lunes, 19 de diciembre de 2016

Pero mira como osmorregulan los peces en el río

Llegó la Navidad, y el que más y el que menos habrá cantado, cantará o estará cantando ahora mismo, villancicos, entre los que no faltarán los más clásicos, como "25 de diciembre, fun, fun fun..." o "Hacia Belén va una burra, rin, rin..." o "Pero mira como beben los peces en el río...", por lo que estas musiquillas infernales para unos y celestiales para otros estarán taladrando nuestros cerebros durante una temporada. Como yo uso uno de estos villancicos para explicar a mis alumnos el tema de la ósmosis, he visto apropiado extender la explicación al blog, a pesar de que es un tema que se ha tratado en multitud de sitios y en muchos de ellos de forma magistral, como hace poco nos demostró el gran y muy admirado por mí, Sergio Palacios en su blog, El tercer precog.

Pez bebiendo. Fuente

Así que vamos al lío y para empezar escuchemos el villancico de marras, que como ya habréis podido imaginar es el de "Los peces en el río":

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Veamos también una transcripción de la letra del estribillo de este villancico para fijarnos en lo que nos interesa: 
Pero mira cómo beben los peces en el río 
pero mira cómo beben por ver al dios nacido 
Beben y beben y vuelven a beber 
Los peces en el río por ver a dios nacer.  
Bueno, la gracia de este villancico, que normalmente pasa desapercibida entre el jolgorio y la algarabía del momento, es que básicamente dice que los peces están bebiendo y bebiendo, para celebrar el nacimiento de dios. No especifica qué están bebiendo, pero tratándose de peces, pensaremos que están bebiendo agua,  y no cualquier otra bebida espirituosa..., y además queda claro que están bebiendo agua de río, es decir, lo que conocemos por agua dulce. Pero ahí está el error, ¡los peces de río no beben!

Empecemos por el principio, y lo haremos explicando la ósmosis, que es un fenómeno físico que ocurre cuando tenemos dos disoluciones separadas por una membrana semipermeable. - ¿Semipermequé...? - Una membrana semipermeable es una superficie que permite el paso de ciertas sustancias de forma selectiva. En el caso que nos interesa vamos a considerar que la membrana semipermeable permite el paso del agua, pero no de las sustancias que lleve disuelta, es decir, permite el paso del disolvente, pero no de los solutos.

Ósmosis. Fuente

La ósmosis, u osmosis sin tilde, que también está admitido por la RAE, se produce cuando dos disoluciones de diferentes concentraciones se encuentran separadas por una membrana de este tipo. En este caso, el agua atravesará la membrana desde donde hay menor concentración de solutos hasta donde hay mayor concentración. La lógica y la experiencia nos dice que esto ocurre hasta que las dos disoluciones se igualan, y ambas presentan la misma concentración. A la disolución que tiene mayor concentración de solutos se le llama hipertónica, mientras que a la que tiene menos se le llama hipotónica. Cuando las dos se igualan, tras pasar el líquido desde el medio hipotónico al hipertónico, los dos medios pasan a convertirse en isotónicos, es decir, tienen la misma concentración. A partir de esto se define por ejemplo, la presión osmótica, pero no vamos a entrar en más conceptos físicos, sino que nos vamos a quedar en la aplicación biológica de este proceso.

Medio hipotónico, isotónico e hipertónico. Fuente

Las células cuentan con una membrana celular, que sirve de límite con el medio en el que están, y que, en términos generales, se comporta como una membrana semipermeable, por lo que el agua podrá entrar o salir de ellas, dependiendo de la concentración de sales que haya en el medio que las rodea. En un medio hipertónico (con mayor concentración de sales que el interior celular), el agua de la célula tenderá a salir de ésta, para intentar equilibrar ambos medios, lo que probablemente terminará con la muerte de la célula debido a esta pérdida masiva de agua. A esta destrucción de la célula por deshidratación se le llama plasmólisis en el caso de las células vegetales y crenación en el caso de las animales. Por el contrario, cuando una célula está en un medio hipotónico, el agua del medio tiende a entrar masivamente en el interior de ésta, por lo que la célula se hinchará hasta que la presión sea tan grande que terminé por destruirla, produciendo su rotura o lisis, en el caso de las células animales. En las células vegetales, al contar con una pared celular rígida, la célula no estalla, y a este fenómeno se le conoce como turgencia. A la presión que ejerce el agua sobre la pared se le llama presión de turgencia, y supone el estado ideal para los tejidos vegetales. En un medio isotónico, las células están en equilibrio osmótico, y por lo tanto no entra ni sale agua, y éstas cumplen su función perfectamente.

