La electroforesis de la gelatina, combinada con la separación química de proteínas específicas, empezó a utilizarse en los años sesenta y se convirtió en el método más difundido para medir la variación genética de las poblaciones naturales. Esta técnica es relativamente barata y ofrece una medición de muchos genes variables y no variables de los individuos y las poblaciones. Los fenotipos de la gelatina son fáciles de interpretar y existen programas informáticos para el análisis de los datos. La mayor parte de los estudios de la diversidad genética de las especies marinas se han basado en la proteínas y la diversidad se mide como la heterocigosis media de muchos loci proteínicos (la heterocigosis es la proporción de individuos que son heterocigóticos en un solo locus génico).
Los genes de las proteínas representan tan sólo cerca del 10 por ciento del genoma, por lo que las variaciones medidas mediante la electroforesis de las proteínas pueden no ser representativas de la totalidad del genoma. La relación entre la heterocigosis de las proteínas y la aptitud física no está clara, si bien hay indicios de que existe una relación positiva entre la heterocigosis y los caracteres del ciclo biológico, tales como la tasa de crecimiento, la resistencia a las enfermedades, y la estabilidad del crecimiento (Mitton y Grant, 1984; Allendorf y Leary, 1986; Danzmann et al., 1989).
Los grandes adelantos de la biología molecular ofrecen una serie de técnicas para el examen directo de las variaciones del ADN. Hasta la fecha, la mayor parte de los estudios de las poblaciones se han basado en los polimorfismos de la longitud del fragmento de restricción del genoma mitocondrial. El ADN mitocondrial (mt) es pequeño y relativamente fácil de purificar y los fragmentos generados por las digestiones de enzimas de restricción son fáciles de interpretar. Las variaciones del número de fragmentos están ocasionadas por adiciones y supresiones de los lugares de restricción, y las de las longitudes de los fragmentos por las inserciones o supresiones de los bloques de bases. Pueden aplicarse técnicas parecidas al ADN nuclear (n), pero el tamaño considerablemente mayor de este ADN significa que los fragmentos minúsculos del genoma deben analizarse con ensayos específicos. Varias regiones del genoma nuclear contienen repeticiones múltiples de breves secuencias de minisatélites que aparecen como la “huella genética” del ADN. La naturaleza hipervariable de estas repeticiones aparejadas de número variable ha llevado a la utilización generalizada de la “huella genética ” del ADN en los estudios forenses, pero esta técnica tiene una aplicación limitada en los estudios de las poblaciones marinas (Baker et al., 1992).
La formulación del método de la reacción en cadena de las polimerasas ha ofrecido el medio para amplificar lo pequeños fragmentos del genoma. Con primarios de tamaño apropiado el método puede utilizarse para detectar la variación genética de individuos y poblaciones o, también, permite determinar la secuencia de los fragmentos ampliados. La aplicación de estos nuevos métodos genéticos puede aumentar nuestros conocimientos de la estructura genética de las poblaciones naturales, como ocurrió con la electroforesis de las proteínas en los años setenta y ochenta, si bien estos métodos no se han utilizado hasta la fecha con gran profusión para las especies marinas.
Para medir la variación genética pueden utilizarse también los métodos cariológicos, ya sea la variación del número de cromosomas o los polimorfismos de banda. Estas técnicas resultan laboriosas en comparación con las técnicas electroforéticas, ya que exigen el uso de peces vivos para las preparaciones de cromosomas, lo que reduce sus posibles aplicaciones para muchas especies marinas.
Los caracteres morfológicos, que han sido la base de la taxonomía tradicional, se han utilizado para describir las variaciones entre individuos y poblaciones. Los caracteres utilizados son merísticos (pueden contarse), tales como el número de rayos o vértebras de las aletas, y morfométricos (mesurables) expresados como cocientes de la longitud estándar o longitud de la horquilla. Los caracteres morfológicos presentan limitaciones para describir la diversidad genética intraespecífica por ser poligénicos y su expresión puede verse modificada por el medio ambiente. Su empleo en los estudios para la identificación de poblaciones ha sido sustituido en su mayor parte por la obtención de métodos genéticos directos.
