón para diferenciar ambos es que el de la costa, es que las aguas en este último contienen mas nutrientes que aguas que se encuentren mas alejadas. Esto se debe a la influencia de los ríos y las ciudades con toda su actividad humana. Muchas de la aguas costeras han sido contaminadas con fertilizantes y herbicidas, los cuales han tenido un impacto negativo y amenazan la sobre vivencia de muchos arrecifes.

Pruebas conducidas en aguas del océano abierto, han encontrado que ha sido casi imposible detectar cualquier valor nutricional. Por lo mismo, en estas áreas que son verdaderos desiertos nutricionales, es casi imposible la proliferación de algas u otros organismos vegetativos.

Sin embargo, cerca de una isla remota podemos encontrar arrecifes de coral – un oasis de vida en la mitad de uno de los desiertos mas grandes e inhospitalarios. ¿Cómo puede suceder ésto? Esto fue el foco de un investigación efectuada por el Centro de Ecología Marina de Bremen en Alemania, y donde se logró obtener nueva información con respecto a este tema (Ricther 1998). Un arrecife de coral puede considerarse como una trampa de nutrientes. En otras palabras, es un filtro muy eficiente de nutrientes orgánicos e inorgánicos disueltos en el agua.

Los arrecifes reciclan los nutrientes mediante una cadena de alimentación muy compleja. Este sistema funciona tan bien, que de hecho produce un exceso de nutrientes que es voluntariamente perdido en sus entorno de aguas bajas en estos. Esta es la única razón por la cual un arrecife de coral puede existir (aparte de la simbiosis que se da en sus corales). Pero siendo un sistema tan efectivo, igual está expuesto a factores externos que pueden desestabilizarlo, tal como lo es una gran cantidad de nutrientes provenientes de actividades relacionadas con la agricultura.

 

La Función Biológica y el Procesamiento de los Nutrientes por Jörg Kokott

Traducido por "Fatboy"

Nitrógeno

A parte del carbono, el nitrógeno es el elemento nutricional más común en los organismos vivientes. Este se encuentra en los amino ácidos, los cuales funcionan como bloques de construcción esenciales para las proteínas. Pero aparte de las proteínas, el nitrógeno es también una parte de otras innumerables sustancias orgánicas. Cada organismo procesa constantemente nitrógeno, lo libera a su medio ambiente y lo absorbe nuevamente. En general, los organismos en períodos de crecimiento tienen una mayor necesidad de nitrógeno. Después que un organismo muere, todo el nitrógeno es liberado una vez mas al medio ambiente.

El ciclo del nitrógeno

El ciclo del nitrógeno en un acuario de arrecifes es bastante complejo y es dependiente del tipo de filtración que se posea o se vaya a utilizar. El amonio (NH4+), los nitritos (NO2-) y los nitratos (NO3-), son moléculas inorgánicas que pueden transformarse en unas u otras. Cada una de ellas contiene un átomo de nitrógeno (N).

La oxidación del amonio en nitratos se llama nitrificación. Esta ocurre en forma natural, pero es bastante lenta en aguas saladas ricas en oxígeno (puede acelerarse con el uso de ozono).

La nitrificación es un proceso que tiene dos (2) etapas, donde el nitrito es el producto intermedio. En este proceso intervienen bacterias nitrificantes que reciben el nombre de bacterias oxidadoras de amonio y nitritos (BOA y BON), y las cuales se encuentran en grandes cantidades tanto en ambientes marinos como terrestres. Estas bacterias son autotróficas lo que significa que generan su propio alimento en forma muy parecida a como lo hacen las plantas. En los acuarios, estas bacterias se encuentran en sustratos ricos en oxígeno y en las superficies de las rocas.

La oxidación del amonio

La Nitrosomonas europaea ha sido generalmente considerada como la bacteria universal oxidadota de amonio, ya sea en el agua salada, agua dulce o en la tierra. Sin embargo, especies en el género Nitrosomonas son solo un grupo de bacterias oxidadoras de amonio (BOA). En un estudio, se encontró que las Nitrosomonas europaea eran dominantes en los acuarios de agua salada, pero solo se encontró en muy pequeñas cantidades en acuarios de agua dulce (Hovanec y DeLong 1996; Hovannec 1998). Las bacterias Nitrosococcus (especialmente la N. oceani/marina y la N. mobilis) y Nitrosospira también son bien conocidas como oxidadoras de amonio (Gieseke et al 2003; Rowan et al 2003; Burell et al 2001).