Ósmosis en células animales y vegetales. Fuente

Y ahora que estamos en situación, volvamos a los peces del villancico, es decir, a los peces de río y también a los peces de agua dulce de acuarios o estanques, que pueden ser vistos moviendo la boca de tal manera que pueda parecer que están bebiendo, pero estos movimientos de apertura o cierre los realizan para respirar, y no para beber, ya que con ello consiguen que el agua circule a través de sus branquias y puedan extraer el oxígeno de ésta. Estos peces no pueden beber, porque se encuentran rodeados de un medio, el agua dulce, con una concentración de sales mucho menor que la que hay en el interior de sus células o fluidos. El agua, por ósmosis, tiende a entrar en el interior del pez, que si no lo consiguiera evitar, terminaría explotando literalmente, ya que nunca se llegarían a equilibrar las concentraciones de fuera y de dentro del pez. Si encima el pez bebe, mal lo lleva el pobre.

Los peces de río mueven la boca para respirar, no para beber. Fuente

Los peces de medios dulceacuícolas tienden a  evitar a toda costa que les entre agua y para hacerlo disponen de varios mecanismos, bastante simples, pero efectivos. Para ellos es suficiente con tener una superficie impermeable y con no beber agua. Lo que el pez no puede evitar es que entre agua a través de sus epitelios, es decir a través del tubo digestivo y a través del aparato respiratorio, que lógicamente no pueden estar impermeabilizados, porque no podrían cumplir sus funciones. De esta manera el agua entra cuando el pez se alimenta, a través de la boca y el tubo digestivo y cuando respira, a través de las branquias.

La bogardilla es un pez de río endémico de Andalucía. Fuente

Estos animales necesitan entonces solucionar el problema eliminando grandes cantidades de agua, y lo hacen en forma de orina. De hecho, los peces de río, son los que más cantidades de orina eliminan en el reino animal. Juan Ignacio Pérez nos dejó algunos ejemplos concretos de esto en este magnífico artículo al respecto en su blog, Zoologik. Por ejemplo, la carpa dorada, Carassius auratus, tiene una tasa de producción de orina de 0,144 ml/h. Pero eliminar grandes cantidades de orina, puede suponer eliminar a la vez muchos electrolitos esenciales para ellos, por lo que también tienen que tener mecanismos para intentar que esta orina sea lo más diluida posible. Para ello, sus riñones reabsorben gran cantidad de electrolitos, y también cuentan con tejido especializado para absorber sales en sus branquias. En resumen, la solución pasa por producir una orina abundante y muy diluida, y absorber y reabsorber sales.

Osmorregulación en los peces de río. Fuente

Podemos ahora intentar modificar el villancico científicamente, para que no desentone con lo que ocurre en la realidad, y podría quedar algo así:

Pero mira cómo orinan los peces en el río 
pero mira cómo orinan aunque no hayan bebido 
orinan y orinan y vuelven a orinar 
Los peces en el río no vayan a explotar.  

¿Entonces, ningún pez bebe agua? Pues tenemos que irnos a los peces de agua salada, para responder a esta pregunta, ya que ellos si que necesitan beber, puesto que se encuentran en una situación totalmente opuesta a la descrita anteriormente. La concentración salina en el agua de mar es de 33-35 g/l, a causa de la sal, el cloruro sódico, que hay disuelto en este medio. Sin embargo, la concentración de los fluidos corporales de los peces teleósteos, la mayoría de los peces marinos, es mucho menor, por lo que si volvemos a atender a lo que explicamos anteriormente, estos animales nadan en un medio hiperosmóticos, y el agua tenderá a salir del interior de las células hacia dicho medio, por lo que corren el riesgo de morir literalmente deshidratados a pesar de vivir rodeados del líquido elemento. Para compensarlo no tienen mas remedio que beber y beber y beber.

Algunos peces marinos que habitan cerca de las costas de Cádiz. Fuente

Pero, no es tan sencillo, al igual que antes, ya que al beber agua salada, están introduciendo en sus cuerpos una gran cantidad de sales que van disueltas en el agua, por lo que necesitan algún mecanismo para expulsar este exceso salino. Y este mecanismo es justamente el contrario que el que usan los peces dulceacuícolas: eliminan las sales mediante unas células especializadas de las branquias, y mediante una orina escasa, pero muy concentrada. El mundo al revés.

