Acuicultura y piscicultura Articulistas Pesca Venezuela

Algunas tecnologías emergentes y disruptivas utilizadas en la acuicultura moderna

Composición de diferentes imágenes del catálogo de Akva Group, Tu Pez, y Spring Genetics ilustrando diferentes tecnologías disponibles en la actualidad para los cultivos acuícolas.

Germán Robaina G.

robainag@gmail.com


Algunos ambientalistas, en su afán de ver siempre el vaso acuícola medio vacío, alertan sobre la inexistencia de adecuadas evaluaciones, respaldos científicos y tecnológicos para la mayoría de las especies acuáticas sometidas a prácticas de cultivo a escala mundial, por lo que sugieren la aplicación de una especie de “freno de mano” a la actividad hasta tanto no se completen adecuados programas y estudios que garanticen el bienestar animal.

Muchas de estas aseveraciones siguen siendo lo que llamamos “verdades a medias”, ya que la actividad acuícola como un todo, es una de las actividades agropecuarias en la que más cantidad de innovaciones científicas y tecnológicas se han generado y aplicado a escala mundial. Si bien no para todas las especies sometidas a ensayos de cultivo, seguro estamos que si para aquellas que representan el grueso de la producción acuícola mundial, y en un gran porcentaje en comparación con otros subsectores agropecuarios, especialmente si lo comparamos en función a la edad del desarrollo moderno y comercial de la actividad.

Tratando de abonar sobre el tema, basado en un artículo de Kangning Yue y Yubang Shen (An overview of disruptive technologies for aquaculture), próximo a ser publicado en la revista Aquaculture and Fisheries (versión On-line del 11 de junio de 2021), me permito realizar un resumen parcialmente editado y traducido.

1. Introducción

La acuicultura tiene una larga historia y aporta proteínas de alta calidad a los seres humanos de manera significativa, es el sector agropecuario de más rápido crecimiento actual, y desde 2013 ha superado la producción de las pesquerías silvestres. En los últimos 50 años, las aplicaciones de la ciencia y la introducción de nuevas tecnologías en el desarrollo acuícola mundial han fomentado su rápido desarrollo. En términos de especies, alimentos, sistemas de producción, enfermedades, productos, estructuras comerciales y comercialización, la acuicultura está más diversificada que muchos otros sectores agropecuarios.

Los avances científicos y tecnológicos desarrollados durante los últimos años han beneficiado a casi todos los aspectos de esta actividad, y muchas tecnologías han contribuido significativamente con el aumento de la producción acuícola. Así, las tecnologías reproductivas mejoradas han permitido cerrar los ciclos de vida de diferentes especies favoreciendo la diversificación de especies utilizadas a escala comercial alrededor del mundo. El desarrollo y uso de alimentos vivos ha resuelto el gran cuello de botella en el cultivo de algunas especies. La cría selectiva con la ayuda de la genética ha mejorado sustancialmente los rasgos de importancia comercial en más de 60 especies. La tecnología de inversión de sexo y los marcadores de ADN asociados con la determinación del sexo han permitido la producción de tilapias mono-sexo, bagre amarillo y camarones de río. El parentesco molecular ha permitido la selección intrafamiliar en cruces masivos, reduciendo así el peligro de endogamia. El mapeo de locus de rasgos cuantitativos y la selección asistida por marcadores han permitido la selección de rasgos, que están determinados por genes únicos y algunos genes principales. La formulación de alimentos mejorados basados en los requisitos nutricionales de cada una de las especies han mejorado la tasa de conversión de alimentos y han reducido su costo, mientras que las tecnologías para el manejo de enfermedades han reducido significativamente su incidencia en las prácticas acuícolas.

Aunque muchas innovaciones han contribuido con el crecimiento de la acuicultura y ayudado a satisfacer la creciente demanda de productos de origen pesquero, los desafíos y retos siguen siendo abrumadores, y se trabaja arduamente en evitar y/o minimizar el deterioro de las condiciones ambientales, la reducción de la oferta de harinas y aceites de pescado y el cambio climático, entre otros, actores que podrían afectar gravemente la capacidad de la acuicultura para producir suficiente biomasa para satisfacer la demanda de la población.

El desarrollo sostenible y rentable de la actividad viene acompañado siempre con el desarrollo de nuevos estudios científicos y la aplicación de las nuevas tecnologías que día a día adopta la industria, tecnologías emergentes y disruptivas que ofrecen cada vez más formas novedosas de facilitar y mejorar la producción y la sostenibilidad de las actividades acuícolas a nivel mundial.