Las estrategias y características del ciclo biológico de una especie han quedado determinados por procesos evolutivos y ecológicos. Dichas estrategias y caracteres determinarán, a su vez, cómo una población responde a la explotación y cómo puede ser modificada por ésta (Garrod y Knights, 1979; Garrod y Horwood, 1984). Los caracteres del ciclo biológico que deciden la aptitud física de las poblaciones de peces son la tasa de crecimiento, la edad y la talla a la madurez, la duración de la vida y la fecundidad. Todos estos rasgos manifiestan la plasticidad del fenotipo y se adaptan a los cambios del medio; además, estos rasgos son hereditarios y los valores medios de la población pueden modificarse por la mortalidad diferencial. La importancia relativa de la plasticidad del fenotipo y de la variación genética se desconoce para la mayor parte de las especies (Wootton, 1990) y debido a las dificultades para distinguir entre los componentes genéticos y ambientales, los caracteres del ciclo biológico no se han estudiado tan a fondo como los marcadores de proteínas en las especies marinas. Es probable que los caracteres del ciclo biológico se vean influidos por un elevado número de loci segregantes (Bentsen, 1994). Se dispone de algunas estimaciones sobre el carácter hereditario de algunos rasgos para las especies utilizadas en acuicultura (véanse referencias en Wilkins y Gosling, 1983; Gall y Busack, 1986; Crandell y Gall, 1993a, 1993b), que junto con resultados de los programas de selección (v.g. Gjedrem, 1983) demuestran la base genética de estos caracteres. Sin embargo, los experimentos realizados con trasplantes en la trucha marina, Salmo clarkii, y el salvelino, Salvelinus malma, handemostrado que los peces pueden ajustar su edad a la madurez ante los cambios de la tasa de crecimiento por causas no genéticas (Jonsson et al., 1984).
Los invertebrados por lo general tienen unos niveles de diversidad genética superior a la de los vertebrados según confirma la electroforesis de las proteínas (Nevo, 1978). Dentro de los vertebrados, la mayor diversidad genética corresponde a los anfibios y la inferior a los teleósteos (Ward et al., 1991). El significado ecológico de estas conclusiones para las especies marinas ha sido objeto de estudio (Nevo, 1978, 1983; Nelson y Hedgecock, 1980, Smith y Fujio, 1982, Mitton y Lewis, 1989; Waples, 1991). Los invertebrados marinos muestran una gran variedad de niveles de diversidad genética. En 26 especies de moluscos la heterocis oscila del 2 al 32 por ciento (Johannesson et al., 1989). Los crustáceos son los que tienen los niveles más bajos de diversidad genética, que oscila del 0,4 al 10,9 por ciento en 44 especies de los decápodos (Nelson y Hedgecock, 1980), del 0,8 al 6,4 por ciento en seis especies de decápodos tropicales y dos especies del golfo de Carpentaria (Redfield et al., 1980), y del 0,6 al 3,33 por ciento en 13 especies del camarón australiano (Mulley y Latter, 1980).
En los teleósteos marinos la hetorocigosis oscila del 0,0 en el eglefino, Lophius litulor, (Fujio y Kato, 1979), el L. piscatorius, (Leslie y Grant, 1991), el Liparis tanakai (Fujio y Kato, 1979) y tres especies de cotídeos (Johnson y Utter, 1976), a más del 17 por ciento en el pelágico, Cololabris saira, (Fujio y Kato, 1979) y en el costero Fundulus heteroclitus, (Mitton y Koehn, 1975). La heterocigosis para 106 especies marinas fue del 5,5 por ciento arrojando altos niveles para los clupeiformes, atheriformes, y pleuronectiformes y bajos niveles los gadiformes y los escorpeniformes (Smith y Fujio, 1982). Los elasmobranquios tienen una baja heterocigosis (MacDonald, 1988; Smith, 1986). Han habido pocos estudios relativamente sobre la diversidad del ADNmt en las especies marinas y la mayor parte de las especies ensayadas tienen baja diversidad de secuencia intraespecífica (Ovenden, 1990), si bien la vieira japonesa, Pactinopectin yessoensis, presenta una alta diversidad (Boulding et al ., 1993).
