Effect of gamete aging on fertilization success of the sea urchin Arbacia dufresnii (Arbacioida: Arbaciidae) / Efecto del envejecimiento de los gametos sobre el éxito en la fecundación del erizo de mar Arbacia dufresnii (Arbacioida: Arbaciidae)

Abstract Introduction: Short-term gametes storage is an inexpensive and simple technique that allows the use of the same batch of eggs or sperm at different times, maximizing the application of research protocols and the use of gametes in production. Arbacia dufresnii is a sea urchin species with proven aquaculture potential and already used in the nutraceutical industry. Aging of its gametes is unknown and is a needed information to scale up the production. Objective: Determine the effect of male and female gamete aging on the fertilization success of Arbacia dufresnii. This will allow optimizing the use of gametes after collection decoupling spawning from fertilization. Methods: A. dufresnii individuals were induced to spawn and gametes were kept at 12 ± 1 °C throughout each bioassay. Sperm was separated into two treatments: activated sperm in seawater (AS), and dry sperm (DS). Two bioassays were made: Bioassay 1 evaluated the effect of time on fertility by performing fertilization tests at 0 h, 24 h, 48 h, 72 h, and 96 h after spawning. Bioassay 2 evaluated the contribution of each type of aged gamete on fertility, combining aged gametes (96 h) with fresh gametes (0 h). Results: Bioassay 1: the fertilization success obtained by combining eggs (E) with AS or DS presented important differences. While the fertilization success remained acceptable (greater than 50 %) for up to 72 h using ExDS, it only remained acceptable for up to 48 h using ExAS. Bioassay 2: acceptable fertilization success was found by combining aged E (96 h) with fresh sperm, or aged DS (96 h) with fresh E, but not using aged AS with fresh E. Conclusions: The findings of this work show that fertilization success in A. dufresnii gametes remains relatively unchanged for up to 48 h after spawning when combining ExAS, and for up to 72 h when combining ExDS. However, when combining aged E or aged DS with a fresh gamete, post-collection fertilization can be extended up to 96 h. In this work, the first steps have been taken to understand the conservation time of A. dufresnii gametes with minimum intervention.

Resumen Introducción: El almacenamiento de gametos a corto plazo es una técnica económica y sencilla que permite utilizar el mismo lote de óvulos o espermatozoides en diferentes momentos, maximizando la aplicación de protocolos de investigación y el uso de gametos en la producción. Arbacia dufresnii es una especie con probado potencial acuícola como fuente de gametos para la industria nutracéutica. Sin embargo, se desconoce el envejecimiento de sus gametos y es una información necesaria para escalar la producción. Objetivo: Determinar el efecto del envejecimiento de los gametos masculinos y femeninos en el éxito de la fecundación de Arbacia dufresnii con el fin de optimizar el aprovechamiento de los gametos después de la recolecta desincronizando el desove de la fecundación. Métodos: Se indujo el desove de individuos de A. dufresnii y los gametos se mantuvieron a 12 ± 1 °C durante cada bioensayo. El esperma se separó en dos tratamientos: esperma activado en agua de mar (AS) y esperma seco (DS). Se realizaron dos bioensayos: El Bioensayo 1 evaluó el efecto del tiempo sobre la fertilidad realizando pruebas de fecundación a las 0 h, 24 h, 48 h, 72 h y 96 h después del desove. El bioensayo 2 evaluó la contribución de cada tipo de gameta envejecida (96 h) sobre la fertilidad, combinando gametos envejecidas (96 h) con gametos frescas (0 h). Resultados: Bioensayo 1: el éxito de fecundación obtenido combinando huevos (E) con AS o DS presentó diferencias importantes. Si bien el éxito de la fecundación se mantuvo aceptable (más del 50 %) durante un máximo de 72 h con ExDS, solo permaneció aceptable hasta 48 h con ExAS. Bioensayo 2: se encontró un éxito de fecundación aceptable combinando E envejecidos (96 h) con esperma fresco, o DS envejecido (96 h) con E fresco (0 h), pero no usando AS envejecido con E fresco (0 h). Conclusiones: Los hallazgos de este trabajo muestran que el éxito de la fecundación en los gametos de A. dufresnii permanece relativamente sin cambios hasta 48 h después del desove cuando se combina ExAS, y hasta 72 h cuando se combina ExDS. Sin embargo, cuando se combina E envejecido o DS envejecido con un gameto fresco, el tiempo entre la recolección y la fecundación puede extenderse hasta 96 h. En este trabajo se han dado los primeros pasos para entender el tiempo de conservación de los gametos de A. dufresnii con mínima intervención.

