Evaluación mediante inteligencia artificial indica nivel de estrés en pez amazónico cultivado

Investigadores brasileños desarrollan herramienta que puede utilizarse para mejorar el bienestar animal al evaluar tambaquíes a través de la coloración de la mitad inferior del cuerpo; Brasil es el mayor productor mundial de la especie

Por André Julião  |  Agência FAPESP – En Brasil, un grupo liderado por investigadores de la Universidad Estadual Paulista (Unesp), en Jaboticabal, en colaboración con la Empresa Brasileña de Investigación Agropecuaria (Embrapa), desarrolló una herramienta de inteligencia artificial (IA) para evaluar el estrés del tambaquí (Colossoma macropomum), el pez nativo más producido en el país. El estudio fue publicado en la revista Aquaculture.

Los resultados pueden tener impacto tanto en la mejora del bienestar de los animales como en la selección de ejemplares más tolerantes al ambiente de cultivo. El tambaquí es una especie amazónica criada sobre todo en los estados de la región Norte. Brasil es el mayor productor mundial de la especie, con una producción de 110 mil toneladas en 2022 (lea más en: agencia.fapesp.br/54537 y agencia.fapesp.br/38014).

“Primero verificamos que, en una condición estresante, es decir, en un ambiente más confinado de lo normal, los peces se volvían más oscuros. Después, que la adición de una hormona vinculada al estrés también alteraba la coloración de las escamas. Entonces entrenamos un software con más de 3 mil imágenes para establecer un umbral de estrés que pudiera orientar a los piscicultores y a los programas de selección genética, pues vimos que se trata de una característica heredable”, explica Diogo Hashimoto, profesor del Centro de Acuicultura de la Unesp (Caunesp), quien coordinó el estudio.

El trabajo tiene como primera autora a Celma Lemos, doctoranda en la institución, y forma parte de un proyecto apoyado por la FAPESP en el marco de un convenio con la Fundación de Apoyo a la Investigación del Estado de Amazonas (Fapeam).

Para desarrollar la herramienta, los investigadores fotografiaron 3,780 tambaquíes de dos poblaciones: una del Caunesp (1,280 individuos) y otra de la Embrapa Pesca y Acuicultura, en Palmas, estado de Tocantins (2,500 individuos), con la colaboración del equipo coordinado por la investigadora Luciana Shiotsuki.

A continuación, en cada imagen se marcó la región que debía ser evaluada por el software, la mitad inferior del cuerpo. El contraste con la coloración de la parte superior es bastante común en los peces, probablemente un atributo de la selección natural que dio lugar a una especie de camuflaje. El “countershading”, como se denomina en inglés, puede observarse, por ejemplo, en los tiburones, cuyo vientre es más claro que la espalda.

Los investigadores entrenaron entonces un modelo de aprendizaje profundo (deep learning) para establecer un umbral que indica, a partir de la relación entre el número de píxeles negros y blancos de la imagen, el grado de estrés de los tambaquíes.

Dado que los ejemplares de Tocantins habían sido identificados según su ascendencia, fue posible conocer hasta qué punto la característica puede transmitirse. “Calculamos que la tolerancia al estrés es una característica de moderada a altamente heredable. Esto se refleja en ganancia de peso y tolerancia a enfermedades, lo que abre el camino para tener generaciones con cada vez más bienestar en ambientes de cultivo”, evalúa Hashimoto.

Mecanismos fisiológicos

El cambio de coloración bajo estrés es una característica encontrada en diversas especies de peces, pero aún no había sido comprobada en el tambaquí. En el caso de aquellas que se tornan más oscuras a medida que se estresan más, como la tilapia (Oreochromis niloticus), una hormona relacionada con el estrés promueve la expansión de los melanóforos, células que, a simple vista, aparecen como pequeños puntos negros.

Para comprobar el efecto en el tambaquí, los investigadores recolectaron escamas de seis individuos de la población de Jaboticabal y las sumergieron en dos soluciones. En una de ellas había una solución neutra y α-MSH, una versión de la hormona estimulante de melanóforos. En la otra, solo la solución neutra. Después de 30 minutos, los autores observaron que las escamas expuestas a la hormona estaban más oscuras, con los melanóforos expandidos.

Escamas antes y después de 30 minutos sumergidas en una solución con hormona relacionada con el estrés: indicado por la flecha, la expansión de melanóforos genera una coloración más oscura (foto: Celma Lemos/Caunesp)

En otro experimento, seis tambaquíes fueron retirados de los tanques normales de cría, de 200 metros cuadrados, fotografiados y divididos en tres reservorios redondos mucho menores, de 2 mil litros (85 centímetros de altura y 1.66 metros de diámetro). Después de diez días, fueron nuevamente fotografiados y la diferencia de coloración era evidente, confirmando que la especie también se torna más oscura a medida que se estresa.

“La herramienta de IA puede ser utilizada para monitorear el estrés de los peces cultivados, en un momento en que se exige cada vez más bienestar animal. Solamente evaluando las fotos de los animales, sería posible obtener esa medida y mejorar las prácticas cuando sea necesario, como reducir el número de individuos por tanque, por ejemplo”, señala el investigador.

El artículo “Deep learning approach for genetic selection of stress response in the Amazon fish Colossoma macropomum” puede encontrarse en: www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0044848625007343.