Se han emprendido muchos estudios electroforéticos de las alozimas con objeto de identificar o describir las poblaciones, y en los estudios más recientes se han utilizado los marcadores directos del ADN. Como cabía esperar, en el medio marino existe una diferenciación genética inferior entre las poblaciones de teleósteos que entre los anádromos y las especies de agua fresca. En el reino sin solución de continuidad de los océanos hay menos barreras que se opongan al libre movimiento de los genes, lo que se produce por la deriva de las larvas o el movimiento de los adultos. La proporción de la diversidad genética debida a la subdivisión de las poblaciones se eleva al 1,6 por ciento en las especies marinas hasta 3,7 por ciento en los anádromos y al 29,4 por ciento en las especies de agua dulce (Gyllensten, 1985). Igualmente, el nivel de diferenciación genética medido con el ADN mitocondrial es infrerior en el ámbito marino que entre los peces de agua dulce (Avise, et al., 1987). Sin embargo, hay poblaciones genéticas discretas de peces marinos que se reconocen con las proteíns (véase el estudio de Smith et al., 1990). La diferenciación genética está correlacionada negativamente con la posibilidad de dispersión de algunas especies de aguas continentales (Waples, 1987), estrellas (Williams y Benzie, 1993) y crustáceos (Mulley y Latter 1981 a, 1981b). El empleo de técnicas ADN, más sensibles, ha puesto de manifiesto una estructura más compleja de las poblaciones, y así, por ejemplo, se detectó una importante disrupción genética en las poblaciones del cangrejo cacerola, Limulus polyphemus, frente a las costas de Florida tratado con el ADN mitocondrial (Saunders et al., 1986), pero no con las alozimas (Selander et al., 1970) y se obtuvieron resultados parecidos en las mismas zonas para el ostión virgínico, Crassostrea virginica, (Buroker, 1983; Reeb y Avise, 1990). Los estudios alozimáticos de las poblaciones australianas y neozelandesas del reloj anaranjado, Hoplostethus atlanticus, que es un teleósteo de aguas profundas, han puesto de manifiesto pocas subdivisiones genéticas (Smith, 1986; Elliot y Ward, 1992) mientras que los estudios del ADN mitocondrial han revelado subdivisiones genéticas (Smolenski et al., 1993; Smith y McVeagh, sin publicar). Se descubrió una gran divergencia de secuencias del ADNmt entre el bacalao ártico y el costero, Gadus morhua (1,8–5,6 por ciento) pero una baja divergencia ente las localidades costeras (< 1 por ciento) en el NE del Océano Atlántico (Dahle, 1991).