Temporal dynamics of bacterial populations in recirculating aquaculture systems for sea urchin production / Dinámica temporal de poblaciones bacterianas en sistemas de recirculación para la producción acuícolas de erizo de mar

Abstract Introduction: Sea urchin aquaculture is a rising industry, and in consequence, there is a need to establish optimal culture parameters to ensure the health of the cultured animals. Objective: To evaluate the bacterial counts in the seawater of sea urchin (Arbacia dufresnii) aquaculture recirculating systems (RAS). Methods: The bacteriological water quality of two RAS containing sea urchins was determined. For approximately two months, weekly water samples were taken. The bacteriological quality was determined by counting total aerobic heterotrophic populations, lactic acid bacteria, enterobacterias and genus Vibrio. Physicochemical parameters were also measured. Results: There was no presence of disease or mortality. Enterobacteria and lactic acid bacteria were not detected from both RAS systems. The number of animals had an important effect on the observed difference in the count of total bacteria and Vibrio spp. In RAS 1 the maximum counts of total bacteria and Vibrio spp. were 2.8 x 105 ± 1.7 x 105 and 1.45 x 105 ± 3.6 x 104 UFC ml-1, respectively. In RAS 2 total bacteria and Vibrio spp. exhibited repetitive behavior over time influenced in part by water exchange and mainly by feeding. The results indicate that periodic water changes ensure a limited growth of bacterial strains as Vibrio and other bacteria. Conclusions: Our results suggests that the bacterial count levels recorded in this study can be used as a threshold or safety limit for Arbacia dufresnii aquaculture.

Resumen Introducción: La acuicultura de erizos de mar es una industria en auge, y en consecuencia, existe la necesidad de establecer los parámetros de cultivo óptimos para garantizar la salud de los animales en cultivo. Objetivo: Evaluar los recuentos bacterianos en el agua de cultivo de los sistemas de recirculación acuícola (RAS) de erizo de mar Arbacia dufresnii. Métodos: Se determinó la calidad bacteriológica del agua de cultivo de dos RAS que contenían erizos de mar. Durante aproximadamente dos meses, se tomaron muestras de agua semanalmente. La calidad bacteriológica se determinó realizando recuento de las poblaciones heterótrofas aerobias totales, bacterias ácido lácticas, enterobacterias y bacterias del género Vibrio. También se midieron parámetros fisicoquímicos. Resultados: No se observaron patologías ni mortalidad. No se detectaron enterobacterias ni bacterias del ácido láctico en ninguno de los sistemas RAS. El número de animales cultivados tuvo un efecto importante en la diferencia observada en el recuento de bacterias totales y Vibrio spp. En el RAS 1 los recuentos máximos de bacterias totales y Vibrio spp. fueron 2.8 x 105 ± 1.7 x 105 y 1.45 x 105 ± 3.6 x 104 UFC ml-1, respectivamente. En RAS 2 los recuentos de bacterias totales y Vibrio spp. exhibieron un comportamiento repetitivo en el tiempo influenciado en parte por el recambio de agua y principalmente por la alimentación. Los resultados indican que los cambios periódicos de agua aseguran un crecimiento limitado de cepas bacterianas como Vibrio y otras bacterias. Conclusiones: Nuestros resultados sugieren que los niveles de recuento bacteriano registrados en este estudio pueden usarse como umbral o límite de seguridad para la acuicultura de Arbacia dufresnii.

Fatty acid composition and metabolic pathways in Arbacia dufresnii (Arbaciidae: Arbacioida) gametes: implications of shrimp byproducts in aquaculture feeds / Composición de ácidos grasos y vías metabólicas en los gametos de Arbacia dufresnii (Arbaciidae: Arbacioida) implicaciones de los subproductos de langostinos en los alimentos de acuicultura