Los resultados de estas investigaciones acerca de la biodiversidad de las BOA en sistemas de filtración biológicos, son de mucho interés para los acuaristas marinos. Estos resultados demuestran que hay una significativa diferencia cuando utilizamos la misma agua pero con dos sistemas de filtración diferentes (Rowan et al. 2003). Mas aún, estudios recientes han descrito ciertos cambios en sistemas de filtración singles, tales como la composición de las bacterias y las diferencias en sus densidades en diferentes regiones del filtro. (Gieseke et al. 2003; Rowan et al 2003). Un concepto de filtro diferente y cambios en los flujos, pueden tener un efecto grande en la composición de la fauna bacteriana incluso cuando se utiliza la misma agua y condiciones similares.

La oxidación del nitrito

Las BOA producen nitrito, el cual es el material de partida para las bacterias oxidadoras de nitritos (BON). Altas concentraciones de amonio en aguas alcalinas (pH mayor a 7.0), tienen un efecto tóxico en las BON (Schlegel 1992), lo cual resulta en la población de solamente BOA en acuarios recién establecido. Estas bacterias empiezan a transformar el amonio en nitrito. Mientras mas nitrito se forma, mas posibilidades hay de que se formen BON, lo que en consecuencia provocará que se conviertan los nitritos en nitratos. Esta tardanza en la aparición de las BON ha sido probada experimentalmente (Hovanne et al 1998) y ha sido publicado en libros de acuarismo (Fossa y Nilsen 2001; Delbeek y Sprung 1996). El acuarista podrá detectar este fenómeno por la ocurrencia de cambios repentinos en las concentraciones de nitritos (bajando) y las concentraciones de nitratos (subiendo) durante el proceso de ciclado de un acuario nuevo.

Hay que mencionar que las poblaciones de BOA y BON no son para nada estables. Dependiendo del tamaño del acuario, la introducción de un solo cirujano puede ser suficiente para cambiar el balance. Un pez que se alimenta bien, produce grandes cantidades de amonio, lo cual hará que las BOA se vean sobrecargadas. Esto hará que la concentración de amonio suba una vez más, lo que producirá que las BON que se han logrado establecer, se envenenen. Este famoso “accidente” de nitritos es de ocurrencia muy normal en acuarios con poco tiempo de establecidos. La poca paciencia de los acuaristas generalmente lleva a que ocurra este tipo de desastre para los peces.

Las especies del género Nitrobacter y Nitrospira son parte las BON, y la bacteria Nitrobacter winogradsky fue considerada la dominante por un largo período de tiempo. Estudios recientes muestran una biodiversidad mucho más amplia (Giesek et al 2003; Hovanec et al 1998).

Análisis efectuados en varios acuarios de agua dulce y salados, mostraron solo la existencia de Nitrospira, mientras que la Nitrobacter no pudo se hallada (Hovanec y DeLong 1996). Tomando en consideración estos resultados, la utilización de BON comerciales para ayudar en el ciclado del acuario, podría ser cuestionable si el producto solo contiene Nitrobacter y no Nitrospira.

Aquí el problema resulta ser que la mayoría de las bacterias marinas no pueden ser identificadas o cultivadas. De hecho, hay reportes de que la Nitrospira no se habría cultivado si no hasta hace poco tiempo atrás.

El nitrato es el producto final de la nitrificación. El anión nitrato es el último estado de oxidación del nitrógeno, lo que lo hace ser sumamente estable en un ambiente salado. Debido a esta estabilidad, es normal que su concentración en el acuario suba si es que no es posible que este sea procesado. Un exceso de nitratos junto con una lata presencia de fosfatos, dará como resultado ataques de algas y un casi nulo crecimiento de los corales. La única manera de que un ataque de algas no ocurra con estos altos niveles de nitratos, es cuando los corales, las microalgas o el alga calcárea roja muestren un rápido crecimiento y puedan competir con estas algas.