Algunas especies de invertebrados marinos cuyos individuos adultos son sedentarios pero pelágicos en el estado larval, han mostrado importantes diferenciaciones genéticas a lo largo de cortas distancias geográficas (<5 km), mientras que otros muestran una uniformidad genética en gran escala de las frecuencias alélicas a distancias comprendidas entre cientos y millares de kilómetros (Benzie y Williams, 1992 ; Burton, 1983; Hedgecock, 1986; Kordos y Burton, 1993; Williams y Benzie, 1993). Las diferenciaciones localizadas, bautizadas con el nombre de “retazos” genéticos (Johnson y Black, 1982), parecen proceder de los procesos de prerreclutamiento en el erizo de mar, Echinometra mathaei, (Watts et al., 1990), la lamprea, Siphonaria jeanae (Johnson y Black, 1982, 1984), el gastrópodo Drupella cornus (Johnson et al., 1993) y en el cobo reina, Strombus gigas, (Campton et al., 1992; Mitton, et al., 1989). Sin embargo, se cree que las variaciones genéticas microgeográficas en otros invertebrados se deben a la selección posterior al asentamiento (v.g. la oreja de mar de labios negros, Haliotis rubra, Brown, 1991), si bien algunas observaciones de la variación genética espacial en el género Mytilus se deben a la mezcla de especies (Koehn, 1991). El ejemplo más convincente de selección posterior al asentamiento procede de los estudios de Kent y sus colaboradores sobre el polimorfismo de la leucine aminopeptidase (LAP) en el mejillón, Mytilus edulis. Las acusadas diferencias de forma de las frecuencias alélicas de la LAP en el M. edulis combinadas con los gradientes de salinidad en el estrecho de Long Island (Koehn et al., 1980) y en Cape Cod (Koehn et al., 1976) y en el Mytilus trossulus en la costa occidental de Norteamérica (McDonald y Siebenaller, 1989) se deben a las selecciones posteriores al reclutamiento entre los reproductores del océano (Hilbish, 1985; Hilbish y Koehn, 1985). Pese al flujo de genes establecido entre las poblaciones, la diferenciación genética se produce como respuesta a una fuerte selección.
Se han observado cambios temporales en las frecuencias de los alelos de varias especies de teleósteos marinos mediante un muestreo repetido de la misma localidad en momentos sucesivos o el muestreo de clases anuales discretas. Dado que la mayor parte de estudios genéticos de las poblaciones marinas se basan en la electroforesis de las proteínas, las estimaciones de las variaciones genéticas temporales están limitadas a períodos comprendidos en los últimos veinticinco años. Uno de los marcadores estudiados por más tiempo es el polimorfismo de la hemoglobina en el bacalao del Atlántico, Gadus morhua, para el cual las frecuencia alélicas en las poblaciones noruegas han permanecido estables durante veinticinco años (Gjosaeter et al., 1992; Jostad y Naevdal, 1989). Las poblaciones del corvinón ocelado, Scianenops ocellatus , en el golfo de México muestran la estabilidad de los genotipos alozimáticos y del ADNmt entre las clases anuales (Gold et al., 1993).
Por el contrario, se han observado variaciones genéticas en cortos períodos de tiempo entre las clases anuales de la dorada, Chrysophrys auratus, (Smith, 1979), el tarakihi, Cheilodactylus macropterus, (Gauldie y Johnston, 1980), el killifish, Fundulus heteroclitus, (Mitton y Koehn, 1975), y el róbalo, Anoplarchus purpurescens, (Johnson 1977). También se han observado importantes desplazamientos de las frecuencias del alelo en un lugar enzimático de un pez de arrecife, el “damselfish”, Stegastes partitus, de Florida durante dos generaciones, (Lacson y Morizot, 1991). Una población de “damselfish” con frecuencias alélicas atípicas se vio que había adquirido frecuencias típicas al tomar una muestra tres años más tarde. Se cree que las frecuencias típicas del alelo quedaron restablecidas por los elevados niveles de flujo génico que penetraron en la población perturbada (Lacson y Morizot, 1991). Las variaciones genéticas observadas en poblaciones del salmón real, Oncorynchus tshawytscha, de la costa del Pacífico del Estado de Oregón parecen ser el resultado de diferencias genéticas entre lotes de peces liberados de un criadero, (Bartley et al., 1992b; Waples y Teel, 1990).
En la anguila americana, Anguilla rostrata, que desova en un solo lugar, se observaron importantes diferencias genéticas entre los adultos y los alevines, y entre localidades a lo largo de la costa este de los Estados Unidos (Williams et al., 1973). Estas diferencias genéticas se desarrollan durante la fase de alevín cuando salen del lugar de desove común del mar de los Sargazos (Williams et al., 1973).
