TESIS DEMAESTRÍA

(PEDECIBA)

DESCRIPCIÓN DEL PATRÓN DE LADESCARGA DEL ÓRGANO ELÉCTRICO DE

SEIS ESPECIES DE GYMNOTUS

ALEJO RODRÍGUEZ

29 de Julio 2009

Orientador : DR. ÁNGEL CAPUTIJefe del Departamento de Neurociencias Integrativas y Computacionales del Ins-tituto de Investigaciones Biológicas Clemente Estable.

Miembros del TribunalPresidente :

Dr. Omar Trujillo-CenózProfesor Emérito, Instituto de Investigaciones Biológicas Clemente Estable.

Vocales :

Dr. Omar MacadarJefe del Departamento de Neurofisiología del Instituto de InvestigacionesBiológicas Clemente Estable.

Dr. Reynaldo PintoProfesor adjunto del Instituto de Física de São Carlos, Universidade de SãoPaulo.

I

Algunos resultados de esta tesis fueron publicados en los siguientesartículos

Rodríguez-Cattáneo, A; Pereira AC; Aguilera PA; Crampton WGR;Caputi, A.A. (2008). Species-specific diversity of a fixed motor pattern: theelectric organ discharge of Gymnotus.PLoS ONE, 35, e2038. doi:10.1371/journal.pone.0002038.

Castelló, M. E., Rodriguez-Cattaneo, Al, Aguilera, P. A., Iribarne, L.;Pereira, A. C., Caputi, A. A. (2009) Waveform generation in the weaklyelectric fish Gymnotus coropinae (Hoedeman): the electric organ and theelectric organ discharge J Exp Biol. 212: 1351-1364.

Rodriguez-Cattaneo, A., Caputi, A. A. (2009). Waveform diversity ofthe electric organ discharges: the role of electric organ autoexcitability inGymnotus spp. J Exp Biol. (in press).

II

Índice general

I Introducción 2

1. Introducción 31.1. Antecedentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

1.1.1. Causalidad de la DOE . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51.1.2. Ontogenia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91.1.3. Valor de supervivencia o función de la DOE . . . . . 101.1.4. Evolución . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

II Hipótesis y Objetivos 14

2. Hipótesis y Objetivos 152.1. Objetivo General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152.2. Hipótesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162.3. Objetivos específicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

2.3.1. Hipótesis 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172.3.2. Hipótesis 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

III Resultados 19

3. El campo eléctrico generado 213.1. Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213.2. Métodos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233.3. Resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

3.3.1. La DOE registrada en el campo lejano . . . . . . . . . 243.3.2. La DOE en el registro local . . . . . . . . . . . . . . . 273.3.3. La DOE registrada en la fóvea electrosensorial . . . . 333.3.4. La DOEht es insuficiente para caracterizar la forma

de onda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 363.4. Discusión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

III

4. La DOE registrada en el aire 424.1. Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 424.2. Métodos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 444.3. Resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

4.3.1. Análisis de la DOE en Trampa de aire Múltiple . . . . 454.3.2. Trampa de aire simple y con diodos . . . . . . . . . . 55

4.4. Discusión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 634.4.1. Sobre el método de la trampa múltiple . . . . . . . . . 634.4.2. Comparación de las amplitudes relativas de los dis-

tintos componentes por región . . . . . . . . . . . . . 654.4.3. El método de trampa de aire simple y con diodos . . 694.4.4. Fuerza electromotriz de los diferentes componentes

de la DOE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 694.4.5. Fuerzas electromotrices dependientes de la carga . . 70

5. Anatomía e inervación del tejido electrogénico 715.1. Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 715.2. Métodos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 725.3. Resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 725.4. Discusión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78

IV Discusión 81

6. Discusión 826.0.1. Similitudes y diferencias en la anatomía e inervación

del OE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 826.0.2. Similitudes y diferencias en los mecanismos de coor-

dinación neural . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 846.0.3. Diversidad en la excitabilidad del OE . . . . . . . . . 866.0.4. Mecanismos electrogénicos neurales . . . . . . . . . . 886.0.5. Similitudes en la sLDOE y diferencias en la cLDOE . 886.0.6. Diversidad de las señales eléctricas, una ventana a la

evolución del sistema electrogénico . . . . . . . . . . 896.1. Conclusiones y perspectivas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92

6.1.1. Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 926.1.2. Perspectivas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92

Bibliografía . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94

IV

Resumen

La Descarga del Órgano Eléctrico (DOE) de los peces del orden Gymno-tiformes es un patrón de acción fijo. Este modelo tiene la ventaja de queel órgano efector (el órgano eléctrico, OE), es fácilmente identificable me-diante métodos clásicos de anatomía. La función de este órgano es crearenergía portadora de señales para el sistema sensorial propio y el de loscongéneres. Además, la salida del sistema es un patrón electrogénico fijo,todo o nada, en el cual la variabilidad asociada a la intensidad del com-portamiento, es suprimida para evitar ambigüedades. Este patrón elec-trogénico es único para cada especie; las diferencias son el resultado dela evolución de la estructura del OE y en los mecanismos de activacióndel mismo. Se estudió las similitudes y diferencias en el OE y en la DOEde seis especies de Gymnotus para determinar cómo y dónde residen es-tas diferencias. Los resultados indican que la estructura del OE, estudia-da con microscopía de luz, está relativamente conservada, mientras quepequeños cambios en las propiedades electrofisiológicas del OE y las delgenerador central de patrones que controla la DOE, son responsables delas principales diferencias entre especies.

Abreviaturas:OE: Organo Eléctrico.DOE: Descarga del Organo Eléctrico.DOEht: DOE registrada con electrodos lejanos.sLDOE: DOE local registrada en la fovea electrosensorial.cLDOE: DOE registrada en la fovea electrosensorial de un congénere.PEN: Nervio Electromotor Posterior.PPF: Banda de frecuencia con mayor potencia (Peak Power Frequency).

Nomenclatura de los componentes de onda. De acuerdo al concepto de homología funcionalintroducido en la tesis de Doctorado de Caputi (1994), dos componentes son funcional-mente homólogos si son generados por el mismo mecanismo (Tabla 1). Por lo tanto, elsubíndice ‘1’ no refiere al primer componente de la DOE, ya que pueden ser diferentesen diferentes especies (por ej: G. pantanal comienza con V2), sino que refiere a un com-ponente cabeza-negativo generado por los potenciales pos sinápticos (lentos) de las carasrostrales de los electrocitos; ’2’ refiere a los componente también cabeza negativos perogenerados por los potenciales de acción (PA, rápidos), generados sinápticamente, de lascaras rostrales; ’3’ refiere a los potenciales cabeza positivos generados por los PA de lascaras caudales; ’4’ refiere a los potenciales cabeza-negativos generados por los PA de lascaras rostrales, pero ’4’ (a diferencia de 2) es activado periféricamente por las corrientesde ’3’; por último ’5’ refiere a PA de las mismas caras que generaron ’3’, pero activadaspor el mismo mecanismo que ’4’ y aparecen a continuación de ’4’. Para enfrentar la di-versidad de ondas exhibidas por las especies estudiadas sin establecer un quiebre en lanomenclatura habitualmente aceptada, ha sido necesario agregar un segundo subíndicea los componentes relacionado con el origen espacial del mismo. A los subíndices ante-riormente citados les agregamos letras que refieren a las tres regiones en que dividimosel cuerpo del pez: a (anterior), c (central) y p (posterior).

Cuadro 1: características de los diferentes componentes homólogos de laDOE. PA:Potencial de Acción.

Componente Polaridad Mecanismo Región del pezV1 Negativa Potencial de placa AnteriorV2c Negativa PA Post sináptico CentralV3a Positiva PA Post sináptico AnteriorV3c Positiva PA Post sináptico CentralV3p Positiva PA Post sináptico PosteriorV4c Negativa PA por Invasión CentralV4p Negativa PA por Invasión PosteriorV5 Positiva PA por Invasión PosteriorV1cp Positiva neural Central/Posterior

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Parte I

Introducción

2

Capítulo 1

Introducción

Algunas especies de peces han desarrollado órganos electrogénicos (OE)cuyas descargas generan campos eléctricos en el entorno del animal. Es-tos campos tienen distintas características según la especie y se ha pos-tulado que cumplen al menos tres funciones: electro-predación (Darwin,1866); como portadora de señales para la exploración activa del medio cir-cundante (Lissmann, 1951; 1958) y comunicación intra-específica (Morhes,1957).

Existen dos grandes grupos taxonómicos de peces eléctricos, así llama-dos por su capacidad de generar corrientes eléctricas de manera contro-lada por el sistema nervioso. Estos dos grupos desarrollaron la capacidadde electro-generación de forma independiente, ellos son: los Mormyridos,originarios de África y los Gymnotiformes, ampliamente distribuidos enAmérica del Sur y América Central. La forma de onda de la descarga delórgano eléctrico (DOE) de estos grupos es especie-específica (Coates et al,1954). Algunas especies emiten pulsos breves a intervalos regulares, mien-tras que otros generan ondas continuas. Existen dos tipos de OE, aquellosderivados de tejido neural y compuestos de axones modificados y aque-llos derivados de tejido muscular, compuestos de fibras musculares quehan perdido su capacidad contráctil y se han diferenciado adquiriendoformas y repertorios de canales voltaje dependientes que les proveen sucapacidad electrogénica (Couceiro y De Almeida, 1961; Bennett, 1971).

La DOE es la respuesta del OE a su activación coordinada por el siste-ma nervioso. Es un acto motor balístico y altamente estereotipado. Comotodo acto motor, la DOE implica la realización de un trabajo (en este casoun trabajo eléctrico) sobre una resistencia de carga. De esta forma, la DOEgenera una potencialidad o fuerza electromotriz que se expresa como cam-po eléctrico. La fuerza electromotriz (FEM) es la potencialidad electrogé-nica de la DOE; y el campo es la actuación de dicha potencialidad fren-

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te a una carga determinada. El término DOE es utilizado indistintamentecuando no lleve a confusión y se utilizará DOE, FEM y campo cuando serequiera ser más específico.

La hipótesis más aceptada sobre la especificidad de las formas de on-da de las DOEs y que vertebra esta tesis, es que existen tres factores quedeterminan la forma de onda:

1. la anatomía del OE y su inervación;

2. el repertorio de canales voltaje dependiente de las células electrogé-nicas y

3. los mecanismos de coordinación que determina los tiempos de acti-vación de los diferentes componentes del OE (Bennett, 1971).

En los gymnótidos de pulso, foco de este proyecto, la DOE presenta sumayor riqueza y complejidad debido a la importancia del control neuralen el determinismo de su forma de onda. El control de la DOE en estos pe-ces ejemplifica como diversas estrategias centrales y periféricas pueden sercombinadas para lograr la coordinación de centenares de unidades efec-toras y generar, a partir de un impulso individual, un patrón de actividadelectromotor estereotipado, temporal y espacialmente distribuida (Capu-ti, 1999). El estudio comparado del patrón electromotor en seis especiesde peces eléctricos, pertenecientes al mismo género, es el primer objetivogeneral de esta tesis.

