Los peces de arrecife hablan con patrones de colores. Como joyas relucientes, estos peces conocidos comúnmente como vacas o meros se pasean por los arrecifes de coral, indicando “soy tu tipo” a posibles pretendientes. Los investigadores utilizan los patrones de color para distinguir las especies de estos peces, el primer paso para estudiar el cambio climático o la evolución. Pero estos complejos patrones de color varían según las condiciones y se desvanecen rápidamente cuando se saca al pez del agua. Además, los humanos percibimos el color de forma distinta a como lo hacen los peces. Para superar estas dificultades, Floriane Coulmance, del Instituto Smithsonian de Investigaciones Tropicales (STRI), creó un estudio fotográfico digital completamente submarino. Su innovador trabajo es una prueba de concepto para el análisis digital detallado del color de los peces.

“Para identificar a los peces vacas o meros, los biólogos siempre han descrito sus colores”, explica Floriane, la primera ganadora de La Beca Postdoctoral Ross Robertson Para Estudios de Campo Sobre Peces de Arrecife Neotropicales, “pero necesitábamos comparar los patrones de color en condiciones de luz natural tanto en aguas turbias como claras y cotejar cada patrón de color con su código genético. Por ende, montamos un estudio fotográfico submarino que capturaba imágenes digitales que podíamos comparar pixel a pixel. Es el primer estudio de este tipo realizado completamente bajo del agua.

En colaboración con colegas de Israel, Alemania y Francia, Floriane probó este sistema con 113 peces vacas o meros del Caribe. Comparó los patrones de coloración de los peces con los genes que los codifican como parte de su trabajo doctoral junto a Óscar Puebla, investigador asociado de STRI, investigador del Centro Leibnitz de Investigación Marina Tropical y profesor del Instituto de Química y Biología de la Universidad de Oldenburg en Alemania. Ella regresó a STRI como becaria para ampliar el estudio a más especies de peces del género Hypoplectrus en todo el Caribe y el Golfo de México.

Vamos de Pesca

Cuando recibió la beca, el reloj empezó a correr. Floriane voló a la estación de investigación del Smithsonian en Bocas del Toro, Panamá, donde resolvió todos los problemas del sistema con Melanie Heckwolf, becaria postdoctoral de laboratorio de Owen MacMillan de STRI y con Jakob Gismann, estudiante de doctorado de la Universidad de Groningen. Su primer reto fue aprender a pescar.

“Intentamos pescar con redes, pero es increíblemente difícil atrapar peces en una red mientras que nadas por un arrecife con las corrientes empujándote”, explica Coulmance, “así que cambiamos a la pesca con sedal, cebamos un anzuelo y luego lo colocamos sobre el arrecife hasta que logramos conseguir los peces que buscábamos.”

Después colocaron cada pez en una bolsa para sándwiches y lo fotografiaron con una cámara sin espejo marca Canon EOSM 3 sobre un fondo blanco liso con una carta de colores de un lado. Fotografiar peces bajo el agua con este montaje es un trabajo para 2 personas. Floriane se dio cuenta que la gran ayuda de Melanie sería esencial durante todo el proyecto a lo largo del año siguiente. Floriane y Melanie fotografiaron 500 peces en cuatro países: Panamá, Trinidad y Tobago; St. John, Islas Virgines; y Veracruz, México.

“No podríamos haberlo hecho sin el increíble grupo de personas que nos han ayudado”, exclamó Floriane. Ross Robertson, científico emérito de STRI, quien creó la beca, sigue muy activo y conoce a académicos. Sus entusiastas amigos fotógrafos submarinos conocen a gente en las tiendas de buceo de todo el Caribe.

En Tobago, el primer sitio, les fue muy bien con la ayuda de dos maestros de buceo, Randy Davis y Shawn Marie Charles y el pescador, Irwin Nicholls (alias, el Maestro). Llovió mucho y algunas salidas tuvieron que cancelarse después que unos derrumbes de las empinadas laderas de la isla enturbiaron el agua, pero todos querían ayudar a las “intrigantes investigadoras” a pescar y consiguieron capturar 69 peces en pocos días. Durante este viaje vieron un pez vaca o mero azulado, una especie poco común para Tobago (descrita recientemente en un artículo en el que Floriane fue coautora) justo al final de una inmersión, pero tuvieron que salir a la superficie antes de capturarlo, y después volvieron varias veces al mismo sitio pero, no volvieron a verlo.

Después fueron a St. John en las islas vírgenes de los Estados Unidos. Esta vez se unieron los galardonados fotógrafos voluntarios Allison y Carlos Estapé y sus amigos Andrés Hernández y Serenity Mitchell de una tienda de buceo local, además de los fotógrafos Alasdair Dunlap-Smith y Lee y Sarah Richter. Ese viaje también fue un gran éxito y capturaron y fotografiaron 136 peces, la mitad de ellos en los 3 primeros días. “St. John era un lugar extraordinario para trabajar”, comentó Floriane, “no sólo había un montón de peces vacas o meros, sino que contábamos con el apoyo de un equipo increíblemente entusiasmado por los peces.”