Entre las principales tecnologías aplicadas, factibles de aplicar, en evaluación o con potencial para su aplicación en el desarrollo de la actividad acuícola a escala global en el corto tiempo, los autores de este artículo destacan:

La mejora genética: La combinación de tecnologías moleculares en los programas de reproducción ha acelerado significativamente el mejoramiento genético de diferentes especies acuáticas. La selección asistida por marcadores (MAS) ya se ha aplicado para mejorar la resistencia a enfermedades, incluida la resistencia a IPN en salmón, linfocistis en platija japonesa y para producir machos en tilapia. Otras biotecnologías, incluido el control del sexo, la poliploidización, la ginogénesis y la androgénesis han desempeñado un papel importante en la mejora de la productividad acuícola.

La selección genómica (GS): Con los continuos avances en las tecnologías de secuenciación, bioinformática, y la disminución en el costo de la genotipificación de SNP (polimorfismo de un solo nucleótido), se está aplicando cada vez más en una amplia gama de especies de acuicultura para optimizar la cría selectiva y acelerar la mejora genética.

La edición del genoma (GE) ha permitido la introducción rápida de alelos favorables al genoma, para aumentar la frecuencia de los alelos deseados en los loci que determinan rasgos importantes, para generar nuevos alelos y/o introducir alelos favorables de otras especies.

Estos avances vienen remodelando drásticamente la industria acuícola al ayudar a mejorar los rasgos económicamente importantes de muchas especies. En el futuro la combinación de estas dos tecnologías con estrategias de reproducción avanzada y biotecnologías maduras acelerarán sustancialmente la mejora genética en las actividades acuícolas.

La Robótica: En la producción acuícola muchos pasos son laboriosos, costosos y pueden resultar difíciles de realizar sin el uso de la Robótica. Ya se han utilizado robots submarinos automatizados en la inspección y limpieza del estado de las redes en la industria del salmón, para monitorear la salud de los peces y prevenir su escape de las instalaciones de cultivo, haciendo que la actividad sea más rentable al poder trabajar continuamente bajo inadecuadas condiciones ambientales y sin necesidad de asistencia humana. Aunque la acuicultura totalmente automatizada todavía no es una realidad, es seguro que los próximos años traerán cambios sustanciales en la forma en que se cultivan los peces con su ayuda.

Los Drones: Al igual que los robots, los drones pueden hacer muchos trabajos por encima y por debajo del agua. Pueden monitorear granjas de peces en tierra y en el mar, recopilar información difícil de obtener por parte de humanos y ser utilizados para generar algoritmos para el desarrollo de tecnologías que mejoren la eficiencia de la producción acuícola. Los drones en combinación con inteligencia artificial (IA) y computación en la nube reducirán costos y mejorarán las operaciones para la industria acuícola.

Los sensores se vienen utilizando para recolectar diferentes parámetros del agua, incluidos los niveles de oxígeno disuelto (OD), los valores de pH, la salinidad, la turbidez, la concentración de contaminantes, las proliferaciones de algas nocivas, patógenos, toxinas y el estado de las redes.

De hecho, muchos de los robots y drones mencionados anteriormente utilizan sensores para obtener datos en tiempo real, y en la industria del salmón, la frecuencia cardíaca, el metabolismo, el movimiento y el estado de hambre de los ejemplares sometidos a cultivo ya se puede monitorear y registrar  utilizando sensores submarinos conectados a Internet, pudiéndose realizar una adecuada alimentación de acuerdo con el estado de hambre, reduciendo significativamente el desperdicio de alimentos y los costos totales de producción.

La Inteligencia Artificial (IA) se está estudiando y aplicando para tomar mejores y más rápidas decisiones. A través de ella, la producción acuícola se puede aumentar en un corto período de tiempo, haciendo que la acuicultura sea un campo menos intensivo en lo que a mano de obra se refiere.

Se estima, que mediante la implementación de la IA, el desperdicio de insumos se puede reducir hasta en un 30% al proporcionar el control sobre los sistemas de producción de peces con menos mantenimiento y costos. Sin embargo, solo con suficientes datos sobre las técnicas de producción de las diferentes especies y sus condiciones de cultivo, así como el establecimiento de bases de datos en dominios públicos, los acuicultores podrán desarrollar algoritmos adecuados para tomar mejores y más precisas decisiones.