Por otra parte, la DOE tiene dos funciones, implementadas ambas porel campo eléctrico generado en cada evento (aunque la tasa de descargapuede contener información adicional). La DOE es portadora de la ener-gía para el sistema sensorial propio y para el de sus congéneres. ¿Cómo esimplementada esta doble función con objetivos tan diferentes? El estudiode los campos locales en lugares clave, como son la fóvea electrorreceptivadel propio pez y la de un congénere colocado cerca permitió determinarque las dos funciones de la DOE están segregadas en dos portadoras ori-ginadas en diferentes regiones del pez, cuya forma de onda y contenidode frecuencias son distintos,(Aguilera et al, 2001). El estudio comparadode las formas de onda de los campos locales de seis especies y la extensiónde las hipótesis realizadas en G. n. sp omari sobre las dos portadoras es elsegundo objetivo general de esta tesis.

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1.1. Antecedentes

En su clásico discurso sobre objetivos y métodos en etología, Niko Tin-bergen (1963) propuso una pregunta sencilla: ¿por qué los animales secomportan de la manera como lo hacen? Tinbergen sugiere cuatro apro-ximaciones posibles, o niveles de análisis que deberían ser utilizados paracontestar esta pregunta: causalidad, valor de supervivencia (función), on-togenia y evolución. Todos estos puntos han sido explorados con mayoro menor profundidad en los peces eléctricos, más adelante se presenta unbreve resumen acerca de estas cuatro perspectivas de estudio. Dado queesta tesis se basa en un género del orden Gymnotiformes, voy a poner ma-yor énfasis en los conocimientos sobre los peces americanos en desmedrode los africanos, sobre los que se conoce mucho, tal vez incluso más, res-pecto a cualquiera de los cuatro puntos planteados por Tinbergen. La prin-cipal excepción es sin duda Gymnotus n. sp. omari, el cual ha sido modelode estudios del OE que van desde el nivel de repertorio de canales iónicos(Sierra, 2007) hasta su papel en el comportamiento social y reproductivo(Silva et al, 2007).

Dado que G. n. sp omari es el Gymnotus que mejor se ha estudiado,voy a hacer un resumen sobre las principales características del sistemaelectrogénico y su función en esta especie. Además, será nuestra referenciapara la descripción de las características del sistema electrogénico del restode las especies estudiadas.

1.1.1. Causalidad de la DOE

La DOE, como toda acto, depende de la estructura y organización delórgano efector (órgano eléctrico en este caso) y de sus mecanismos de con-trol. Esto supone que la DOE depende de la forma y disposición de loselectrocitos que componen al OE, del patrón de inervación de los mismos,y de la temporalidad de activación de los diferentes componentes, así co-mo de la relación de resistencias y/o capacitancias del OE con los tejidosque lo rodean (Caputi et al, 2005).

Las unidades que componen al OE son sincicios musculares modifica-das (electrocitos), que perdieron su capacidad contráctil, pero conservanmembranas excitables. La descarga coordinada de cientos de estas unida-des, particularmente ordenadas, da lugar a la DOE.

Los diversos elementos electrogénicos están distribuidos a lo largo del90 % caudal del cuerpo de los peces. En G. n. sp omari se compone de cuatropares de tubos con simetría bilateral y longitud desigual. Dichos tubos sedenominan 1, 2, 3 y 4. El tubo de mayor diámetro (tubo 1) se origina en

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la región peri-anal y se ubica longitudinalmente entre el peritoneo y lapared abdominal, en ambos flancos, por fuera del tubo medial (tubo 2). Ala altura del origen rostral de la aleta anal, el tubo 1 describe un cuarto devuelta de hélice dorso-caudo-medial y se ubica dorsal con respecto al restode los tubos que componen el OE. Dicha relación topográfica se mantienehasta el delgado extremo caudal del pez, compuesto en gran parte porel OE. El tubo 2 yace junto al anterior en toda su extensión; en la regiónabdominal ocupa una posición medial; caudalmente al límite abdominalse dispone por debajo del tubo 1. Los tubos 3 y 4 tienen la misma extensiónque la aleta anal y se disponen cada uno ventralmente a los anteriores(Trujillo-Cenóz y Echagüe, 1989; Trujillo-Cenóz et al, 1984).

El OE presenta tres regiones que se diferencian por la morfología, den-sidad y tamaño de los electrocitos y también por el patrón de inervaciónde los mismos. La región anterior está compuesta por dos tubos que corrende forma parasagital en la pared abdominal. Los electrocitos del tubo late-ral (tubo 1) reciben doble inervación. La región central se extiende desde elnacimiento de la aleta anal hasta el 75 % de la longitud del pez y cuenta concuatro tubos. En esta región, los electrocitos del tubo 1 mantienen la do-ble inervación, mientras que los electrocitos de los otros tres tubos recibensolamente inervación caudal. En la tercera región (posterior), el OE ocupauna gran porción del tejido total y todos los electrocitos son mono inerva-dos caudalmente. La densidad de electrocitos crece exponencialmente ensentido rostro-caudal en todos los tubos.

El centro neural que controla la emisión de cada DOE está compuestode dos núcleos. El primero de ellos, el de las neuronas marca pasos propia-mente dichas, controla la frecuencia de la DOE, dispara muy regularmentey sus células (de 70 a 100) están conectadas eléctricamente entre si, por loque actúan como una unidad. El núcleo de las marca pasos recibe controlsuperior del sistema motor y de colaterales sensoriales (Bullock, 1969; Ben-nett, 1971). Los axones del núcleo marcapasos activan un segundo núcleo:el núcleo electromotor bulbar o núcleo relé.

Las proyecciones de las células de relevo forman el haz electromotorbulbar, e inervan dos poblaciones de electromotoneuronas (EMN) distri-buidas a lo largo del 70 % rostral de la médula espinal (Caputi y Trujillo-Cenóz, 1994), ubicadas en un cordón supraependimario (Trujillo-Cenóz etal, 1986). Estas dos poblaciones de EMN se diferencian en tamaño y formadel soma, así como en la distribución a lo largo de la médula. La primerapoblación está compuesta por neuronas pequeñas y esféricas, y están enla región de la médula que ocupa del 12 al 60 % del pez. La segunda po-blación está compuesta por neuronas de forme ovoide, más grandes queel primer grupo, y su distribución se extiende en la médula desde el 25 %

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al 80 % del pez.Los axones de las electromotoneuronas forman parte de las raíces mo-

toras (Trujillo-Cenóz y Echagüe, 1989). En G. n. sp omari, los 7 primerospares inervan las caras rostrales de los electrocitos doble inervados. Losaxones de los pares VII al XXIV forman el nervio electromotor anterior(AEN) que corre rostralmente y también inervan las caras rostrales de loselectrocitos aunque algunos hacen sinapsis con las caras caudales de loselectrocitos de la región abdominal. A niveles más caudales, las raíces decada lado forman el par de nervios electromotores posteriores (PEN), conun centenar de axones cada uno. Antes de alcanzar su destino se ramifi-can intensamente y entre siete y once fibras de diferentes axones alcanzancada electrocito (Macadar et al 1989).

La correlación anátomo-funcional y el estudio comparado de varias es-pecies permitieron establecer que el dominio espacial de cada componentehomólogo de la forma de onda coincide con el dominio espacial de un tipoelectrocítico. Según la descripción de Trujillo-Cenóz et al (1984) la formade onda de la DOE, que tiene un perfil trifásico en el registro de campo(DOEht, figura 1.1), está compuesta en realidad por cuatro ondas (de V1 aV4, figura 1.1).

El modelo actual sobre el funcionamiento del sistema electrogénico seresume en la figura 1.1, que refiere a la secuencia de activación de los dife-rentes elementos del sistema. La DPE comienza con la activación sincróni-ca de las células del núcleo de relevo (t=0, no mostrado). Los potencialesde acción (PA) de las células de relevo se trasladan a diferentes velocidadessegún su diámetro (Lorenzo et al, 1990): más corto el axón, menor diáme-tro y menor velocidad (figura 1.1-A). Las primeras EMN en activarse sonlas pequeñas, esféricas del 12 % rostral de la médula (figura 1.1-B, Caputiy Trujillo-Cenóz, 1994). A los 2 ms (figura 1.1-C) ocurre la activación dela sinapsis de las caras rostrales de los electrocitos abdominales, cuyo po-tencial post sináptico genera V1 (Lorenzo et al, 1988, Macadar et al, 1989).Al mismo tiempo los PA que viajan por los axones de las células de rele-vo están llegando a la región central, donde coexisten las dos poblacionesde EMN (Caputi y Trujillo-Cenóz, 1994). Estas EMN tienen blancos dife-rentes: las EMN pequeñas inervan las caras rostrales de los electrocitos delcentro del cuerpo del pez, mientras que las EMN grandes inervan las carascaudales de los electrocitos abdominales. Por el principio de Henneman,la diferencia de tamaños entre las EMN determina que las pequeñas des-carguen primero. Este desfasaje se ve aumentado por la via que siguen losaxones: los axones que inervan las caras rostrales de los electrocitos centra-les y del abdomen van de forma más directa, mientras que los que inervanlas caras caudales de los electrocitos abdominales salen hacia atrás, luego

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Figura 1.1: Modelo de la dinámica deactivación del OE. A-F) secuencia de ac-tivación de los diferentes componentes apartir de la activación del núcleo relé. Enrojo se muestran las estructuras en ac-tividad, en celeste el sentido de las co-rrientes. A) Los axones viajan a diferen-te velocidad, cuánto más largo más rápi-do. B) Los axones del AEN ya están acti-vos. C) Comienza V1, resultado de la ac-tividad de las caras rostrales de los elec-trocitos abdominales, mientras que en lazona central están activos los axones pe-riféricos que van a las caras rostrales delos electrocitos. D) En la zona rostral estáocurriendo V3 mientras que en la centralocurre V2, generando corrientes en sen-tido opuesto. En la zona caudal ha sidoactivado el PEN. E) Los mecanismos deretraso provocan que las zonas central ycaudal disparan de forma simultánea. V3

de la zona rostral está aún activo. F) Lascaras rostrales son activadas, generandoV4 en la región de la cola, y en menor me-dida en la región central. Figura extraídade Caputi 1999.

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bajan formando el nervio electromotor anterior y vuelven hacia las regio-nes rostrales (Trujillo-Cenóz et al, 1984). Por lo tanto, a continuación de V1

se produce V2, seguido muy de cerca por V3 abdominal. El desfasaje entreestos dos últimos componentes es menor a su duración, por lo que estoscomponentes de polaridad opuesta se superponen parcialmente (figura1.1-D). En este momento las EMN más caudales fueron excitadas, y todasinervan caras caudales de los electrocitos centrales y posteriores (Trujillo-Cenóz et al, 1984), generando V3 (4 ms, figura 1.1-E). Las corrientes gene-radas en las caras inervadas de estos electrocitos (en la región posteriortodos los electrocitos son monoinervados caudales), activan canales volta-je dependiente en sus caras no inervadas generando V4 (4.8 ms, 1.1-F), consentido opuesto a V3 (Trujillo-Cenoz et al, 1984, Macadar et al, 1989).