También debemos mencionar que se requiere de dos moléculas de oxígeno (O2) para transformar un ión amonio en un anión nitrato. Está claro que un acuario con altos niveles de amonio tiene una demanda más alta de oxígeno, lo que debería también afectar el potencial Redox. En forma adicional la oxidación de amonio libera dos protones (= ácido). Lo anterior es de extrema importancia en acuarios con sustrato que contienen calcio y roca viva, ya que estos ácidos provocan una baja del pH y esto puede hacer que se liberen fosfatos que han sido previamente almacenados.

Reducción de nitratos

Ya que el anión nitrato es el estado final de la oxidación en el proceso de nitrificación, el nitrato puede aceptar un electrón viable en una parte del metabolismo llamado “respiración”. Para organismos que viven en un ambiente rico en oxígeno, las células transferirán esos electrones que han sido liberados en el procesamiento de nutrientes, al oxígeno gaseoso. Sin embargo, se llaman bacterias anaeróbicas y viven en ambientes libres de oxígeno (anóxico). Los electrones generados por su metabolismo tienen que ser transferidos a diferentes receptores, ya que no hay oxígeno disponible. El nitrato puede cumplir esta función al proveer de oxígeno a estos organismos (Schlegel 1992). Al transferir electrones al nitrato y este al liberar un átomo de oxígeno, se crea nitrito. Acá observamos un proceso donde se reversa la nitrificación a un proceso que se llama desnitrificación. La subsiguiente conversión de nitrito puede seguir más de una vía. Una posible reacción es que se forme amonio, una segunda reversión de la nitrificación. El proceso completo de creación de amonio bajo condiciones anaeróbicas se llama amonificación de nitrato. Aunque esto puede suceder en los acuarios, se piensa que su ocurrencia es muy menor (Fossa y Nilsen 2001).

La segunda posibilidad es la creación de un gas di-nitrógeno (N2) u óxido nitroso (N2O). Ambos son gases y escapan desde el acuario, algunas veces en forma de pequeñas burbujas visibles en el sustrato. Este proceso es llamado desnitrificación o reducción de nitrato disimilatoria (Schelegel 1992). Los gases de nitrógeno que están escapando desde el acuario, representan una pérdida absoluta de nitrógeno en el sistema.

Conversión de nitrógeno inorgánico a nitrógeno orgánico

Los compuestos nitrogenados inorgánicos – amonio, nitrito y nitratos – son los nutrientes más importantes para las plantas. El amonio puede entrar en forma directa al metabolismo de amino ácidos, ya que es un compuesto nitrogenado que ya se encuentra reducido. Por otra parte, el altamente oxidante nitrato, tiene que ser primero reducido por las plantas (algas). Este proceso se llama reducción de nitrato asimilatoria.

Pareciera que el amonio fuera la fuente preferida de nitrógeno para las plantas, y dependiendo de la concentración inicial, temperatura y condiciones de luz, la absorción de nitratos se podría ver inhibida (Lomas y Gilbert 1999, Syrett y Morris 1963).

Dortch y Conway (1984) han concluido que la inhibición de la absorción de amonio y nitrato está principalmente determinada a lo que la planta esté acostumbrada (ej: cual de los dos compuestos era dominante antes de un cambio en el medio ambiente). Ya que la mayoría de los acuarios un mayor nivel de nitratos y un bajo nivel de amonio, estos significa que la fuente de nitrógeno para las algas y la zooxanthellae, sería exclusivamente el nitrato. Si agregáramos amonio en el acuario, lo más probables es que las plantas no lo absorberían. Sin embargo, el amonio se oxida rápidamente a nitrato, lo que haría que el amonio esté disponible en forma de nitrato. Este efecto podría darse en forma contraria en aquellos acuarios con una falta de nutrientes importante.