Los estudios alozímicos de los organismos marinos han permitido observar excesos homocigóticos, especialmente en los moluscos marinos, en los que el exceso es más notable en las fases juvenil y larval (Singh y Green, 1984; Zouros y Foltz, 1984). Dichos excesos ocurren en las grandes poblaciones y no es probable que se deban a la deriva genética o a errores genéticos de contagio y la causa de este difundido fenómeno sigue siendo una incógnita (Zouros y Romero-Dorey, 1988).
Varios estudios alozímicos han revelado la existencia de especies crípticas en las pesquerías costeras y han puesto de manifiesto que los recursos que se consideraban integrados por taxones únicos constan en realidad de dos o más especies. Se han encontrado ejemplos de especies crípticas, en los calamares (Brierley et al., 1993) ; Carvalho et al., 1992 ; Smith et al., 1981), los pulpos, (Levy et al., 1988), los bivalvos (Grant et al., 1984; Richardson et al., 1982; Sarver et al., 1992), los tamboriles, (Masuda et al., 1987), el pejerrey, (Prodohl y Levy, 1989), el lagarto escamoso (Shaklee et al., 1982; Waples, 1981; Yamaoka et al., 1989), los macabíes (Shaklee y Tamaru, 1981; Shaklee et al., 1982) y pequeñas especies pelágicas (Daly y Richardson, 1980; Smith y Robertson, 1981).
Al contrario, la falta de diferencias genéticas entre los distintos colores que presentan los pequeños peces serránidos del género Hypoplectrus parece indicar que están compuestos de una sola especie (Graves y Rosenblatt, 1980). Igualmente, la falta de diferencias genéticas entre individuos de los “armourheads”, Pseudopentaceros wheeleri y P.pectoralis, pelágicos, del norte del Océano Pacífico llevan a la conclusión de que el armourhead está integrado por una sola especie metamórfica que reviste distintas morfologías entre las fases de su ciclo biológico (Humphreys et al., 1989). La falta de diferencias genéticas en 33 lugares examinados entre dos especies de langostas la Jasus edwardsii, de Nueva Zelandia y la J. novaehollandiae, de Tasmania, indican que se trata de poblaciones coespecíficas (Smith et al., 1980).
Los efectos de la contaminación sobre los recursos costeros son muchas veces espectaculares, traduciéndose en muertes masivas de las poblaciones locales, reducción de la diversidad de las especies, y en cambios de su composición. La contaminación puede ocasionar el cierre de zonas locales a la pesca. Entre las fuentes de contaminación figuran los metales pesados, pesticidas, aceites y detergentes, y vertidos térmicos y radioactivos. Los informes sobre las variaciones genéticas debidas a la contaminación marina son escasos, debido en parte a la dificultad de medirlos en poblaciones de peces cuyo reclutamiento puede quedar fuera de las zonas contaminadas. El mayor número de ejemplos conocidos de variaciones genéticas producidas por la contaminación corresponde a especies con capacidad limitada de dispersión; los moluscos pueden ser reclutados desde zonas exteriores a la zona de contaminación pero las fases juvenil y adulta son estacionarias.