La coordinación espacio-temporal de la DOE presenta dos aspectos im-portantes: la secuencia de activación de los componentes no homólogos(evitando en lo posible la activación simultánea de componentes de po-laridad opuesta) y la sincronización de los componentes homólogos, ne-cesaria para la sumación de sus PA. Según el esquema presentado, estacoordinación está determinada por:

1. el diámetro y longitud de los axones descendentes y periféricos;

2. el tamaño (excitabilidad) de las EMN;

3. el camino que siguen los axones periféricos;

4. el tamaño y excitabilidad de los electrocitos.

Dado que la estructura del OE tiene una distribución muy similar entre lasdiferentes especies de gymnotiformes, en aquellos cuya DOE es monofá-sica o bifásica, la coordinación del acto motor se limitaría únicamente a lasincronización de las caras homólogas.

1.1.2. Ontogenia

El OE en Gymnotus está compuesto por unidades sinciciales, simila-res y del mismo origen embrionario que las fibras musculares, pero hanperdido el material contráctil. En efecto, Zakon y Unguez (1999) han de-mostrado la expresión de-novo de estriaciones correspondientes a com-plejos actina-miosina organizados en forma sarcomérica, provocadas porla denervación del OE. Lo mismo ocurre en el Torpedo, cuyos electrocitostambién derivan del músculo y su denervación provoca la re-expresiónde miofibrillas (Fox y Richardson, 1978; Gautron, 1974). Sin embargo, en

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mormyridos, los electrocitos se diferencian de forma normal después de ladenervación (Denizot et al., 1982; Szabo y Kirschbaum, 1983), por lo quesu diferenciación no depende de la actividad neural.

Los mormyridos estudiados hasta el momento (Szabo, 1960; Denizot etal., 1978; Denizot et al., 1982) y los gymnótidos de onda Eigenmannia linea-ta y Apteronotus leptorhynchus (Kirschbaum y Westby, 1975; Kirschbaum,1977; Kirschbaum, 1983; Kirschbaum y Schugardt, 2002) poseen un OElarval que es sustituido más tarde por el OE adulto. Este fenómeno es másnotable en Apteronotidae, en el cual el OE larval de origen miogénico esreemplazado por un OE adulto de origen neural, ubicado en un lugar dife-rente y con diferente mecanismo de electrogeneración (Kirschbaum, 1977).

En gymnótidos de pulso, por otro lado, tanto los trabajos de Franchina(1997) en Brachyhypopomus pinnicaudatus como de Pereira et. al. (2007) enGymnotus n. sp. omari muestran que estas especies tienen un único órganoa lo largo de la vida. Pereira et al (2007) muestran además que: a) tantola electrorrecepción como la electrogeneración están presentes desde muytemprano en el desarrollo pos-natal; b) el orden de aparición de las di-ferentes ondas en G. n. sp omari está preprogramado (V3-V4-V1-V2) y c) elritmo de la descarga se vuelve similar al del adulto cuando alcanza los 45mm de longitud. Esto tiene implicaciones en el análisis evolutivo, ya queV3 es la única onda presente en todas las familias de los Gymnotiformes,y V4 es la segunda onda con más presencia en las diferentes familias deGymnotiformes.

1.1.3. Valor de supervivencia o función de la DOE

La primera función descrita de la DOE fue la de su valor como armapara predar y para defenderse de los predadores, aunque su naturalezaeléctrica no fue conocida hasta el siglo XIX. Varias especies de diferentesfamilias han desarrollado OE capaces de generar descargas de intensida-des de cientos de Voltios (las rayas eléctricas: Torpedinidae; Electrophoruselectricus; Malapterurus electricus). Esta descarga mata o aturde durante al-gunos segundos a las presas, que quedan indefensas ante el predador.

Hoy sabemos que esta función de la DOE es casi una excepción, y quetiene otras dos funciones, presentes en un número mucho mayor de fami-lias y géneros de peces eléctricos. Estas dos funciones son: i) como porta-dora de señales reaferentes para la electrorrecepción activa (Lissman, 1958;Lissman y Machin 1958), ii) como portadora de señales exaferentes paracomunicarse con sus conespecíficos (Mohres, 1957).

Los Gymnotiformes tienen electrorreceptores distribuidos por toda la

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piel, y principalmente concentrados en la región peri-oral, donde formanuna fóvea eléctrica (Castelló et al, 2000). Los electrorreceptores difieren ensu respuesta a modulaciones de la amplitud, frecuencia y fase de la formade onda de la corriente transcutánea (Bastian, 1976; Caputi et al, 2003). Estemosaico de electrorreceptores separa las señales generadas por el propioanimal de las generadas por otros. Esta separación está pre-condicionadapor la forma particular del cuerpo del pez (Caputi y Budelli, 1995). Laforma del cuerpo hace que en la región de la fóvea circulen las corrientesgeneradas en la región abdominal del pez (en el caso de G. n. sp omari almenos, que es la especie más estudiada), mientras que las generadas en elcentro y en la cola atraviesan la piel del animal antes de llegar a la cabeza,no influyendo en la electrorrecepción.

i) Exploración activa. Los peces eléctricos tienen un mosaico de electro-rreceptores sobre la piel de todo el cuerpo que les permite detectar lascorrientes transcutáneas generadas por cada DOE. La estimulación de es-te mosaico de electrorreceptores genera una imágen eléctrica en el sistemanervioso del pez (Heiligenberg, 1975; Caputi y Budelli, 2006). Si un objetode distinta conductividad del agua es colocado cerca del pez, se modifica-ran las líneas de corriente transcutáneas. En el caso de un objeto metálico,habrá un aumento de la densidad de corriente enfrente al objeto, a costa delas corrientes aledañas, por lo que el patrón espacial de corrientes tendráforma de sombrero mexicano (Caputi y Budelli, 2006). Cuando esta nuevaimagen es comparada con las anteriores en el cerebro del pez, éste es capazde determinar las diferencias y de extraer información relevante para susupervivencia (la distancia al objeto o si es animado, entre otras). Tal cualse explicó previamente, en G. n. sp omari se describió la existencia de unafóvea eléctrosensorial en la región peri-oral. En esa fóvea se encuentrantres tipos de electrorreceptores (Castelló et al, 2000).

ii) Electro-Comunicación, dentro de esta función se consideran dos as-pectos:

a) reconocimiento de especie: la DOE tiene ciertas características invarian-tes que podrían ser utilizadas por los peces para reconocer conespecíficos.Por ejemplo, podría ser la frecuencia de descarga, la amplitud pico a pico,el número de picos, o la duración. Diversos estudios indican que algu-nas especies utilizan más de una característica para el reconocimiento decoespecíficos; por ejemplo, Eigenmannia virescens, es capaz de diferenciarseñales eléctricas tomando en cuenta la tasa de descarga (Kramer y Kau-zinger, 1991) y también la forma de onda (Kramer y Zupanc, 1986, Kramer1999).

b) Comunicación intraespecífica. Tanto la tasa de descarga como la for-ma de onda de la DOE parecen estar implicadas en la comunicación in-

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traespecífica. Se ha mostrado que la mayoría de las especies tienen DOEssexualmente dimórficas con un claro rol en los rituales de cortejo y de do-minancia en la época reproductiva (Hopkins et al, 1990; Franchina et al,2001; Zakon et al, 2002; Quintana et al, 2004; Silva et al, 2007). Kramer yOtto (1988) mostraron que las hembras de Eigenmannia spp son capaces dediscriminar entre machos y hembras de su especie por la forma de onda.

Por otro lado, los machos de Sternopygus macrurus producen señaleseléctricas de cortejo preferentemente ante ondas eléctricas que estén den-tro del rango de frecuencias de las hembras de la propia especie (Hopkins,1972). Triefenbach y Zakon (2003) mostraron que los individuos de Aptero-notus leptorhynchus reconocen signos de status y sexuales, además de quetienen: “some internal representation of their own social status”. Poseentambién señales eléctricas especiales (chirps) con función agresiva y/o decortejo durante la época reproductiva.

En G. n. sp omari, cuando la señal generada por el mismo pez (sLDOE) yla generada por un coespecífico (cLDOE) son registradas en la fóvea se vendiferencias significativas (Aguilera et al, 2001). La sLDOE tiene tres com-ponentes V1-V3-V4 (V4 es muy pequeña, incluso menor que V1), mientrasque en la cLDOE, V1/V3 es cinco veces menor (con el coespecífico a 7 cm)y presenta una relación V2/V3 y V4/V3 similar a la DOEht. Por otro lado, elpico de V3 de la sLDOE ocurre antes que el pico de V3 de la cLDOE. Dadoque el campo no se propaga, sino que es instantáneo, esta diferencia detiempos apoya la tesis de que la sLDOE se genera fundamentalmente enla región abdominal o anterior, mientras que la cLDOE se origina funda-mentalmente en la región central y tal vez parte de la posterior (activadasmás tardíamente que la región abdominal, figura 1.1).

1.1.4. Evolución

El estudio de la evolución de los peces eléctricos se remonta a Darwin,el cual plantea en la sección Dificultades a la Teoría de El Origen de lasEspecies (1859, y amplía la sección en la segunda edición, 1866) dos pro-blemas acerca de la evolución de los órganos eléctricos. Por un lado, enesa época, la única utilidad que le veían a la descarga eléctrica era la dedefensa o ataque, por lo que los peces con OE de descarga débil tendríanOE sin función, algo completamente en contra de la teoría de Darwin. Detodas formas, afirma que "sería muy temerario sostener que no son posi-bles transiciones útiles mediante las cuales estos órganos pudieran habersedesarrollado gradualmente". Por otro lado, Darwin observó que el grupode los peces eléctricos era polifilético, ya que estaba presente en especies

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muy alejadas filogenéticamente entre sí. Dada la diversidad en la locacióndel OE, de la estructura del mismo y de las diferencias en los nervios quecontrolan los OE, Darwin planteaba, acertadamente, que estos OE no po-dían considerarse como homólogos sino como análogos en su función.

Los estudios evolutivos modernos se basa principalmente en análi-sis moleculares, morfométricos y geográficos (Albert y Crampton, 2005;Crampton y Albert, 2005). La diversificación de la forma de onda de laDOE es analizada como un corolario de la especiación o se analiza su po-sible rol como mecanismo de aislamiento o reconocimiento de especiesdurante el cortejo. Su estudio ha estado limitado a la comparación de loscampos lejanos generados o a estudios aislados de electrocitos in vitro.Falta, sin embargo, el estudio detallado sobre los mecanismos subyacen-tes a la generación de las diferencias observadas entre las formas de ondade las diferentes especies. La carencia de información precisa sobre: a) losperfiles espacio temporales que caracterizan la electrogeneración en cadaespecie; b) las características electrofisiológicas de las fuentes involucra-das y c) la importancia funcional de los distintos subcomponentes del actoelectromotor motiva la presente tesis. En Mormyridos este tipo de estu-dios está más avanzado, ya que la complejización de la DOE reside en me-canismos periféricos, más específicamente en la forma, la inervación y ladotación de canales de los electrocitos (Hopkins, 1999; Lovoue et al, 2008).De hecho, Bennett (1971) muestra que el registro extracelular de un elec-trocito reproduce la DOEht. Los Mormyridos tienen el OE concentrado enel apéndice caudal, y la forma de onda es similar en todos los puntos delcampo. Dicha forma de onda está determinada por la actividad sincrónicade los electrocitos.

