En una versión muy simplificada de la cadena alimentaria que se encuentra en los lagos, las microalgas son consumidas por pulgas de agua llamadas Dafnia, que a su vez son consumidas por los peces. Pero las cosas se complican muy rápidamente si se observan con más detalle. Las algas liberan toxinas para defenderse y forman largas cadenas para evadir a los depredadores (Van Donk et al., 2011), mientras que la Dafnia puede cambiar de forma o moverse para evitar ser devorada por los peces.
Una forma en que la Daphnia y otros miembros del zooplancton evitan a los depredadores es moviéndose a diferentes profundidades del lago dependiendo de la hora del día, una estrategia conocida como migración vertical diel. Si el agua circundante contiene peces, las Dafnias se mueven a regiones más oscuras y profundas durante el día, de modo que los peces no puedan verlos (Figura 1), y se mueven a las capas superiores de la columna de agua, donde viven las microalgas, por la noche. Si no hay muchos peces en los alrededores, las Dafnias también permanecen cerca de la superficie durante el día (Lampert, 1989).
Las pulgas de agua de Daphnia cambian su comportamiento si hay peces presentes.
Izquierda: Durante el día, las dafnias migran a regiones más profundas y oscuras del lago si detectan señales químicas llamadas kairomonas (no mostradas) que son liberadas por los peces. Medio: Por la noche, cuando los peces no pueden verlos, las Dafnias suben al agua cerca de la superficie para comer las microalgas (círculos verdes) que abundan allí. Derecha: Cuando no hay peces presentes, no hay kairomonas para detectar, y las dafnias permanecen cerca de la superficie día y noche.
Las especies presas deben equilibrar cuidadosamente sus recursos. Evitar innecesariamente a los depredadores cuesta energía y puede restringir el acceso a los alimentos – las microalgas que comen las Dafnias no viven en las oscuras profundidades del lago–, pero encontrarse accidentalmente con un depredador puede ser fatal. Como resultado, algunas especies se han adaptado para detectar sustancias químicas liberadas por los depredadores. La identificación de varios de estos productos químicos, llamados kairomonas, ha abierto nuevas áreas de investigación en ecología acuática, conservación y acuicultura (Yasumoto et al., 2005; Selander et al., 2015; Weiss et al., 2018).
La búsqueda del kairomone que induce la migración vertical de diel, también conocido como el ‘factor pez’, ha estado en curso durante décadas, con fallas espectaculares e interpretaciones erróneas en el camino (ver Pohnert y von Elert, 2000 para una discusión). Numerosos obstáculos han complicado la búsqueda: el factor pez se produce en bajas concentraciones en el agua del lago, y los experimentos de bioensayos que podrían identificarlo son problemáticos porque es difícil monitorear el movimiento vertical de la Dafnia en un entorno de laboratorio. Ahora, en eLife, Meike Hahn, Christoph Effertz, Laurent Bigler y Eric von Elert informan de la identidad de este kairomone (Hahn et al., 2019).
Hahn et al. – que tienen su sede en la Universidad de Colonia y la Universidad de Zurich-utilizaron un método de fraccionamiento guiado por bioensayos para identificar el factor pez. Una técnica llamada Cromatografía Líquida de Alto Rendimiento permitía separar el agua en la que los peces habían sido incubados previamente en «fracciones» que cada una contenía un subconjunto de productos químicos. Al examinar el efecto de cada fracción en el comportamiento migratorio de las dafnias, se descubrió una que indujo la migración vertical de diel a pesar de que los peces no estaban presentes. Hahn et al. identificó el químico activo como sulfato de 5α-ciprinol. Solo se encuentran concentraciones picomolares de este compuesto en el agua habitada por peces, pero incluso estas bajas concentraciones son suficientes para cambiar el comportamiento migratorio de la Dafnia.
Dado que la liberación de kairomonas coloca a las especies depredadoras en desventaja, una especie presa solo puede confiar en ellas si el depredador no puede detener la producción de la molécula. Este es el caso del sulfato de 5α-ciprinol, que es un ácido biliar que desempeña un papel esencial en la digestión de las grasas dietéticas (Hofmann et al., 2010). Los peces liberan sulfato de 5α-ciprinol del intestino, las branquias y el tracto urinario. Como esta molécula también es estable en agua, indica de manera confiable la presencia de peces a Dafnia.
Además de las muchas implicaciones para la investigación básica, el hallazgo de que solo cantidades picomolares de un compuesto pueden desencadenar respuestas conductuales generalizadas en un lago también plantea preocupaciones ecotoxicológicas. Mientras examinamos nuestras aguas en busca de metabolitos que causan toxicidad inmediata, ignoramos por completo el hecho de que dosis no tóxicas de sustancias químicas de señalización tan potentes también pueden tener un efecto sustancial en un ecosistema. Esto exige una nueva evaluación de los procedimientos de rutina utilizados en la vigilancia del medio ambiente.
Las kairomonas no son las únicas señales químicas utilizadas por las especies que habitan lagos. Feromonas (Frenkel et al., 2014), metabolitos de defensa y moléculas que ayudan a las especies a competir entre sí también contribuyen a los intrincados mecanismos de señalización en los ecosistemas acuáticos (Berry et al., 2008). Podemos concluir que estos entornos están realmente moldeados por un paisaje químico diverso, un lenguaje de la vida que apenas estamos empezando a comprender.