Abstract Introduction: Care towards nutrition is essential for the quality of a sustainable aquaculture product. Since the balance in food affects the growth and production of gametes. The circular economy is made possible through the use of discarded materials. Objective: The aim of this research was to study the fatty acid composition and metabolic pathways in the gametes of Arbacia dufresnii, with a focus on the implications of incorporating shrimp byproducts into aquaculture feeds. Methods: Four different treatments were designed to maintain optimal nutritional quality, particularly in lipids and proteins, based on previous studies. The fatty acid profiles of the feeds and gametes were analyzed by using gas-chromatography, and statistical analyses were conducted to determine significant differences. Results: Significant differences were observed in the abundance (%) of omega-3 (ω-3) and omega-6 (ω-6) fatty acids. The (ω-3) metabolic pathway was more pronounced in the gametes of wild animals and those fed with the experimental feeds. In contrast, the (ω-6) metabolic pathway was less relevant in these groups. The (ω-3) /(ω-6) ratio was highest in the gametes of wild animals. Feeds enriched in fatty acids enhanced their bioaccumulation in the gametes reaching higher concentrations than wild animals. The availability of fatty acids in foods allowed their bioaccumulation in gametes, with concentrations equal to or higher than those observed in animals in their natural environment for certain fatty acids. Conclusions: Incorporating shrimp byproducts in aquaculture feeds demonstrated a promising strategy for resource utilization and organic input generation. The fatty acid composition in the gametes of A. dufresnii was influenced by the diet, highlighting the potential of balanced feeds to enhance the bioaccumulation of essential fatty acids. These findings provide valuable insights for the development of sustainable aquaculture practices and the production of nutritionally enriched seafood products.

Resumen Introducción: El cuidado hacia la nutrición es fundamental para la calidad de un producto acuícola sostenible. Ya que el balance en los alimentos afecta el crecimiento y producción de los gametos. A partir del aprovechamiento de materias de descarte se posibilita la economía circular. Objetivo: El objetivo de este estudio fue investigar la composición de ácidos grasos y las vías metabólicas en los gametos de Arbacia dufresnii, centrándose en las implicaciones de la incorporación de subproductos de camarones en los alimentos de acuicultura. Métodos: Se diseñaron cuatro tratamientos diferentes para mantener una calidad nutricional óptima, especialmente en lípidos y proteínas, basándose en estudios previos. Se analizaron los perfiles de ácidos grasos de los alimentos y los gametos mediante cromatografía de gases, y se realizaron análisis estadísticos para determinar diferencias significativas. Resultados: Se observaron diferencias significativas en la abundancia (%) de ácidos grasos omega-3 (ω-3) y omega-6 (ω-6). La vía metabólica de (ω-3) fue más pronunciada en los gametos de los animales en su entorno natural y aquellos alimentados con los piensos experimentales. Por el contrario, la vía metabólica de (ω-6) tuvo menos relevancia en estos grupos. La relación (ω-3) /(ω-6) fue más alta en los gametos de los animales en su entorno natural. La disponibilidad de ácidos grasos en los alimentos permitió su bioacumulación en los gametos, con concentraciones iguales o superiores a las observadas en los animales en su entorno natural para ciertos ácidos grasos. Conclusiones: La incorporación de subproductos de camarones en los alimentos de acuicultura demostró ser una estrategia prometedora para la utilización de recursos y la generación de insumos orgánicos. La composición de ácidos grasos en los gametos de A. dufresnii fue influenciada por la dieta, destacando el potencial de los alimentos balanceados para mejorar la bioacumulación de ácidos grasos esenciales. Estos hallazgos brindan información valiosa para el desarrollo de prácticas sostenibles en acuicultura y la producción de productos marinos enriquecidos nutricionalmente.

Morphological plasticity in the Aristotle's lantern of Arbacia dufresnii (Phymosomatoida: Arbaciidae) off the Patagonian coast / Plásticidad morfológica en la linterna de Aristoteles en Arbacia dufresnii (Phymosomatoida: Arbaciidae) en la costa Patagónica

Abstract The relative size of the Aristotle's lantern of most sea urchins varies in relation to the food availability and it is often used to infer the availability of food of the environment. The aim of our study was to evaluate the lantern morphology plasticity of Arbacia dufresnii in populations with different environmental characteristics, either mussel beds or disturbed areas, by the invasive alga Undaria pinnatifida along the Patagonian Atlantic coast. The test diameter of the sea urchins along with the weight and height of the lanterns, the jaw lenght and rotula lenght were measured. Classic and geometric morphometric analyses were performed to test differences among populations. The length of the jaw was the best indicator of relative changes in size of the lantern. The largest length of the jaw was measured in individuals from disturbed areas dominated by the invasive algae U. pinnatifida. The rotula shape changed with the increase of the diameter of the sea urchins, it tends to be more elongated with larger sea urchins. Rev. Biol. Trop. 63 (Suppl. 2): 339-351. Epub 2015 June 01.