En los gymnotiformes de pulso, cuyo OE está distribuido a lo largode todo el cuerpo (incluso algunas especies tienen órgano en la cabeza) lacomplejización de la DOE reside no solo a nivel electrocítico (donde apa-rece la novedad de la doble inervación) sino también a nivel del sistemanervioso, el cual exhibe un generador espinal-periférico de patrones quecontrola los tiempos de activación de las diferentes estructuras electrogé-nicas (Caputi, 1999).

Dicha complejidad hace que la DOE de los gymnótidos de pulso seaun ejemplo atractivo para el estudio evolutivo de un patrón motor fijo. Elprimer Gymnotus descrito fue G. carapo por Linneus en 1758. Al día de hoyse conocen 32 especies dentro de este género (Albert y Crampton, 2005).Esta diversidad permite utilizar este patrón de acción fijo como ventanapara identificar eslabones robustos y lábiles en el sistema nervioso desdeel punto de vista evolutivo.

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Parte II

Hipótesis y Objetivos

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Capítulo 2

Hipótesis y Objetivos

2.1. Objetivo General

El campo eléctrico asociado a la DOE ha sido utilizado durante años co-mo signo de especie. Se caracteriza por tener un patrón espacio temporalcomplejo. En los estudios de evolución de señales eléctricas ha sido utiliza-da únicamente la forma de onda del campo lejano como signo estándar. Elanálisis espacio-temporal de la DOE mediante diferentes técnicas puederevelar los mecanismos por los cuales es implementada. Nuestro primerobjetivo fue explorar la diversidad en la causalidad de la DOE a travésdel análisis de las diferencias espacio temporales de la descarga entre seisespecies del género Gymnotus spp.

Por otro lado, en G. n. sp omari la DOE es portadora de señales para laelectrocomunicación y para la electroexploración sensorial. Ambas seña-les consisten en la modulación de dos portadoras generadas en el mismoacto electromotor, pero en regiones del pez diferentes, con diferencia defase y de forma de onda. Como consecuencia, el patrón espacio-temporaldel campo en la región de la fóvea del pez emisor (energía portadora pa-ra la electroexploración sensorial), es diferente al campo en la región dela fóvea de otro pez (energía portadora de electrocomunicación). Nues-tro segundo objetivo fue estudiar la diversidad entre las formas de ondade las portadoras de electrocomunicación así como la diversidad entre lasportadoras de electroexploración activa en el genero Gymnotus spp. Paraalcanzar estos objetivos se exploraron: a) tres especies formalmente des-criptas (G. coropinae, G. carapo y G. pantanal) representativas de dos de lostres clados taxonómicos principales del genero Gymnotus spp y b) tres es-pecies aún no formalmente descriptas, dos de la cuenca del río Paraná (G.n. sp. itapua, y G. n. sp. mamacha) y la especie autóctona mejor estudiada al

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presente: G. n. sp omari. El estudio se basó en los resultados obtenidos me-diante el empleo de distintas técnicas electrofisiológicas y se articuló conotros estudios que se realizaron en paralelo en el laboratorio.

2.2. Hipótesis

Se plantean las siguientes hipótesis con respecto a la evolución y a ladiversidad de la DOE:

1. La diversidad de formas de onda en distintas especies de Gymnotusresulta de la expresión de:

Distintos mecanismos electrogénicos de acuerdo a su origen (mus-cular y/o neural, pudiendo ambos estar asociados).

En el caso de los mecanismos de origen muscular de las diferen-cias entre:

• Los patrones tisulares y de inervación del OE,• Los mecanismos de coordinación neurales,• La excitabilidad del OE.

2. La DOE es portadora de dos tipos de señales: de exploración acti-va y de comunicación. Nuestra segunda hipótesis es que en todaslas especies las portadoras de comunicación y de exploración activaposeen características espacio-temporales diferentes, y al estar am-bas señales asociadas, debido a que son generadas en el mismo acto,puede ocurrir que durante la especiación:Ho) exista una co-variación de la forma de onda de ambas portado-ras;H1) varíe una sola.Como corolario de esta segunda hipótesis, dado que la DOEht es es-pecie específica y similar a la cLDOE, entonces la segunda hipótesisimplica que la principal variación es en la forma de onda de la por-tadora de comunicación.

2.3. Objetivos específicos

Los objetivos específicos fueron explorar el sistema electrogénico utili-zando las siguientes técnicas electrofisiológicas:

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1. Campo lejano. Históricamente, los registros de la diferencia de po-tencial entre dos puntos alineados con el eje longitudinal del cuerpodel pez han sido utilizados como signo de especie. Estos registrosson necesarios para correlacionar los hallazgos de esta tesis con laforma habitual de caracterización de la descarga.

2. Trampa de aire múltiple. Esta técnica permitió discriminar las fuer-zas electromotrices generadas por cada región del cuerpo del pez, asícomo visualizar y cuantificar el retraso rostro-caudal en la secuenciade activación de los electrocitos. También exploramos con esta técni-ca los efectos del curare sobre la descarga de G. n. sp. itapua y G. n. spomari. El curare permite discriminar entre los componentes genera-dos por invasión de aquellos generados sinápticamente.

3. Trampa de aire simple. Los resultados obtenidos mediante el empleode esta técnica nos aportó una medida global de la fuerza electromo-triz y la resistencia interna longitudinal total de la fuente equivalenteal cuerpo del pez. Su complemento con cargas no lineales (diodos)nos permitió explorar en forma global y no invasiva algunos aspec-tos de la excitabilidad electrocítica.

4. Análisis del campo cercano. El análisis de los campos cercanos com-plementó el estudio en trampa permitiendo identificar fuentes, su-mideros y puntos de reversión en el pez descargando en el agua.Esto brindó información suplementaria para confirmar o refinar loshallazgos efectuados en el estudio en trampa de aire.

2.3.1. Hipótesis 1

La hipótesis 1 es un conjunto de juicios particulares y su contraste em-pírico por lo tanto consiste en la identificación de ejemplos de diversidadde forma de onda a partir de un patrón general común, que sean repre-sentativos de taxones distintos, y que se expliquen por modificaciones enalgunos de los cuatro mecanismos propuestos. Dicha identificación no im-plica la ausencia de otros mecanismos responsables de la diversidad dela DOE. Por lo tanto la validez de la hipótesis no excluye la existencia deotros mecanismos de organización de la descarga, cuya identificación enel futuro pueda ampliar el espectro conocido de potencialidades evoluti-vas. La prueba de hipótesis para cada uno de los mecanismos se basó endiferentes técnicas.

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1. Distintos patrones estructurales y de inervación del OE. La correla-ción del patrón espacio temporal de la descarga del OE exploradopor regiones con la técnica de trampa múltiple y los registros localesde campo con los resultados anatómicos obtenidos con la técnica deCajal y De Castro.

2. Comparación de los mecanismos neurales de coordinación. Estos seexpresan de dos formas: i) el sincronismo de las caras homólogas;ii) La secuencia de activación de las caras no homólogas. Tomamoscomo medida de sincronismo la progresión de los tiempos de V3 delos distintos componentes a lo largo de las siete regiones contiguasexploradas con trampa múltiple. Como medida de secuencia de ac-tivación del OE tomamos el intervalo V2-V3 de cada región. Diferen-cias especie específicas en alguno de estos índices indicaría cambiosen los mecanismos de control neural durante la evolución. Además,comparamos los tiempos de aparición de un componente de aparen-te origen neural (V1cp).

3. Propiedades electrociticas. Las ondas V4 y V5 son de origen electrocí-tico puro, por lo tanto el análisis de dichas ondas fue realizado con-siderando que derivan de la respuesta electrocítica a la onda inme-diatamente precedente: i) la diferencia en la relación V4/V3 sin car-ga sugieren diferencias en la excitabilidad del OE. ii) La dependen-cia de V4 de la corriente generada por V3 en experimentos de clam-peo de corriente (utilizando diodos) confirmó las diferencias especie-específicas en la excitabilidad del OE.

4. Componentes de origen neural. Detectamos un componente de posi-ble origen neural, sin embargo al momento de finalizar este estudioesta hipótesis no fue puesta a prueba experimentalmente por las li-mitaciones impuestas por el escaso número de peces en relación conla diversidad de técnicas utilizadas.

2.3.2. Hipótesis 2

Comparación de los campos locales registrados a nivel de la fóvea elec-trosensorial generados por la descarga del órgano eléctrico del propio pezy la de un co-específico de las especies estudiadas. Se pondrán a pruebacomparando entre sí las sLDOE y las cLDOE de varias especies, así comola sLDOE con la cLDOE perteneciente a la misma especie.

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Parte III

Resultados

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Se exploró la diversidad de los sistemas electrogénicos desde cuatropuntos de vista diferentes. Se analizó: 1) el campo eléctrico generado; 2)el perfil espacio temporal de las fuerzas electromotrices; 3) el patrón deinervación y densidad de electrocitos y 4) algunas características de lasfuentes electrogénicas en relación con la carga.

Los resultados están divididos por técnica en subcapítulos. Esto facili-tará la comparación de los resultados obtenidos de cada especie con cadatécnica con los resultados obtenidos en G. n. sp. omari. La descripción delos métodos se realiza al inicio de cada subcapítulo, con una descripciónde las principales limitantes de cada uno de ellos.

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Capítulo 3

El campo eléctrico generado

3.1. Introducción

El campo eléctrico generado es la expresión de la potencialidad de ladescarga del OE en un contexto de carga dado. El campo eléctrico gene-rado tiene un patrón espacio temporal de energía cuyas características ge-nerales son relativamente conservadas para cada especie (Caputi, 1999;Hopkins, 1999). No obstante la posibilidad que tienen los objetos de con-ductividad distinta que el agua de modular dicho patrón, hace posible quedicho campo ejerza la función de portadora de señales para la exploraciónactiva (Lissman, 1958).

Generalmente, en el estudio de la DOE se reduce la complejidad de laDOE mediante el análisis de la DOE cabeza cola. Este tipo de registro hasido útil para la identificación de especies, y es el signo de especie máscomúnmente utilizado, pero considera el OE como puntual y homogéneo.Con este tipo de registro se pierde importante información a la hora decaracterizar la DOE, ya que como dijimos en la introducción, en G. n. sp.omari (y todos los Gymnotiformes conocidos), el OE está distribuido espa-cialmente y su activación sigue un patrón temporal específico. Por lo tanto,el campo eléctrico asociado a la DOE tiene un patrón con tres dimensionesespaciales más la temporal, que pueden ser revelados solamente si cuandoregistramos tenemos en cuenta, además de la dimensión temporal, la espa-cial. Mediante el registro de los campos locales perpendiculares al cuerpodel pez es posible identificar las fuentes (corriente saliente) y sumideros(corriente entrante), así como la localización de los diferentes generadores(puntos de reversión) a medida que transcurre la DOE.