Su último viaje, a Veracruz, México, fue un poco más difícil porque algunos miembros de su equipo se enfermaron, y porque todos, excepto los investigadores hablaban principalmente español y porque Floriane se vio apresurada a cerrar el proyecto por falta de tiempo y presupuesto. Pero como siempre, sus colegas acudieron al rescate. Omar Domínguez-Domínguez, profesor de la Universidad Michoacana de San Nicolás Hidalgo (UMSNH) y su alumno Karim Awhida ayudaron con la logística, con las negociaciones con la tienda de buceo, y sobre todo con la captura de peces y la toma de fotos. Al final pudieron fotografiar 60 peces vacas o meros, que representaba a las dos especies más destacadas de esa zona.

De vuelta a su base, en la estación de investigación de Bocas del Toro, donde vivieron la mayor parte del año, Floriane y Melanie realizaron una cantidad de trabajo explorando gran parte del archipiélago y fotografiando y recogiendo muestras de tejidos de más de 200 peces.

“Gracias a los conocimientos locales —desde los operadores de lanchas hasta los buzos y al increíble apoyo que recibimos de personal de la estación—pudimos explorar y encontrar nuevos arrecifes interesantes y peces vacas o meros poco comunes”, afirmó Floriane. En el archipiélago encontraron tres especies radas de estos peces —uno de ellos, el pez vaca o mero enmascarado—que no se había registrado en la zona desde hace más que 10 años.

Trabajar en cuatro países en un año exige una logística compleja y Floriane estaría eternamente agradecida con el personal de la oficina de permisos del Smithsonian, así como sus colaboradores que facilitaron la labor en cada lugar de investigación.

De Vuelta al Laboratorio

Una vez de vuelta en el laboratorio se podían analizar las fotografías y las muestras de tejido y surgen preguntas interesantes de qué papel desempeña la sorprendente diversidad de patrones de color que muestran los peces de arrecife y de cómo pueden los investigadores analizar estos patrones de color de forma objetiva y cuantitativa y cómo determinan los genes los patrones. Floriane sigue revelando las bases genéticas de la diversidad de patrones en un grupo de peces de arrecife utilizando este método completamente nuevo.

Además, su investigación arroja luz sobre cómo surgió rápidamente la diversidad tanto desde el punto de vista del patrón de color (fenotipo) como del genético (genotipo), una interrogante que fascina a otros biólogos evolutivos en los trópicos, como el gran grupo de investigadores de mariposas que trabajan con el científico del Smithsonian, Owen MacMillan, en Gamboa, Panamá. Durante épocas caracterizadas por altas tasas de extinción, la otra cara de la moneda, cómo surge tanta diversidad, se ha convertido en una cuestión crítica.

El análisis genético se ha convertido en una ciencia mucho más exacta en las dos últimas décadas: el uso más potente de la información genética (genotipo) es cuando puede cotejarse directamente con las características observadas (fenotipo). El nuevo sistema de Floriane proporciona detalles pixel a pixel sobre el color (fenotipo), ofreciendo mucha más información que las descripciones cualitativas de los investigadores (rayas negras, aleta amarilla en la cola, etcétera) y permite predecir exactamente qué genes controlan qué características. Y como los humanos estábamos sesgados por nuestra propia capacidad de percibir y interpretar la información, y como a veces los animales perciben e interpretan la información de maneras muy distintas, un análisis informático está menos sesgado y puede aportar información que a nosotros se nos escapa.

¿Y Ahora Qué?

Floriane rebosa entusiasmo, la clave para conseguir tantos datos en un solo año. Su formación es muy práctica, es licenciada en el instituto learning planet de París, cursó un semestre de biología marina, fisiología y biología molecular en la Nord University en Noruega y realizó prácticas en la estación marina de Roscoff en Francia donde estudió los dinoflagelados durante su máster en el Imperial College de Londres; se encontró en las Maldivas estudiando mosquitos y sé enganchó a las ciencias marinas tras hacer cursos de buceo en las islas, poco después inició su doctorado con Óscar Puebla en ZMT.

“Si pudiera bucear todos los días del resto de mi vida lo haría.” Afirma Floriane

A Floriane le mueven interrogantes científicas fundamentales como: ¿qué ha impulsado la actual diversidad observada en los peces de arrecife, tanto en términos de historia evolutiva como de ecología, y qué podemos aprender de ello para el futuro de los océanos y del planeta? En un entorno oceánico en rápida evolución, es esencial preservar el potencial de generación de diversidad. Los ecosistemas dependen de la diversidad para ser resilientes y resistentes al cambio. Con el número de fotografías generadas y de tejidos recogidos durante su año de beca, Floriane podrá explorar la variación en los patrones de color no sólo entre especies, sino dentro de una misma especie, estableciendo así una base para el estudio de la importancia ecoevolutiva del patrón de color en todos los peces de arrecife.

Referencia: Coulmance, F, Akkaynak, D, Le Poul, Y, Höppner, MP, McMillan, WO, Puebla, O. 2023. Phenotypic and genomic dissection of colour pattern variation in a reef fish radiation. Molecular Ecology. https://doi.org/10.1111/mec.17047

Puebla, O., Coulmance, F., Estapé, C. J., Estapé, A. M. and Robertson, D. R. (2022). A review of 263 years of 1123 taxonomic research on Hypoplectrus (Perciformes: Serranidae), with a redescription of Hypoplectrus affinis (Poey, 1861). Zootaxa 5093, 101–141. 10.11646/zootaxa.5093.2.1