En el caso de que no haya presencia de nitrato, la adición de nitrato adicional solo será benéfica en el caso de que no haya amonio. Mis propios experimentos en acuarios experimentales de corales sin peces y sin niveles detectables de nitratos y nitritos (medidos en laboratorio), siempre mostraron mínimos niveles de amonio. Sin embargo, estas concentraciones siempre fueron menores de las que pueden ser detectadas por los test normales. En ese caso, la fertilización con amonio sería benéfica para el crecimiento de los corales. En comparación, el abono con nitrato no serviría de nada, ya que las lagas prefieren el amonio. Generalmente, la fertilización con amonio siempre es favorable por sobre la fertilización con nitrato. El nitrógeno absorbido por las plantas es asimilado (convertido a forma orgánica) y en la forma de amino ácido, se convierte en parte de las proteínas.

El ciclo se cierra

Los animales herbívoros comen plantas y el nitrógeno asimilado en estas, entra a la cadena alimenticia. Adentro del organismo, compuestos nitrogenados orgánicos sintetizados se romperán, en muchos casos a amonio inorgánico (nitrógeno inorgánico disuelto = NID), y el cual posteriormente será eliminado al agua. El nitrógeno presente en la heces o detritus es llamado nitrógeno orgánico particulado (NOP). Esa comida particulada es devorada por otros animales detrívoros, tales como gusanos y los cuales transforman el NOP en NID. En este proceso de mineralización, las bacterias heterotróficas disuelven los NOP y liberan el nitrógeno nuevamente, en forma de NID (amonio) o como nitrógeno orgánico (NOD).

Ajustes del gas nitrógeno (N2)

Todavía no hemos mencionado el di nitrógeno (N2) o gas nitrógeno, el cual entra al agua desde el aire. EL N2 disuelto en agua no reacciona muy fácilmente y solo puede ser utilizado por unas pocas bacterias (tales como la cianobacteria), las cuales cumplen un papel esencial en la fijación del nitrógeno en un sistema natural (Sorokin 1995). Usando grandes cantidades de energía, ellas pueden fijar el gas N2 disuelto y convertirlo en compuestos nitrogenados orgánicos.

Los fijadores de nitrógeno no son nada nuevos para los acuaristas. Los ataques de cianobacteria pueden volver a un acuarista loco. Las razones para la ocurrencia de uno de estos ataques generalmente es poco claro, y no hay reglas específicas para poder terminar con estos ataques. Sin embargo, las cianobacterias son relativamente fáciles de controlar. Ya que se requiere de tanta energía para fijar el N2, estas bacterias son extremadamente sensibles al crecimiento de otro tipo de algas. Apagar el skimmer durante el día o incluso al pararlo por un par de días, va a disminuir la reducción en compuestos nitrogenados orgánicos en el acuario. Esto va a incrementar el crecimiento de otras algas que hasta ese momento estaban limitadas por le bajo contenido de nitrógeno. Esta competencia por nutrientes generalmente hará que la cianobacteria desaparezca en un par de días.

Pero no siempre es tan fácil. Algunos tipos de cianobacterias son muy resistentes y un incremento o disminución en la cantidad de nutrientes parece afectarlas.

Con respecto a si el tener o no nitratos en el acuario es bueno o malo, yo creo que se debe de hacer la diferenciación dependiendo de que tipo de corales queramos mantener.

Hoy en día la tendencia mundial en nuestro hobby, es ir hacia la manutención de corales duros tipo Acropora y las cuales tenemos que pensar que en su mayoría viene de zonas que podrían ser consideradas verdaderos desiertos nutricionales. Es por esta misma razón que hoy en día los acuarios sin sustrato están tendiendo a volver y el uso de elementos como el Zeovit se está empezando a hacer popular entre algunos acuaristas. ¿Qué tienen en común estos dos sistemas? Que en ambos se trata de mantener la menor cantidad posible de nutrientes en el acuario (eso incluye nitratos y fosfatos). De hecho, corales como las Acroporas obtienen su mejor coloración cuando el nivel de nutrientes en los acuarios es muy bajo. De hecho, en la naturaleza está ocurriendo que las colonias de corales duros tipo Acropora que están localizadas cerca de costas habitadas, están perdiendo su color natural y se están tornando color café por un exceso de nutrientes.

Se dice que para las acroporas, lo ideal es que la cantidad de nutrientes sea la mínima posible para de esta manera, no sobrefertilizar la zoxanthellae y evitar así que esta se reproduzca en forma desmedida. Al haber una mayor presencia de nutrientes, la zoxanthellae se sobrefertiliza y empieza a reproducirse rápidamente. Esto es lo que causa que los corales se tornen de color café.