Por otro lado, el potencial de campo eléctrico asociado a la actividadde cada uno de los diferentes generadores varía espacialmente, por lo que

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registramos en la fóvea electrorreceptiva el campo local generado por elpropio pez y el potencial de campo generado por la descarga de un co-nespecífico. Es de destacar que la forma de onda de los campos localesautoemitidos (señal reaferente, vinculada con la electroexploración activa)y los campos locales emitidos por conespecíficos (señal exaferente, vincu-lada con la electrocomunicación) es distinta, al menos en G. n. sp. omari.Esto indica que las portadoras reaferente y de comunicación, si bien songeneradas en el mismo acto electromotor, son diferentes (Aguilera et al,2001). Las características de estos dos campos eléctricos determinan su ca-pacidad de transportar información tanto para el propio sistema electro-sensorial como para el sistema electrosensorial de otro pez (Caputi et al,2002; Aguilera et al, 2001). Analizamos las diferencias en la forma de onday en la temporalidad de estos dos campos para tratar de identificar cuálde los múltiples generadores es la fuente principal de estos potenciales decampo. En la primer publicación al respecto (Aguilera et al, 2001), a es-tos potenciales registrados en la fóvea se le denominó sLDOE (self LocalDOE, DOE local propia) y cLDOE (coespecific Local DOE, DOE local deun coespecífico), acá mantenemos esa nomenclatura.

A raíz de lo observado en los registros de campo local (actividades si-multáneas en diferentes regiones y con polaridad opuesta) registramos laDOE a diferentes conductividades y distancias del cuerpo del pez. Se hademostrado que la baja conductividad y la forma ahusada del cuerpo deG. n. sp. omari canaliza la corriente en la dirección longitudinal. Este esun mecanismo post-efector que modula la proporción en la cual la ener-gía emitida por los diferentes componentes se expresa como corriente odiferencia de potencial (al igual que el sistema de palancas del esqueletonegocia la relación entre fuerza y acortamiento muscular). Dadas las simi-litudes anatómicas entre las especies, es altamente probable que el cuerpode los peces pertenecientes a este género tenga el mismo tipo de acciónpost efectora sobre sus propias DOEs. Como corolario, dado que los dife-rentes componentes se originan en diferentes regiones del pez, el campogenerado por cada componente decae con diferente constante de atenua-ción. Por otro lado, en cualquier caso, y en particular en el registro cabezacola, los diferentes generadores están a diferente distancia de los electro-dos de registro y por lo tanto la diferencia de potencial registrada es unafracción distinta de la registrada cerca del sitio de generación. Otro factorque influye sobre la constante de atenuación es la conductividad del agua:a mayor conductividad, mayor atenuación. Por lo tanto, si registramos laDOE a diferentes distancias del cuerpo del pez, o en aguas de distintaconductividad, vamos a observar diferentes amplitudes relativas entre losdiferentes componentes, debido a las diferentes constantes de atenuación.

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3.2. Métodos

Utilizamos 10 individuos de G. n. sp. omari, 6 G. carapo, 12 G. coropinae,10 G. n. sp. itapua, 10 G. n. sp. mamacha y 1 G. pantanal. Estas especies fueronclasificadas por especialistas asociadas a este proyecto (W.G.R. Cramptony J. Albert).

Registro cabeza-cola. Los peces fueron colocados en un acuario de45x26cm con 5 cm. de agua a 30µS/cm, y 24C, salvo cuando se estudienlos efectos de estas variables (ver más abajo). Para evitar el movimientodel pez lo colocamos dentro de una malla de nylon, paralelo al eje ma-yor del estanque y equidistante a los extremos. Se utilizó un tiempo dehabituación de 15 minutos y registramos durante 2 minutos. Las señalesfueron captadas usando electrodos colocados en la misma línea que el ejemayor del pez. Dado que uno de los electrodos se coloca frente a la cabezay el otro frente a la cola, este tipo de registro es llamado normalmente co-mo ’cabeza cola’ o campo lejano. La señal captada por estos electrodos fueamplificada diferencialmente y la salida del amplificador fue digitalizadaa 50 kHz o más. Tomamos promedios peri-evento de 8-64 DOEs para ana-lizar la forma y amplitud de la DOE. Para estudiar el espectro de potenciastomamos 0.04128 s ((1:2064)*1/50Khz).

Teniendo en cuenta la variabilidad del registro cabeza cola con la con-ductividad y distancia, en tres de estas especies registramos y analizamoslas DOE a distancias progresivas de 4 cm (desde 0 a 16) a tres conductivi-dades diferentes (10, 50, y 100µS/cm).

Campo cercano: Los peces fueron colocados en las mismas condicionesque para el registro cabeza cola. Utilizamos dos electrodos con una refe-rencia común, de manera tal que los tres electrodos (el de referencia comúnmás los dos activos) determinen un ángulo de 90 en el plano horizontal,con el electrodo de referencia en el vértice, separados 2.5 mm. Los elec-trodos eran de cobre, aislados excepto en la punta. Los electrodos fueronmovidos sobre una recta paralela el eje mayor del pez, a 2 mm de distan-cia en el punto más cercano del pez. Registramos los campos locales cada5 mm, o cada 2, dependiendo de la complejidad del campo. Utilizamos elregistro cabeza cola para alinear los registros locales.

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3.3. Resultados

3.3.1. La DOE registrada en el campo lejano

Debido a que la mayoría de la bibliografía se encuentra en inglés y re-fiere al registro cabeza-cola como DOEht (head-tail), mantendré esta siglaen lugar de DOEcc que sería la sigla en español. Como en otros capítulos,se toma G. n. sp. omari como referencia y se contrasta las DOEs de cadaespecie contra la DOE de G. n. sp. omari , normalizadas al pico de V3 (3.1,izquierda). Esto facilita comparar y visualizar las similitudes y diferen-cias de la forma de onda. De igual manera se presentan los espectros depotencia (3.1, derecha), en este caso normalizados por el valor RMS. Deesta manera podemos ver la contribución de cada banda de frecuencias ala potencia total de la DOEht, independientemente de su potencia total.Es importante notar que con esta forma de presentación de los datos sepierden las diferencias de amplitud que pudiesen ser especies específicas.Dado que el rango de longitudes exploradas varió entre un 25 % y un 75 %de la distancia interelectrodo, la comparación de amplitudes crudas pue-de dar lugar a interpretaciones equivocadas ya que la amplitud aumentacon el largo del pez y cae con el cuadrado de la distancia. Otra forma decomparar las amplitudes de cada componente de onda es utilizando elprocedimiento de trampa de aire, tanto simple como múltiple, el cual per-mite estimar la fuerza electromotriz de cada uno de los picos (se muestraen el capítulo de registro en el aire). En el recuadro, a la izquierda de laDOEht se muestra el inicio del mismo registro amplificado para observarlos componentes más débiles.

Todas las especies estudiadas presentan el patrón básico V2-V3-V4, quepuede ser más breve o más duradero según la especie. En cuatro de lascinco especies comparadas con G. n. sp. omari la DOE comienza con V1 ytermina con V5 (G. n. sp. itapua, G. n. sp mamacha, G. carapo y G. coropinae).Tres de ellas (G. coropinae, G. carapo y G. n. sp. mamacha) presentan un com-ponente temprano positivo entre V1 y V2. La especie que presenta menoscomponentes de onda es G. pantanal, la cual no presenta V5, al igual que G.n. sp. omari, y es la única que no tiene V1.

En la figura 3.1-A (izquierda) se muestra la DOE de G. n. sp. itapuasuperpuesta con la DOEht de G. n. sp. omari. Como puede verse son muysimilares excepto en el final de la onda. G. n. sp. itapua presenta una V4 demayor amplitud, pero más breve y finaliza con una V5 de baja amplitudy muy lenta. Esto se refleja en el espectro de potencias (3.1-1A derecha),corrido hacia frecuencias más altas, pero con el mismo perfil. El rango delas modas del espectro de potencias (PPF, por sus siglas en inglés, peak

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Figura 3.1: DOE registrada en el agua. A-E) Izquierda: forma de onda normalizada porel pico principal (V3). En rojo se muestra como referencia la forma de onda de G. n. sp.omari. Derecha: espectro de potencias normalizados por el RMS. Ancho de barra=24.14Hz. En rojo se muestra el espectro de potencias de G. n. sp. omari. Notar que G. carapo y G.coropinae tienen escala diferente al resto de las especies, pues sus espectros de potenciastienen rangos mucho mayores.

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power frequency) fue de 0.793 a 1.0185 kHz (media 0.866) para G. n. sp.omari y de 0.920 to 1.160 kHz (media 1,046) para G. n. sp. itapua.

G. n. sp. mamacha (3.1 B izquierda) presenta varias diferencias signifi-cativa con respecto a G. n. sp. omari y es similar a G. n. sp. itapua salvoen el peso de V1, de menor amplitud. Con la magnificación de la figuraprincipal no es posible apreciar V1, y aún en el recuadro es apenas visible,aunque su existencia es claramente demostrada en el registro local (vermás adelante). A diferencia de G. n. sp. itapua en G. n. sp. mamacha se ob-serva componente positivo lento entre el componente V1 (3.1 B izquierda,flecha) y V2. La DOE finaliza con una V4 de mayor amplitud relativa queV4 de G. n. sp. omari y una V5 lenta y débil. El espectro de potencias domi-nado por el complejo V2-V5 es muy similar a G. n. sp. itapua, es decir estálevemente corrido hacia frecuencias mayores, pero de perfil similar G. n.sp. omari.

La forma de onda de la DOEht de G. carapo (3.1 C) es muy similar aG. n. sp. mamacha, presentando las mismas diferencias más una adicional,o más marcada, que es la brevedad del complejo V2 − V3 − V4 − V5. V1,presente en el registro local cefálico esta sustituido por una deflexión po-sitiva lenta similar a la observada en G. n. sp. mamacha. V5 es más rápiday de mayor amplitud relativa. El espectro de potencias se muestra corridohacia la derecha (el eje de las frecuencias es más amplio) y el PPF es 1.8(rango 1.606 a 1,961kHz) y su potencia relativa por bin no llega a 1,5 % (3/5del valor del PPF de G. n. sp. omari ), indicando un espectro de potenciasmás distribuido.

G. coropinae (3.1 D) es la especie que presenta la DOE más compleja,junto con el OE más diferente. La DOE es la más breve de las estudiadas,y es también, como veremos más adelante, la más débil. La onda comien-za con V1 (recuadro), seguida de un pico positivo con dos orígenes (vercampo local y efecto de la conductividad más adelante) y continúa con elcomplejo V2−V3−V4−V5. Es de destacar que este complejo dura lo mismoque el componente V3 de G. n. sp. omari. El PPF es aún mayor (media 3.014,rango 2.759 a 3,246kHz) que el de G. carapo y el espectro de potencias es elde mayor rango.

La última especie estudiada, aunque no profundizaremos mucho enella, ya que obtuvimos un solo ejemplar es G. pantanal (3.1 E). La DOEht esmuy parecida a G. n. sp. omari , pero con una diferencia muy importante:no presenta V1 ni en la DOEht (ver recuadro) ni en el registro local (vermas adelante). Por el espectro de potencias no es posible diferenciarla deG. n. sp. omari

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3.3.2. La DOE en el registro local

Cada una de las especies mostró amplitudes, tiempo de activación ylugar de origen característico de cada uno de los componentes y revelóde forma inequívoca la presencia de múltiples generadores. Es importantedestacar que en varias especies se observó la presencia de varios generado-res de polaridad opuesta activados al mismo tiempo en diferentes lugaresdel cuerpo. Este hallazgo ha forzado una modificación a la nomenclaturade los componentes de onda.