Osmorregulación en un pez de agua salada. Fuente
Visto todo esto deberíamos adaptar de nuevo el estribillo del villancico para hacerlo científicamente correcto, volviendo al original de Pero mira como beben. Y podría quedar una cosa tal que así:

Pero mira cómo beben los peces en el mar 
porque es que sino beben se van a deshidratar 
Beben y beben y vuelven a beber 
y orinan muy poquito para el agua no perder.  
Definitivamente queda claro que para letrista de villancicos no iba, así que vamos a seguir con lo mío que es la Biología y lejos de terminar aquí, vamos a continuar considerando otros tipos de peces. Pero si ya hemos hablado de los peces de agua dulce y de los peces de agua salada, ¿cuáles nos quedan? Pues resta por hablar de los peces que pueden vivir en ambos medios, es decir, los llamados peces diádromos, que viajan entre los ríos y los mares o viceversa.

Empecemos por los peces que se aparean y nacen en los ríos, pero que pasan la mayor parte de su vida adulta en el mar, que son los llamados peces anádromos, cuyo ejemplo más conocido quizás sean los salmones, entre los que destaca la especie Salmo salar, el salmón común o salmón del Atlántico.

Un magnífico ejemplar de Salmo salar. Fuente

Los salmones nacen en los ríos, donde pasan algunos años y desde los que bajan en el sentido de la corriente hasta llegar al mar, donde pueden pasar varios años de su vida. Para aparearse remontan los mismos ríos en los que nacieron en un viaje épico, al que por supuesto muchos no sobreviven, y se aparean y desovan en la cabecera del río, muchos mueren después de ello, aunque otros pueden volver de nuevo al mar.

Principales rutas migratorias del salmón atlántico. Fuente

Entre los peces catádromos, también uno de los ejemplos más conocidos es el de las anguilas, Anguilla anguilla. Estos curiosos peces con forma alargada, nacen en el Océano Atlántico, en el conocido mar de los Sargazos, donde pasaran unos meses en forma de larva, llamadas larvas leptocéfalas, que arrastradas por las corrientes llegan hasta las costas de Europa, donde remontan los ríos para crecer y vivir en ellos durante muchos años. De adultos viajan río abajo para volver al mar de los Sargazos, donde nacieron, y reproducirse, llevando a cabo la puesta en dicho lugar. De nuevo tenemos el ejemplo de otros peces que realizan un viaje épico, pero al revés de lo cómo lo hacían los salmones.

Etapas de crecimiento de las anguilas. Fuente

En ambos casos, el problema está en que la osmorregulación debe adaptarse al medio en el que se encuentran en cada momento y para ello las estructuras celulares de las branquias deben cambiar adaptándose a la salinidad del medio. Cuando están en agua dulce, medio hipotónico, el epitelio branquial es capaz de absorber sales, mientras que en agua salada, medio hipertónico, las células de las branquias expulsan sal activamente. El control de la diferenciación y de la actividad de estas células se realiza mediante hormonas, así por ejemplo, el cortisol y la hormona del crecimiento activan este epitelio en la transición de los ríos al mar, mientras que la prolactina lo hace cuando ocurre el paso contrario. 

Migración de las anguilas. Fuente

Y para complicar aún más el asunto existen algunas especies de peces llamados anfídromos, que se mueven entre el mar y el agua dulce, o entre los ríos y el agua salada, aunque no lo hacen por causas reproductivas, como los anteriores, sino para alimentarse o a causa de cambios estacionales. Un ejemplo de ellos son las lisas, Mugil cephalus, un pez carroñero muy habitual en las desembocaduras de los ríos, ya que es muy adaptable a distintas condiciones de salinidad e incluso a la contaminación. Puede subir por los ríos con la marea y también bajar con ella.

Mugil cephalus. Fuente

Otro ejemplo muy conocido de peces anfídromos son las tilapias, es decir los especies del género Oreochromis,  que gracias a su capacidad para moverse entre agua dulce y salada, y otras cualidades como una alta tasa de crecimiento, una gran tolerancia a altas densidades de población, una buena adaptación al cautiverio, una alta resistencia a enfermedades y la posibilidad de aceptar una amplia gama de alimentos, así como el hecho de tener una carne blanca de calidad y tener una gran aceptación entre los consumidores, han hecho que el interés comercial hacia ellos haya aumentado mucho en los últimos tiempos a nivel mundial. Recientemente, también se están realizando algunas investigaciones en torno al colágeno de sus escamas, que posee bajas cantidades de grasa y muchas posibilidades de aplicación en medicina para la regeneración de huesos.