Con la realidad aumentada (AR) los objetos que se ubican en el mundo real se fortalecen con la ayuda de información perceptiva generada por computadora, y los objetos producidos por la computadora se utilizan para mejorar la impresión de experiencias del mundo real al agregar claridad y datos.

La RA puede reducir los costos, el tiempo libre y facilitar las operaciones de robots y drones submarinos, incluido el seguimiento del comportamiento de los peces, los agujeros de las redes y los peces muertos. Con la ayuda de AR, los acuicultores obtienen una visión general de los lugares de producción y completan las operaciones de manera más efectiva y sin riesgo. La AR se viene utilizado para aumentar la eficiencia de la producción de campo, monitorear y analizar la mortalidad, el estado de salud y medir muchos parámetros del agua, así como colaborar en programas de la enseñanza y la educación para los estudiantes sobre el bienestar y el escape de los peces, la prevención de enfermedades y las condiciones de trabajo peligrosas.

El Internet de las cosas (IoT) aunque es relativamente nuevo en la acuicultura, está desempeñando un papel importante y le brinda nuevas oportunidades a la actividad. Los macrodatos de las redes sociales, los datos de granjas, lugares de producción y fábricas de procesamiento de alimentos se están volviendo importantes para la industria.

Las impresiones 3D: Aunque en la acuicultura la aplicación de esta tecnología está en su infancia, recientemente se imprimieron prototipos de dispositivos de vitrificación tridimensionales de esperma de algunas especies acuáticas que permiten la conservación rápida y rentable de los espermatozoides, por lo que son adecuados para la congelación a pequeña escala con fines de investigación en especies con testículos diminutos y trabajo de campo en lugares remotos. Igualmente se han probado sistemas de sensores impresos en 3D para detectar parámetros del agua, incluida la temperatura, el nivel de oxígeno y el pH. Científicos, piscicultores, ingenieros y desarrolladores de software trabajan para hacer que esta tecnología se ajuste a los productos y modelos comerciales que colaboren en el desarrollo de la industria acuícola.

La tecnología blockchain: Con esta tecnología se ha logrado la integración de diferentes eslabones y etapas en los procesos productivos acuícolas más complejos, tales como los manejos genéticos, la producción masiva de alevines y el control de enfermedades. En la cadena de suministro en la industria de la acuicultura permite una trazabilidad completa desde la granja hasta los consumidores y conectar a las partes interesada a escala global. Esta tecnología es capaz de recopilar, compartir y analizar de forma segura y eficaz grandes conjuntos de datos de diferentes partes y etapas de la industria de la acuícola, que beneficia enormemente el abordar problemas relacionados con los costos de trazabilidad, fraude, desperdicio de alimentos y las enfermedades relacionadas con ellos. Igualmente, puede reducir el tiempo de procesamiento de las transacciones, mejorar las relaciones de confiabilidad y confianza entre los productores, minoristas, consumidores, gobiernos y organismos de certificación.

La acuicultura oceánica, como enfoque emergente para el cultivo de peces marinos, se considera cada vez más como uno de los principales medios para garantizar el suministro suficiente y estable de productos del mar minimizando los efectos negativos de la actividad sobre el medio ambiente.

El empleo de tecnologías emergentes para manejar la ubicación, diseño de jaulas, tipos de embarcaciones y especies hacen posible evaluar esta modalidad de producción acuícola, y comprender las dimensiones sociales y sus efectos en alta mar. Por otra parte, las instalaciones de acuicultura marina en alta mar requieren grandes inversiones, por lo tanto, reducir sus costos operativos es una cuestión fundamental para garantizar la sostenibilidad y la rentabilidad de este esfuerzo.

Los sistemas de recirculación (RAS) son sistemas en donde los peces se cultivan intensivamente en condiciones controladas, sin embargo, existen algunos desafíos importantes, incluido el alto requerimiento de energía requerido por la tecnología, la alta inversión inicial y las dificultades para eliminar los patógenos una vez que ingresaron al RAS.

Aunque algunas granjas RAS utilizan energías renovables, incluida la energía solar y eólica, los sistemas colectores solares existentes en la acuicultura requieren de altas inversiones iniciales y poseen una lenta recuperación de costos, por lo que, con el conocimiento y las tecnologías actuales, es muy posible que solo el cultivo de especies de alto valor pueda generar ganancias.