Pero un aumento en la cantidad de zoxanthellae también conlleva una mayor necesidad energética de estas. Por lo mismo, la zoxanthellae utiliza la energía disponible en el coral y es por esta razón que los corales ven detenido su crecimiento. Esta energía que los corales tenían almacenada y destinada para su crecimiento, ahora es utilizada para cubrir las necesidades de la gran cantidad de zoxanthellae que habita el coral. Es por esta razón que para corales tipo acropora, se ve un mejor crecimiento de estas cuando los nutrientes son casi nulos y cuando su contenido de zoxanthellae es bajo.

Lo anterior es lo mismo que se busca conseguir en los acuarios sin sustrato o con la utilización de sistemas como el Zeovit. La idea es reducir los niveles de nutrientes al mínimo posible para conseguir una mejor coloración y taza de crecimiento de los corales duros. De hecho, con el sistema Zeovit se busca llevar los niveles de fosfatos ý nitratos a cero, y alimentar a los corales mediante vitaminas, amino ácidos, etc.

Los corales blandos no son tan suceptibles como los corales duros, pero también se puede ver que con un exceso de nutrientes estos se tornan café y detienen su crecimiento. Antiguamente se pensaba que este tipo de corales era mejor mantenerlos en ambientes con una presencia un poco mayor de nutrientes, pero esa idea a quedado un poco de lado al ver que estos corales viven y se desarrollan perfectamente en acuarios con un muy bajo nivel de nutrientes. Es cosa de darse un vuelta por www.reefcentral.com y ver la cantidad de gente que hoy en día tiene acuarios sin sustrato, con niveles no detectables de fosfatos y nitratos, y que tienen bellas colonias de actiniodiscos y zoanthus por mencionar algunos. De hecho, esos corales se ven con mejor coloración que en otros acuarios.

 

Simbiosis con una mayor presencia de nutrientes por Jörg Kokott

Traducido por "Fatboy"

Echemos un vistazo al concepto de simbiosis en relación a la disponibilidad de nutrientes en forma externa (en el agua del acuario). En un arrecife de coral, las condiciones medioambientales son muy estables, y las concentraciones de nutrientes en el agua, son notoriamente bajas en un arrecife sano. Esto significa que los corales se tienen que asegurar que todos los nutrientes reciclados son mantenidos en la simbiosis coral/zooxanthellae. Solamente si esto puede ser garantizado, el coral estará capacitado para mantener la densidad de zooxanthellae a un determinado nivel, y solo ahí podrá tener control sobre la fertilización del alga (Dubinsky et al 1990).

Por ejemplo, estos mecanismos regulatorios se hacen obvios si exponemos a la zooxanthellae a condiciones de sombra. El resultado será un claro aumento en la densidad de la zooxanthellae, identificado por una intensificación del color base café. Si ahora tomamos este mismo coral y lo exponemos a una fuente de luz en forma directa, su tejido se tornará más claro como resultado de una reducción en la densidad de su zooxanthellae.

Esto se basa en la fertilización de la alga zooxanthellae. El coral puede hacer que la zooxanthellae pueda multiplicarse solamente por el hecho de brindarle mas nutrientes, lo que resulta en un incremento de sus actividades de división celular. Si el tejido del coral es sobresaturado con nutrientes, hay un riesgo de sobrefertilizar el alga y en este caso, el alga se multiplicaría en forma excesiva. Como una contramedida, el coral puede liberar una determinada porción de nutrientes directamente al agua que lo rodea, bypaseando el alga, con un mecanismo que puede ser comparado a la función de una válvula de seguridad. La válvula se abre cuando la concentración de nutrientes excede un determinado nivel base y se cierra automáticamente cuando la presión decrece. Este mecanismo usualmente sólo funciona si la concentración de nutrientes en la aguas circundantes, no es excesivamente alta.