Los amplios estudios realizados por Nervo y sus colaboradores en el Mediterráneo sobre la influencia de la contaminación en la genética muestran que las variaciones genéticas se producen en las poblaciones naturales de los organismos marinos expuestas a los casos de contaminación local (Nevo et al., 1984, 1987). Por ello, sehan propuesto marcadores genéticos para seguir la contaminación marina (Ben-Shlomo y Nevo, 1988 ; Nevo et al., 1984). Los estudios de laboratorio realizados sobre moluscos y crustáceos han demostrado las distintas tasas de supervivencia de los genotipos alozímicos expuestos a los metales pesados (Hvilsom, 1983; Lavie y Nevo, 1982, 1986; Nevo et al., 1981). Se han advertido cambios parecidos en las frecuencias génicas de los organismos marinos expuestos al petróleo bruto (Battaglia et al., 1980; Nevo y Lavie, 1989; Nevo et al., 1978) si bien Fevolden y Garner (1986) no encontraron indicio alguno de selección genotípica en el Mytilus edulis, expuesto a bajas concentraciones de petróleo en los fiordos noruegos. En las pruebas de laboratorio efectuadas con parejas de especies expuestas a los contaminantes marinos, las especies con un nivel superior de diversidad genética mostraron una mayor supervivencia (Nevo et al., 1986).
Se han observado menos casos de variaciones genéticas en los teleósteos debidos a la contaminación. Los desplazamientos temporales de las frecuencias fueron superiores en las aguas contaminadas del Báltico, que en las no contaminadas, para las poblaciones de charrascos, Myoxocephalus quadricornis (Gyllensten y Ryman, 1988). Sin embargo, no está claro si estas variaciones genéticas se deben a una mortalidad selectiva directa o a la invasión de los lugares contaminados por nuevas poblaciones (Gyllensten y Ryman, 1988).
La mayor parte de los peces e invertebrados marinos son iteróparos, es decir, se reproducen a lo largo de varios años, mientras que el salmón del Pacífico, del género Oncorhynchus, es semelparo, reproduciéndose una sola vez en su vida. Muchas especies son muy fecundas y el ciclo biológico comprende una fase dispersiva (Fogarty et al., 1991). Sin embargo, existen considerables variaciones interespecificas entre el ciclo biológico y la fecundidad, y muchas de las especies ampliamente difundidas presentan largas temporadas de desove y el momento de éste varía con la latitud. En el salmón rosado, Onorhynchus keta, el momento del regreso para desovar tiene un componente genético (Gharret y Smoker, 1993). Los experimentos de trasplante realizados con la vieira europea, Pecten maximus, han demostrado la existencia de un componente genético relacionado con el período de desove y este carácter presenta diferencias entre las poblaciones (Cochard y Devauchelle, 1993); Mackie y Ansell, 1993). La talla alcanzada en el momento de la madurez sexual varía entre las poblaciones intraespecíficas de la raya, Raja radiata (Templeman, 1987) y la platija americana, Hippoglossoides platessoides (Roff, 1982). El arenque, Clupea harengus, y la solla europea, Pleuronectes platessa, arrojan variaciones geográficas en su fecundidad (Mann y Mills, 1979) y el bacalao, Gadus morhua, presenta diferencias intraespecíficas en cuanto a la edad a la madurez (Garrod y Horwood, 1984).
Existe una correlación importante entre la edad de la primera reproducción, la mortalidad y la tasa de crecimiento de los teleósteos y se cree que estas correlaciones son el resultado de una nivelación evolucionista entre el crecimiento, la reproducción y la supervivencia (Roff, 1984). La teoría de la pesca prevé que en aumento de la mortalidad por pesca redundará en un aumento del crecimiento y el reclutamiento. Tanto si el principio de la madurez sexual viene determinado por la edad como por la talla, aquél se verá modificado cuando aumente la mortalidad por pesca: los peces que crecen más rápidamente alcanzarán una talla mínima también más deprisa y madurarán a una edad más temprana, mientras que si el principio de la madurez viene determinado por la edad, entonces el pez madurará cuando alcance una talla mayor. Las complejas y mal comprendidas relaciones entre los componentes genéticos de la tasa de crecimiento, la talla y la edad en que se alcanza la madurez, así como las respuestas no genéticas de estos caracteres ante los cambios en la densidad de población y otros parámetros ambientales, especialmente la temperatura del agua, hace difícil distinguir entre las repercusiones genéticas y no genéticas de la pesca sobre las poblaciones naturales.