Tilapia. Fuente

Y como hemos empezado con un villancico en torno al nacimiento de la figura de dios, vamos a terminar cerrando el ciclo, porque las tilapias ya eran un pescado de gran interés en la época y en la zona que se retrata en los evangelios y textos sagrados para los cristianos. Probablemente, los peces protagonistas del supuesto milagro de la multiplicación de los peces, eran tilapias, y por lo tanto peces anfídromos. Así que le vamos a dedicar el correspondiente estribillo a estos últimos:

Pero mira cómo orinan las tilapias en el río
pero mira como beben cuando se van al mar 
Beben y orinan y vuelven a orinar 
las anfídromas tilapias que se van a multiplicar

Osmorregulación en el epitelio branquial de los peces. Fuente

Bueno, espero que este artículo no haya ofendido a nadie por cuestiones religiosas, puesto que la intención última es esa, y está hecho con todo el cariño, aprovechando un conocido villancico popular para explicar lo más sencillamente posible la ósmosis y los mecanismos de diferentes tipos de peces para sobrevivir en los medios en los que se mueven. Como ultimísimo apunte, tengo que decir, que aunque empezamos diciendo que los peces en los ríos no beben, hay que reconocer que en estos medios dulceacuicolas también deben beber aunque sean pequeñas cantidades de agua, para poder incorporar y reponer algunos iones que van en ella y que necesitan para sobrevivir.

Fuente

Y ahora sí, cada uno que escoja la versión del villancico que quiera y que lo cante mucho en estas fiestas mientras se lo pasa bien con amigos y familiares. ¡Felices fiestas!


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Referencias:

http://eltercerprecog.blogspot.com.es/2016/11/la-osmotica-criatura-de-la-laguna-negra.html

- http://zoologik.naukas.com/2013/12/13/pero-mira-como-beben-los-peces-en-el-rio/ 

http://zoologik.naukas.com/2014/08/20/los-peces-de-mar-si-beben/

http://www.profesorenlinea.cl/fauna/Salmon_regulacion_osmotica.html

http://zoologik.naukas.com/2014/11/20/por-que-viajan-los-peces-viajeros/

http://zoologik.naukas.com/2014/12/30/los-problemas-de-los-salmones/

http://zoologik.naukas.com/2015/08/11/el-viaje-a-la-muerte-del-salmon-sockeye/

https://es.wikipedia.org/wiki/Pisces#Clasificaci.C3.B3n_de_los_peces_migratorios

https://en.wikipedia.org/wiki/Atlantic_salmon

https://en.wikipedia.org/wiki/European_eel

http://www.mapama.gob.es/es/biodiversidad/temas/conservacion-de-especies-amenazadas/CAP01_tcm7-21298.pdf

https://en.wikipedia.org/wiki/Flathead_grey_mullet

https://en.wikipedia.org/wiki/Tilapia

https://cienciasycosas.com/2009/09/01/los-peces-no-beben-agua-en-el-rio/

http://es.blastingnews.com/ciencia/2016/09/pero-mira-como-beben-los-peces-en-el-mar-001127981.html

http://micruzbiological.blogspot.com.es/2014/12/de-villancicos-y-ciencia-beben-los.html

http://www.juntadeandalucia.es/medioambiente/web/Bloques_Tematicos/Publicaciones_Divulgacion_Y_Noticias/Documentos_Tecnicos/Libro_rojo_vertebrados/pdf/Peces%20Continentales%20y%20Diadromos.pdf

https://es.wikipedia.org/wiki/Osmorregulaci%C3%B3n

- Manzon, L. A. (2002). The role of prolactin in fish osmoregulation: a review. General and comparative endocrinology, 125(2), 291-310.

- Sakamoto, T., & McCormick, S. D. (2006). Prolactin and growth hormone in fish osmoregulation. General and comparative endocrinology, 147(1), 24-30.

- Foskett, J. K., Bern, H. A., Machen, T. E., & Conner, M. (1983). Chloride cells and the hormonal control of teleost fish osmoregulation. Journal of experimental Biology, 106(1), 255-281.



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