Nomenclatura a utilizar. De acuerdo al concepto de homología funcionalintroducido en la tesis de Doctorado de Caputi (1994), dos componentesson funcionalmente homólogos si son generados por el mismo mecanis-mo (Tabla 1). Por lo tanto, el subíndice ‘1’ no refiere al primer componentede la DOE, ya que pueden ser diferentes en diferentes especies (por ej:G. pantanal comienza con V2), sino que refiere a un componente cabeza-negativo generado por los potenciales pos sinápticos (lentos) de las carasrostrales de los electrocitos; ’2’ refiere a los componente también cabezanegativos pero generados por los potenciales de acción (PA, rápidos) ge-nerados sinápticamente de las caras rostrales; ’3’ refiere a los potencialescabeza positivos generados por los PA generados por las caras caudales;’4’ refiere a los potenciales cabeza-negativos generados por los PA de lascaras rostrales, pero ’4’ (a diferencia de 2) es activado periféricamente porlas corrientes de ’3’; por último ’5’ refiere a PA de las mismas caras quegeneraron ’3’, pero activadas por el mismo mecanismo que ’4’ y apare-cen a continuación de ’4’. Para enfrentar la diversidad de ondas exhibidaspor las especies estudiadas sin establecer un quiebre en la nomenclaturahabitualmente aceptada, ha sido necesario agregar un segundo subíndi-ce a los componentes relacionado con el origen espacial del mismo. A lossubíndices anteriormente citados les agregamos letras que refieren a lastres regiones en que dividimos el cuerpo del pez: a (anterior), c (central)y p (posterior). Es importante aclarar que confirmamos mediante el usode curare en G. n. sp. omari y G. n. sp. itapua que los diferentes componen-tes son homólogos, pero no lo corroboramos en las restantes especies. Lassimilitudes encontradas en la anatomía y en las cuatro técnicas electrofi-siológicas diferentes utilizadas apoyan la extensión de la homología (vermás adelante).

En las figuras 3.2 (G. n. sp. omari ), 3.3 (G. carapo), y 3.4 (G. coropinae)se representan los campos perpendiculares registrados a lo largo del pezcada 0,2 cm e interpolados. En el eje vertical se muestra la posición relativaal pez y en el horizontal la evolución temporal. La amplitud y dirección delcampo está codificada en colores (amarillo-rojo: saliente al pez, i.e., fuente;

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Cuadro 3.1: características de los diferentes componentes homólogos de laDOE. PA:Potencial de Acción.

Componente Polaridad Mecanismo Región del pezV1 Negativa Potencial de placa AnteriorV2 Negativa PA Post sináptico CentralV3 Positiva PA Post sináptico Anterior/central/posteriorV4 Negativa PA por Invasión Central/posteriorV5 Positiva PA por Invasión Posterior

celeste-azul: entrante, i.e, sumidero). La escala de colores fue ajustada deforma no lineal para maximizar el contraste. Se muestra también la formade onda (trazos blancos) de algunos registros seleccionados a modo dereferencia. En la figura B se muestra el patrón de corrientes a lo largo delpez en los instantes indicados en A. Los tiempos indicados son en relaciónal pico de V3 en la DOEht. Las flechas ubicadas en el punto de reversiónindican la localización de la fuente responsable del patrón de corrientes enese instante.

G. n. sp. omari. Con este tipo de registro es posible observar el domi-nio espacial y temporal de cada uno de los componetentes observados enla DOEht. Puede observarse que V1 tiene su punto de reversión al iniciode la aleta anal (figura 3.2 B, -1.2) por lo que la denominamos V1a. 0.6 msdespués puede verse como el sumidero se alarga espacialmente y la fuentese desplaza rápidamente hacia una región más caudal, indicando la acti-vación de V2c. Cuando este componente aún no ha finalizado, en la regióncaudal comienza V3a, superponiéndose parcialmente ambas actividades.En 0 ms ocurre el máximo de V3acp, este componente cabeza-positivo ocu-rre a lo largo de todo el cuerpo. El punto de reversión está más atrás que elde V2 (70 % del pez, flecha de la tercera gráfica de figura 3.2 B). V4a comien-za antes que termine V3p, y se propaga caudalmente, siendo más duraderoy de mayor amplitud en la región de la cola. Cuando llega a su máxima in-tensidad, (+0,6) tiene su punto de reversión un poco más atrás que V3acp, enel 85 % de la longitud del pez (ultima gráfica de figura 3.2 B) Por lo tanto,el patrón de corrientes transversales a G. n. sp. omari es un patrón trifásicoque comienza localizadamente para luego invadir progresivamente, conel punto de reversión avanzando en el eje longitudinal con el transcursode la onda. En el pico principal todo el cuerpo del pez está eléctricamente

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activo, la actividad comienza a cesar desde la región rostral, finalizandocon la actividad local de V4p.

G. carapo. En el mapa de colores de los campos locales de esta especie(figura 3.3 A) se ve actividad 1.2 ms antes del pico de V3cp, con fuente y su-midero localizados en la región rostral, entre las branquias y el inicio de laaleta anal. Este componente cabeza negativo (no se ve en la DOEht, figura3.1 C), lento y de baja amplitud, es V1a. Antes de que finalice, comienzauna onda caudal lenta o cabeza positiva, que llamamos provisoriamenteV1cp, en la región de la cola (-0,8). En la DOEht se observa únicamente la ac-tividad caudal. Estas dos actividades eléctricas tienen una ’región fuente’central común y sus sumideros en los polos del pez. Los puntos de rever-sión, que indican la posición del generador están en el 10 % (V1a) y el 75 %(V1cp) de la longitud del pez (3.3 B, segundo trazo). En -0,3 ms se inviertenlas fuentes y sumideros, teniendo ahora también dos regiones activas peroahora con una ’región-sumidero’ central común y las fuentes en los po-los del pez. La actividad es más intensa, y nuevamente lo que se observaen este instante en la DOEht es la actividad generada más caudalmente,cabeza negativa e identificada como V2c. La actividad rostral localizadacorresponde a V3a. El punto de reversión de V3a es el mismo que para V1a,mientras que el punto de reversión de V2c está en el 50 % de la longituddel pez, un poco más rostral que el punto de reversión de V1cp, por lo queprobablemente no corresponda a la misma fuente (grupo de electrocitos)que se invierte, como ocurre con V1a - V3a. V3a continúa después que V2c

termina y comience en su lugar V3cp. En este momento todo el pez partici-pa en la generación de la DOE, actuando la primera mitad del pez comofuente y la segunda como sumidero. El punto de reversión está en 50 %del cuerpo del pez (figura 3.3 B, 0 ms). Luego ocurre V4 (+0,5) de formasimilar a G. n. sp. omari, pero de menor duración y por último V5 donde seinvierten nuevamente (+1,1) la fuente y el sumidero.

G. coropinae: De forma similar a las especies anteriores, el pico de V1a

está en -1.3 ms, aunque la secuencia del resto de la onda es mucho másrápida. La duración de este componente (V1a) es prácticamente la mismaque la de todos los otros componentes juntos. Esta onda muestra también,al igual que G. n. sp. omari y G. carapo una fuente y un sumidero muylocalizados, pero con el punto de reversión en la zona de la mandíbula,donde se encontró el OE cefálico (ver resultados anatómicos). La siguienteparticularidad observada en estos registros es la generación simultáneade V3a y V2cp (figura 3.4 B, -0.2 ms). Al igual que en G. carapo V3a tiene supunto de reversión en el mismo lugar que V1a, y V2cp aproximadamente enel 75 % de la longitud del pez (más atrás que en G. carapo y G. n. sp. omari). En este instante el pez tiene un gran sumidero central, compartido por

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Figura 3.2: Patrón de corrien-tes transcutáneas en G. n. sp.omari. Los campos eléctricos per-pendiculares al eje principal delcuerpo del pez fueron registra-dos sobre una recta a dos cm delpez en el punto más cercano. Elmapa de colores indica la locali-zación de las fuentes (amarillo-rojo) y los sumideros (celeste-azul) a lo largo del pez (eje ver-tical) mientras la DOE progresaen el tiempo (eje horizontal); elverde indica campos desprecia-bles. Los trazos blancos corres-ponden al campo registrado, y semuestran a modo de referencia.B) Se muestra el patrón de co-rrientes a los tiempos señaladosen A con líneas negras, indican-do las fuentes, sumideros y pun-tos de reversión. G. n. sp. omarimuestra cuatro componentes cla-ros: V1a, se invierte alrededor delinicio de la aleta anal; V2 se in-vierte alrededor de la mitad delpez; V3acp y V4cp se invierten enla región caudal. En esta especieexiste una clara correlación entreel orden espacial y el origen es-pacial de los cuatro componen-tes. Dado que hay ondas homó-logas que se generan en diferen-tes partes del cuerpo a diferentestiempos, utilizamos un subíndi-ce numérico que indica el meca-nismo de activación y una letrapara indicar la posición en el es-pacio (a: anterior; c:central (cen-tral); p: posterior). Con modifica-ciones de Rodríguez-Cattáneo etal, 2008.

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Figura 3.3: Patrón de corrien-tes transcutáneas de G. carapo.El campo eléctrico perpendicularal eje principal del pez fue regis-trado a través de una recta pa-ralela al pez a 2 mm de distan-cia en el punto más cercano (seutiliza la misma resolución y có-digo de colores que en la figura3.2). Los tiempos indicados sonen relación a V3cp (0 ms). La pri-mer actividad clara ocurre en -1.2ms, y es una actividad muy loca-lizada, con la fuente ubicada enla cabeza y el sumidero en la re-gión abdominal. Antes de que fi-nalice este componente comienzaV1cp (-0.8 ms) en la región cau-dal, con polaridad opuesta. Es-te componente se invierte alre-dedor del 75 % del pez; La ac-tividad se invierte 0.5 ms des-pués, con la coocurrencia de V3a

y V2c. En este momento el cen-tro del pez actúa como sumide-ro y ambos extremos como fuen-te. El complejo V3cp y V4cp (0 ms y0.5 ms ) tiene el mismo perfil queen las otras especies. La actividadfinaliza con el rebote correspon-diente a V5p. (a: anterior; c:central(central); p: posterior) Modifica-do de Rodríguez-Cattáneo et al,2008.

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Figura 3.4: Patrón de corrien-tes transcutáneas de G. coropi-nae. El campo eléctrico perpendi-cular al eje principal del pez fueregistrado a través de una rectaparalela al pez a 2 mm de distan-cia en el punto más cercano (seutiliza la misma resolución y có-digo de colores que en la figura3.2). Los tiempos indicados sonen relación a V3cp (0 ms). La pri-mer actividad clara ocurre en -1.3ms, y es una actividad muy loca-lizada, con la fuente y el sumi-dero ubicados antes de las aga-llas, ambos en la región cefálica.Después de un período conside-rable de tiempo, en -0.2 la acti-vidad en este lugar se invierte yal mismo tiempo ocurre V2c, enel 75 % del pez. En este momentoel centro del pez actúa como ungran sumidero central y los ex-tremos como fuente. A partir deese momento la sucesión de on-das acurre de forma muy rápida.En 0 y en 0.2 ms ocurren V3cp yV4cp, con el mismo perfil especialque las especies anteriores, finali-zando con la actividad de V5 en laregión de la cola (0.4 ms). (a: an-terior; c:central (central); p: pos-terior) Modificado de Rodríguez-Cattánaeo et al, 2008.