Resumen El tamaño relativo de la linterna de Aristóteles en la mayoría de las especies de erizos de mar varía en relación con la disponibilidad de alimentos y se utiliza a menudo para inferir la disponibilidad de alimentos en el medio ambiente en que los erizos de mar habitan. El objetivo de este estudio fue evaluar la plasticidad morfológica de la linterna de Aristóteles de Arbacia dufresnii en poblaciones con diferentes características ambientales, ya sean con bancos de mejillones o áreas modificadas por el alga invasora Undaria pinnatífida, a largo de la costa patagónica atlántica. Se midió el diámetro del caparazón, el peso y el alto de las linternas, la longitud de la semipirámide y la longitud de la rótula. Los datos se analizaron utilizando técnicas de morfometría clásica y geométrica con el objetivo de probar diferencias entre las poblaciones. La longitud de la semipirámide fue el mejor indicador para describir los cambios relativos en el tamaño de la linterna. La mayor longitud de la semipirámide se observó en las poblaciones que habitan áreas dominadas por el alga invasora U. pinnatifida. La forma de la semipirámide no varía entre las poblaciones ni con el tamaño de los erizos de mar, mientras que la forma de la rótula cambia en relación al tamaño de los erizos, siendo más alargada cuando el tamaño de los individuos es mayor.

Regeneration rate after fission in the fissiparous sea star Allostichaster capensis (Asteroidea) / Tasa de regeneración luego de la fisión en la estrella de mar fisipara Allostichaster capensis (Asteroidea)

Abstract Many studies have focused on the regeneration rate of arms in Asteroidea but no studies have focused on the regeneration rate after fission. Allostichaster capensis is a fissiparous sea star with a wide range of distribution. In Golfo Nuevo (42°46'49'' S - 64°59' 26'' W) sea stars undergo fission every spring and summer and regenerate the rest of the year. To analyze the regeneration rate, we conducted an experiment with sea stars collected just before fission. After sea stars underwent fission, the length of the three non-regenerating and the three regenerating arms were measured weekly. The arm length (regenerating and non-regenerating) was used in non-Linear Mixed Effect models in order to account for within-individual correlation in different models. The regenerating arms regenerate according to a Quadratic model, while the non-regenerating arms regenerate according to a linear model. In the regenerating arms, the regeneration rate was estimated to be 0.1 mm.week-1 and in the non-regenerating arms, the growth rate was 0.004 mm.week -1. Sea stars regenerate ca. 20 % of the arm in one month, and it takes about 5 months to be completely regenerated. At the beginning, the regeneration rate is fast generating the growth of the arms, once the pyloric caeca and gonads are present inside the arms the regeneration rate slows down probably due to allocation to gametes and pyloric caeca and arms. The factors that regulate the regeneration rate are unknown. However, food availability and energy storage seem to play an important role. Rev. Biol. Trop. 63 (Suppl. 2): 321-328. Epub 2015 June 01.

Resumen Numerosos estudios se han enfocado en estudiar la tasa de regeneración de brazos en Asteroidea, sin embargo ninguno se han centrado en la tasa de regeneración después del proceso de fisión. Allostichaster capensis es una estrella de mar fisípara con un amplio rango de distribución. En el Golfo Nuevo (42°46'49'' S - 64°59'26'' W) las estrellas de mar se fisionan cada primavera y verano y se regeneran durante el resto del año. Para analizar la tasa de regeneración, se realizó un experimento con estrellas de mar colectadas justo antes de la fisión. Después de estrellas de mar se fisionaron, se midió la longitud de los tres brazos en regeneración y de los tres brazos originales semanalmente. Se utilizaron modelos no lineales de efectos mixtos para analizar la correlación dentro de individuos del largo de los brazos (regenerados y que no regeneran). Los brazos en regeneración, regeneraron sus brazos de acuerdo con un modelo cuadrático, mientras que los brazos originales ajustaron a un modelo lineal. En los brazos de regeneración se estimó que la tasa de regeneración era de 0.1 mm/ semana; mientras que en los brazos originales, la tasa de crecimiento fue de 0.004 mm/semana. Las estrellas de mar se regeneran un 20 % aproximadamente del brazo en un mes, y tardan alrededor de cinco meses en estar completamente regenerado. Al principio, la alta tasa de regeneración genera el crecimiento rápido de los brazos en longitud, una vez que el ciego pilórico y las gónadas están presentes en el interior de los brazos; la tasa de regeneración disminuye, probablemente debido a la asignación de energía en la producción de gametas, en el ciego pilórico y en los brazos. Los factores que regulan la tasa de regeneración son desconocidos. Sin embargo, la disponibilidad de alimentos y el almacenamiento de energía parecen jugar un papel importante.