Fuentes de proteína: En la industria acuícola la mayoría de las fuentes de proteínas dependieron en gran medida de la harina y el aceite de pescado como subproductos de especies forrajeras tales como el arenque, el krill y otros peces capturados en los océanos, estimándose que al actual ritmo de la producción acuícola, los suministros de harinas de pescado no podrán satisfacer las demandas de la industria.

Las proteínas de origen vegetal, incluida la proteína de soja y las micro y macroalgas se han incluido en los piensos para peces como sustitutos de las harinas de pescado con resultados prometedores. Otra opción de reemplazo identificada son las proteínas a base de insectos. La mosca soldado-negra y los grillos son los candidatos prometedores para las proteínas basadas en insectos y ya se han establecido protocolos de cultivo que utilizan desechos alimentarios para estos insectos.

El tercer tipo de proteína alternativa son las proteínas unicelulares (SCP) producidas por hongos, bacterias y algas, evidenciándose que pueden reemplazar a las harinas de pescado. Los aceites vegetales como el aceite de palma y el aceite de colza parecen ser también candidatos para reemplazar el aceite de pescado.

Las enfermedades son otro gran desafío para la industria acuícola. Aunque la inmunización de peces de la acuicultura se inició hace más de 50 años, el desarrollo de vacunas en la industria de la acuicultura está muy rezagada. Además de que se han registrado y aplicado unas pocas vacunas en la industria, la vacunación en peces es un proceso laborioso en el que se inyecta manualmente a cada pez una dosis de vacuna. Las vacunas orales son una alternativa a la vacunación tradicional que minimiza la manipulación y el daño a los peces, reduciendo así las tasas de mortalidad. La microencapsulación, en la que se incorporan antígenos de patógenos, es una tecnología bajo evaluación para administrar vacunas orales a los peces.

Observaciones

La integración de diversas tecnologías en diferentes sistemas de acuicultura es un proceso complicado y requiere de una combinación de diferentes voluntades, tipos y cantidad de equipos e instalaciones.

Además de las citadas por los autores de este interesante artículo, varias tecnologías emergentes y disruptivas vienen revolucionando la industria de la acuicultura a escala mundial, especialmente para aquellas especies de elevado precio de mercado, sin embargo, los avances obtenidos en el desarrollo de estas tecnologías en especies de alto valor económico percolan y ofrecen soluciones para lograr una acuicultura sostenible y rentable en especies de menor precio, y su aplicación en la industria acuícola de muchos regiones y países menos desarrollados.

Los piscicultores, veterinarios, científicos, ingenieros, desarrolladores de software y economistas, entre otros, trabajan para integrar de manera efectiva las tecnologías disponibles en las diferentes etapas de la industria acuícola para hacerla más sostenible y rentable en la medida de las capacidades de cada especie, región o país.

Se considera indispensable que las agencias gubernamentales proporcionen apoyo y fondos para programas multidisciplinarios de investigación, ingeniería y reingeniería, mientras que los gobiernos e inversores apoyen y se vinculen a nuevas empresas para integrar tecnologías disruptivas para la industria acuícola de cada región o país.

Las críticas realizadas desde otras esferas del sistema agropecuario y ambiental referentes a la supuesta inexistencia de adecuadas estrategias para garantizar el bienestar animal en los cultivos acuícolas nos lucen desde todo punto de vista exageradas y falsas. Prácticamente todas las especies sobre las que recae el 90 a 95 % de la producción acuícola mundial se desarrollan bajo los más estrictos protocolos de manejo para garantizar, tanto la salud, como su bienestar animal, y proviene de países en los que se han establecidos los más estrictos protocolos sobre el particular.

Generalizar sobre ello manipulando las estadísticas, e incluir en un mismo saco a todas las especies, niveles de producción y locaciones, suena, por decir lo mínimo, una exageración.

Una extensa lista de bibliografía relacionada con el tema se incluye en el artículo original, el cual se recomienda encarecidamente consultar en el siguiente enlace:

(https://doi.org/10.1016/j.aaf.2021.04.009)



Germán Robaina es colaborador destacado de Mundo Agropecuario

Este trabajo fue enviado por el autor o autores para Mundo Agropecuario, en caso que se desee reproducir le agradecemos se destaque el nombre del autor o autores y el de Mundo Agropecuario, redireccionando hacia el artículo original.



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