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ambos generadores, y las fuentes en los extremos del pez. Luego ocurrenV3cp, muy breve, seguida de V4cp y V5cp, todas predominando en amplituden las regiones caudales.

El mapa de colores de los registros de campo de G. n. sp. itapua es muysimilar al de G. n. sp. omari , pero con V4 y más profunda y V5. No obtuvi-mos registros de G. n. sp. mamacha y G. pantanal

3.3.3. La DOE registrada en la fóvea electrosensorial

La DOE sirve para dos propósitos: exploración sensorial y comunica-ción. Para conocer la forma de onda del campo que el pez percibe es ne-cesario registrarlo a nivel de la piel. Dado que la mayor concentración deelectrorreceptores se encuentra en la fóvea, la forma de onda de esta regiónparecería ser la más importante tanto para la electroexploración activa co-mo para la comunicación.

Por esta razón destinamos un capítulo aparte para la descripción dela forma de onda foveal. La comparación de registros de campos autoge-nerados y generados por conespecificos buscando diferencias sistemáticasentre ambos, permite poner a prueba la hipótesis de la correspondencia en-tre algunos componentes de onda con la función de portadora reaferente yotros con la función de portadora de comunicación. En nuestra condiciónexperimental (figura 3.5), colocamos dos peces paralelos entre sí. Si bienambos peces son emisores y receptores tanto de su propia onda como dela onda generada por el otro pez, analizamos la DOE generada por uno deellos. Por lo tanto, como se explica en la figura, uno será el pez receptor(negro) (registramos la DOE generada por el coespecífico) y el otro seráemisor y receptor (registramos ambas DOEs, pez gris). Al mismo tiemporegistramos la DOEht para utilizarla como referencia.

Estudios previos en G. n. sp. omari sobre este tópico (Aguilera et al,2001), muestran que la cLDOE es muy similar a la DOEht, mientras que lasLDOE tiene variaciones importantes. En el citado trabajo se muestra quela sLEOD es generada en la región rostral del OE. Cuando mediante ciru-gía le silenciaron la región central y caudal del OE, la cLDOE desaparecía,dado que la descarga del OE rostral es de muy baja amplitud y tiene unaactividad muy localizada, mientras, la sLDOE permanecía prácticamenteidéntica. Cuando se le extirpó el OE rostral, ocurrió exactamente lo contra-rio, la sLEOD desapareció, quedando este pez ciego eléctricamente, mien-tras que era percibido de manera normal por el congénere. En este trabajono hicimos experimentos con el OE extirpado, pero voy a interpretar losresultados partiendo de las conclusiones del citado trabajo. Los experi-

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Figura 3.5: Registro de la sLDOE y la cLDOE. Consideramos la DOE generada poruno de los dos peces, y registramos de forma simultánea el campo en la fovea del pezemisor (sLDOE, self Local DOE, DOE local propia, pez gris) y en la fóvea del co-específico(cLDOE, co-especific Local DOE, DOE local del campo generado por un co-específico, peznegro) de manera simultánea. También se registró el campo cabeza-cola (DOEht).

mentos con cirugía no son estrictamente necesarios una vez que se conoceel patrón espacio temporal de la descarga. Dado que la activación del ór-gano está secuencialmente organizada y las formas de onda generadas encada región son diferentes, analizando la temporalidad de la descarga yla forma de onda es eventualmente posible correlacionar los campos fo-veales del pez emisor y de un conespecifico con las localizaciones de lasfuentes que los generan en el OE.

En la figura 3.6 se muestran las sLEOD de las cinco especies junto consus respectivos espectros de potencias. Las DOEs están normalizadas porV3 y los espectros de potencia lo están por el RMS.

Todas las especies muestran ciertas características comunes en la formade onda: A) el pico de V3 de la sLDOE (V3S) ocurre antes que el pico de V3

de la cLDOE (V3C); B) La relación V1S/V3S es mayor a V1C/V3C . C) ningunade las sLDOE presenta V2; D) la relación V4S/V3S es menor que V4C/V3C .

Todos estos factores sumados a la mayor duración de V3S en relación

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Figura 3.6: DOE local registrada en la fovea del propio pez (sLDOE) y en la de unconespecífico (cLDOE). Los registro fueron realizados con dos pares de electrodos colo-cados en las foveas del pez emisor y del receptor. A-F) Izquierda: forma de onda de de lasdiferentes especies (sLDOE en rojo, cLDOE en negro). En todos los casos el pico principalde la sLDOE ocurre antes que el pico principal de la cLDOE. A excepción de G. pantanaltodas las especies presentan V1, la cual no siempre era apreciada en la DOEht. Derecha:espectros de potencias de la sLDOE (rojo) y de la cLDOE. Ancho de barra: 24.14 Hz. Labanda de frecuencias con mayor potencia de la cLDOE está sistemáticamente corrida ha-cia frecuencias mayores que la correspondiente a la sLDOE. Esto refleja la mayor rapidezde los componentes de la cLDOE.

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a V3C se expresan en el espectro de potencias de la sLDOE como un des-plazamiento hacia las frecuencias más bajas. Es particularmente llamativoel caso de G. coropinae, que tiene el mayor PPF de la cLDOE y el menorPPF de las sLDOE de todas las especies. Con el registro local en la fovease confirma la presencia de V1 en todas las especies excepto en G. panta-nal. El registro de G. carapo muestra dos picos, uno coincidente con V3 dela cLDOE; es probable que esto se deba a que los electrodos de registroestuvieran un poco corridos de la fóvea.

3.3.4. La DOEht es insuficiente para caracterizar la formade onda

Los capítulos anteriores nos permiten inferir que la DOEht resulta dela suma ponderada de componentes individuales originados en distintasregiones de los peces. Un análisis teórico simple indica que el factor deponderación no es fijo sino que depende al menos de la distancia y la con-ductividad en el cual se encuentra el animal. Para probar esta hipótesiscomparamos los registros cabeza cola obtenidos a distintas distancias ycon medios de distintas conductividades. Este estudio no fue exhaustivo,sino que fue realizado a modo exploratorio en tres individuos diferentes(un G. n. sp. omari , un G. carapo y un G. coropinae). Los registros tampocofueron hechos a suficientes distancias y con las posiciones más adecua-das, hubieran sido preferible una escala logarítmica con mayor número depuntos, que permitiese obtener mayor cantidad de datos en la cercanía delpez.

Generalmente se utiliza el cambio de conductividad para estudiar la in-vasión de V3 hacia las caras rostrales, como complemento de la trampa deaire simple. Este efecto de la conductividad fue mostrado en G. n. sp. oma-ri y B. pinnicaudatus (Caputi et al, 1998) donde se observo que el cocienteV4/V3 depende de la carga externa. Este efecto es prácticamente inexisten-te en G. coropinae y G. carapo ya que como veremos en el subcapítulo 4, V4

se comporta en estas especies como una FEM lineal.En la figura 3.7 se muestran las DOEsht con los electrodos en los bordes

de la pecera (distancias de cada pez) a las tres conductividades diferentesutilizadas. Las ondas se muestran normalizadas por el pico de V3, por loque las diferencias en los componentes V1 y V2 son en relación a dicho pico.La amplitud de V3 cae 40 % de 10 a 50µS/cm y un 59 % de 10 a 100 µS/cmen G. n. sp. omari ; en G. carapo 29 % y 55 % respectivamente y en G. coro-pinae la amplitud es 70 % y 85 % menor. En los recuadros a la izquierda semuestra el inicio de la onda amplificada según se indica. Las formas de

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Figura 3.7: DOEht registrada a tresconductividades diferentes. Los regis-tros se muestran normalizados por V3.En el recuadro se muestra amplificado(x4, x3 y x11 en sentido vertical; en senti-do horizontal, la barra indica 1 ms en to-dos los casos)el inicio de la DOE, cuandoocurre la mayor superposición de com-ponentes de polaridad opuesta. A y B)G. n. sp. omari y G. carapo no muestrandiferencias significativas en la forma deonda. En el recuadro amplificado se ob-serva que V2 aumenta levemente su am-plitud. C) G. coropinae. Esta especie símuestra cambios sustanciales al inicio dela DOE (recuadro). Superpuesta a la se-cuencia V1a - V2c se genera V1ct y V3a, depolaridad opuesta. La amplitud relativade la suma de estos componentes varíaen función de la conductividad.

onda de G. n. sp. omari y G. carapo no muestran cambios sustanciales almodificarse la conductancia, aunque es visible que V1a y V2cp aumentan unpoco su amplitud con respecto a V3cp con el aumento de la conductividad.G. coropinae sin embargo muestra modificaciones más complejas. V1a tienemayor amplitud a 50 y 100µS/cm (al igual que G. n. sp. omari y G. carapo),a continuación ocurre simultáneamente V2cp, V3a y V1cp. A 50 y 100µS/cmeste complejo es principalmente negativo, mientras que a 10µS/cm predo-minan los componentes positivos. Esta dominancia relativa provoca queel pico de V2cp se retrase a medida que disminuye la conductividad.

En la figura 3.8 se muestra el cambio de la forma de onda de G. n. sp.omari y G. coropinae con la distancia a conductividad constante (100µS/cm).G. n. sp. omari no muestra diferencias, más que en la amplitud, pero estono se muestra, ya que los trazos están normalizados. G. coropinae tieneun cambio importante con los electrodos casi tocando al pez, donde V1a

se hace muy amplia, dominando completamente el registro durante la co-ocurrencia con V1cp. Como vimos en los registros locales perpendiculares alpez, a continuación de V1a ocurre V3a, en el mismo lugar (la región cefálica).Este componente (V3a) domina completamente sobre V2, al punto que estecomponente desaparece, observándose una onda única correspondiente aV3acp.

Podemos concluir que en la DOEht emitida con el agua a bajas conduc-

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Figura 3.8: DOEht registrada adiferentes distancias de los extre-mos del pez (16, 4 y 1 cm). Semuestra la forma de onda normali-zada y en el recuadro el inicio de laDOE amplificado (x3 y x10 en senti-do vertical, en sentido horizontal seconserva la escala). La forma de on-da de la DOE de G. n. sp. omari per-manece incambiada, mientras queG. coropinae varía tanto la amplitudde V1a como de V3a (aumentan a me-dida que acercamos los electrodos).

tividades prevalecen las ondas generadas en el centro y en la cola del pez.La dominancia de las ondas con dipolos más cortos y localizados rostral-mente, prevalecen a mayor conductividad y/o con los electrodos cerca delos extremos del pez. Es de destacar que en este último tipo de registro, elelectrodo rostral está a 1-2 cm de la fuente rostral y a 7 o más de las fuentescentrales.

3.4. Discusión

La DOE de todas las especies estudiadas presenta un patrón espaciotemporal que varía en su complejidad según la especie. El registro cabeza-cola refleja hasta cierto punto la complejidad de la DOE, pero se revelamejor haciendo registros que tomen en cuenta la dimensión espacial, comolo es el registro de campos locales. La descripción de las formas de ondacaracterísticas de cada especie solamente por la DOEht puede ser diferentesegún el método de registro utilizado. Esto se evidencia en los registros deDOEht con diferentes conductividades y distancias al pez.