La condiciones nutricionales en nuestros acuarios, no son para nada parecidas a lo que podemos encontrar en un arrecife de coral. Altos niveles de nitratos y fosfatos inducen una difusión de estos nutrientes (un consumo pasivo) a través de la superficie del coral, hacia sus tejidos. Para este caso, el coral no tiene ningún método de defensa. La habilidad para disponer del exceso de nutrientes hacia al ambiente, es inferior a la fertilización desde el exterior. El resultado directo es un crecimiento no deseado y proliferación de la zooxanthellae. En particular, la fertilización con nitrógeno induce a tener altas densidades de zooxanthellae (Dubinsky et al 1990. Hoegh-Guldberg 1994) y el coral se torna café.

En conexión con el crecimiento del esqueleto de los corales, el anión fosfato juega un rol mayor en la inhibición de la calcificación. Este fenómeno de oscurecimiento de los tejidos debido a un exceso de nutrientes es particularmente obvio en corales que son recién importados. Los corales originarios de arrecifes naturales, generalmente exhiben una muy baja densidad de zooxanthellae, que sus tejidos son bastante pálidos. Los colores brillantes pueden ser un buen indicador de que el coral alguna vez pudo haber vivido en la parte superior del arrecife y que estuvo sujeto a una intensa radiación solar. Si ahora colocamos ese mismo coral en un ambiente rico en nutrientes (tal como en un acuario), su alga zooxanthellae se fertilizará en forma artificial. Después de unos días, el coral se tornará café y sus hermosos colores desaparecerán bajo el color café impositivo de la zooxanthellae. La única forma de mantener dichos corales en su coloración natural, es la de proveerlos con una iluminación muy intensa y con un espectro balanceado, y el mantenerlos en aguas extremadamente pobres de nutrientes.

Reducción del crecimiento

En cualquier caso, es importante saber que el crecimiento y proliferación hace que la demanda de energía aumente por parte de la zooxanthellae. Consecuentemente, el alga no puede pasar sus productos fotosintetizados (ej: azúcares y amino ácidos) al coral, y al contrario, los usará para si misma. La energía convertida, ahora es utilizada para incrementar su propia biomasa (Dubinsky et al 1990). Como una consecuencia lógica, el coral recibirá menos comida.

Al metabolizar sus propios macro nutrientes, el alga zooxanthellae también produce más CO2 de lo que normalmente haría (Falkowski et al. 1993). Como consecuencia, dejan de ser tan críticamente dependientes de la producción de CO2 de su host, y la remoción de CO2 del tejido del coral disminuye. Por lo tanto, los niveles de CO2 aumentan en los tejidos del coral.

Apenas suceden cantidades excesivas de CO2 en el tejido del coral, los protones producidos durante la calcificación también se acumulan. Ellos acidifican el tejido y por lo mismo, inhiben la formación de tejido esqueletal. Las repercusiones de un excesivo contenido nutricional en el agua del acuario, pueden por lo tanto resultar en una falta de comida para el coral y una hiperacidificación de sus tejidos. En el caso de los corales con zooxanthellae, los resultados visibles generalmente incluyen un crecimiento reducido, una mayor susceptibilidad a infecciones y ataques por parásitos, mala apariencia de los pólipos y degeneración del tejido.

Cabe hacer mención que esta teoría es la mas aceptada hoy en día, pero tampoco hay un 100% de acuerdo cuando se trata de la descripción exacta de como se produce. Además, hay que distinguir entre tipos de corales cuando hablamos de sobrefertilización y posibles efectos negativos para los corales.

Por ejemplo, corales como un coral Colt puede tener un crecimiento muy grande en aguas con alta presencia de nutrientes.

En el caso de corales LPS, hay gente que incluso ha señalado que los colores de estos son más vivos cuando hay una mayor presencia de nutrientes, lo cual es contrario a lo que generalmente sucede con los SPS bajo una gran concentración de nutrientes.

¿Por qué se podría dar esa diferencia entre LPS y SPS? Tal vez porqué los LPS tienen más posibilidades de atrapar y consumir alimento que flota en el acuario y por lo mismo, sus condiciones nutricionales pueden ser mejores. Esto proveería de energía adicional que le permitiría poder crecer al coral.

Como último dato, Borneman también habla de este proceso de coloración café de los corales bajo altas concentraciones de nutrientes en su libro "Corals".

Publicado originalmente en www.aquaplant.cl