En todas las especies la DOE comienza con fuentes y sumideros locali-zados en la region rostral. A medida que transcurre la descarga, la activi-

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dad se propaga hacia regiones más caudales y todo el cuerpo se activa conun buen grado de sincronización de modo que las fuentes se distribuyenen extensiones mayores y por lo tanto los dipolos equivalentes pueden servistos más eficientemente que los iniciales desde el punto de vista de unconespecífico.

Es llamativa en algunas especies la generación simultánea de ondasde polaridad opuesta en regiones distintas del órgano. Este fenómeno esmás importante en las especies de descarga más rápida, principalmenteen G. coropinae. Esto parece ser ilógico, ya que esto provocaría una dis-minución del campo neto generado. Este aparente absurdo deja de serlosi comparamos los vectores de campo durante V3a/V2cp (figure 3.9 A) conlos generados durante V3cp (figura 3.9 B). Durante V3a/V2cp los vectores decampo correspondientes a V3a registrados cerca del pez son mayores a loscorrespondientes a V2cp, sin embargo en la DOEht (trazo azul, figura 3.9C) prevalece V2cp. Esto se debe a que la fuente y el sumidero de V3a se en-cuentran más cercanos entre sí a los correspondientes a V2cp, por lo que lascorrientes de V3a se cierran más cerca del pez, decayendo más con la dis-tancia que las generadas por V2cp. Este efecto es aún mayor durante V3cp,donde la extensión del dipolo equivalente a las fuentes sincronizadas ocu-pa el 90 % del largo del pez.

A partir de modelos computacionales (Caputi, tesis de Doctorado, Ca-puti y Budelli, 1995) se pudo observar que la forma del cuerpo del pezjuega un rol muy importante en este efecto. El pez tiene forma de cono,por lo que cada electrocito está rodeado de diferente cantidad de tejido, esdecir resistencia interna. El potencial generado en la región rostral, tieneuna caída suave dentro del pez, lo que sumado a la cercanía a la fovea eléc-trica, permite que llega a ésta con gran amplitud relativa. Contrariamen-te, las corrientes generadas en la región de la cola llegan muy atenuadashacia las regiones rostrales debido a las perdidas a través de la piel. Poresta razón las fuentes rostrales estan principalemente representadas en lasLEOD. Fuera del pez, ocurre lo explicado con la figura 3.9: el potencialgenerado en las regiones rostrales cae más rápidamente que los caudales,explicando la predominancia del complejo V234cp en la descarga vista porun conespecífico.

Como consecuencia de la diferente forma de los campos lejano y cer-cano, la sLDOE y la cLDOE tienen formas de onda diferente. Esto confirmalo hallado en G. n. sp. omari por Aguilera et al (2001), en el sentido que lasdos funciones del campo eléctrico generado tiene un filtro post efector quesegrega las corrientes que son utilizadas en electrorrecepción activa y elec-trocomunicación. Los resultados sobre la forma de onda de la sLDOE y lacLDOE confirman para estas cinco nuevas especies que los canales para las

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Figura 3.9: Potenciales de campo a dos tiempos diferente de la DOE de G. coropinae.El mapa de vectores fue construido graficando los vectores de los campos perpendiculary parasagital al eje principal del pez. Los registros fueron realizados cada 5 mm e inter-polados de forma de tener el doble de vectores en el mapa. A) Mapa de vectores durantela co-ocurrencia de V3a y V2c (línea marcada como ’A’ en C)). Existe un sumidero rodea-do de dos fuentes; el sentido de la corriente es remarcado con las flechas sombreadas. B)Mapa de vectores durante la ocurrencia de V3cp (línea marcada como ’B’ en C)). Existe unsumidero y una fuente única, pero la distancia entre sí es considerablemente mayor queen A). C) Forma de onda registrada en los asteriscos mostrados en A) correspondientes acada color y a la DOEht. Con modificaciones de Castelló et al (2009)

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señales reaferentes y las exaferentes son diferentes. Independientementede la complejidad de la DOE, las sLDOE muestran un patrón trifásico quecorresponde a V1a, V3a y V4a (a excepción de G. pantanal). Sin embargo, enel caso de G. coropinae, si bien la sLDOE es similar a la de las otras especiesno se genera por los mismos mecanismos. Puede observarse en el mapade colores que el punto de reversión de V1a y V3a se localiza a la altura dela mandíbula, mientras que en las otras especies se localiza en la regióndel abdomen. En el capítulo de anatomía se muestra la reconstrucción 3Dde este OE, hecha por L. Iribarne y M.E. Castelló. Dichas reconstrucionesindican que hay dos pares de electrocitos con doble inervación, una deellas rostral, que posiblemente sea la responsable de V1a, así como 7 pa-res de electrocitos con inervación caudal posiblemente responsables de lageneración de V3a, si se mantiene la ley de Pacini para estos electrocitos.

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Capítulo 4

La DOE registrada en el aire

4.1. Introducción

El sistema electromotor le da al pez la capacidad de emitir corrientesexternas. El campo eléctrico asociado a la DOE es el resultado de la ac-tividad del sistema electrogénico sobre la “red eléctrica” en la que estáinmerso. Por lo tanto, para caracterizar la salida del sistema electrogénicoes necesario hacerlo en función de sus parámetros como fuente eléctrica.Para eso, considerando que el OE es una fuente eléctrica y que sus pará-metros son independientes de la carga, Cox y Coates (1938) introdujeronlas técnicas de registro en el aire con circuito abierto y cerrado. El regis-tro en circuito abierto consiste en registrar la diferencia de potencial entredos puntos del pez mantenido fuera del agua. En estos peces es posibleregistrar prácticamente cualquier segmento del OE, ya que el órgano seencuentra directamente bajo la piel. Con el pez en circuito abierto no cir-cula corriente por fuera del pez, por lo que el voltaje registrado correspon-de a la FEM. De todas formas existen corrientes que circulan por dentrodel pez (que denominaré corrientes de pérdida), cerrando el circuito porel tejido no electrogénico. Utilizando esta técnica Cox y Coates (1945) en-contraron en E. electricus que la FEM por segmento es función lineal delnúmero de electrocitos del segmento. La técnica de registro con circuitocerrado es muy similar pero se conecta una resistencia entre los electrodosde registro, permitiendo la circulación de corrientes por fuera del pez. Estatécnica se basa en el teorema de Thévenin, el cual dice que cualquier circui-to compuesto por resistencias y/o FEMs lineales puede ser representadocomo una única FEM y una resistencia interna en serie. Colocando unaresistencia de carga variable en serie (RL) es posible hallar la resistenciaequivalente interna y la FEM equivalente global de cada pez aplicando la

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ecuación:∆V = FEM−Rinp ∗ I

donde la FEM es el punto de corte con el eje de las ordenadas, y Rinp (re-sistencia interna del pez) es el opuesto de la pendiente de la recta. Dadoque el OE está distribuido a lo largo del cuerpo del pez y tiene propieda-des estructurales y funcionales diferentes, Caputi et al (1989) desarrollanla trampa de aire múltiple en circuito abierto, la cual consiste en el registrosimultáneo de diferentes regiones del pez. Esto permitió confirmar que enG. n. sp. omari, B. pinnicaudatus y R. rostratus la FEM regional (al igual queen E. electricus) también depende del número de electrocitos y crece de for-ma exponencial en sentido rostro caudal. Además, dado que G. n. sp. omariy R. rostratus tienen DOEs más complejas que E. electricus (esta especie tie-ne forma de onda monofásica) se encontró que los diferentes componentesde onda se originan en diferentes regiones del pez, y que tienen diferen-tes tiempos de activación (existe una secuencia de activación que progre-sa rostro-caudalmente (Caputi et al, 1998)). Para la mayoría de los peceseléctricos estudiados hasta el momento (E. electricus: Cox y Coates, 1938;Gnathonemus petersii: Bell et al, 1976; G. n. sp. omari: Caputi et al, 1989) larelación entre ∆V e I para diferentes valores de RL es lineal. Sin embargo,Bell et al (1976), muestran que no todos los componentes de la DOE de G.petersii se comportan de esta manera. Caputi, (1993, Tesis de Doctorado)muestran lo mismo para la V4 de la DOE de B. pinnicaudatus (se le llamaN1, pero está activada por el mismo mecanismo que V4) y algunos pocosespecímenes de G. n. sp. omari. Esta no linealidad se debe a que V4 es ac-tivada por las corrientes que circulan durante V3 (I3), por lo que al variarla resistencia de carga se varía I3. Este fenómeno depende de varios fac-tores: la densidad y sensibilidad de los canales iónicos de los electrocitos,tamaño de los electrocitos, la resistencia en serie (distancia), corrientes defuga y resistencia en paralelo (tejido que rodea el OE), por lo tanto no escorrecto decir que la no linealidad de V4 se debe a una menor excitabilidadelectrocítica, sino que se debe a una menor excitabilidad del OE y esta de-pende en mayor o menor medida de estos factores. Partiendo del supuestode que V4 es intrínsecamente lineal para valores fijos de I3, durante mi pa-santía de grado nos basamos en un paper de Bell y col (1976), y diseñamosy construimos un circuito que nos permitió confirmar la dependencia dela FEM de V4 sobre I3. En el siguiente capítulo se muestran los resultadosde las formas de onda regionales de las especies, y luego se muestran losresultados del análisis de las fuentes con trampa de aire simple, tanto delas lineales (V2 y V3) como de las que no los son (V4 y V5).

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Figura 4.1: Circuito de trampa sim-ple y trampa con diodos. A) Trampasimple. El pez es mantenido en el ai-re y es conectado a dos electrodos a losextremos del pez. A medida que varia-mos RL1 registramos el voltaje en losextremos del pez y la corriente a tra-vés de R1. En este caso RL1 afecta tan-to a las corrientes durante V3 como du-rante V4. B) El tipo de registro es simi-lar, pero medimos solamente el extre-mo caudal del pez. Los diodos obligana las corrientes a circular por caminosdiferentes, permitiendo, al variar RL1,calcular la FEM de V4. El proceso es re-petido para diferentes valores de RL2,la cual afecta únicamente a V3.

4.2. Métodos

Trampa de aire múltiple (sin carga). Con esta técnica se estudia el pa-trón temporal de las FEMs generado por diferentes regiones del pez (Ca-puti et al, 1989). Se coloca el pez sobre una serie de electrodos paralelosentre sí y transversales al eje longitudinal del pez. Cada electrodo es lareferencia al electrodo anterior y el activo para el que le sigue, el primeroy el último (cabeza cola) cierran el anillo y es utilizado como referenciapara alinear los registros. Cada par de electrodos está conectado a un am-plificador de ganancia adecuada a la amplitud de la FEM generada paramaximizar su cuantización; su salida va a un conversor análogo-digital.La frecuencia de muestreo fue de 25 Khz. en cada canal. Los peces fue-ron analizadas con siete trampas (excepto G. carapo y G. coropinae), por loque estas no tienen la misma distancia en los diferentes peces, sino que ladistancia entre electrodos es proporcional al largo total de cada pez. En elcaso de G. carapo y G. coropinae la primer trampa tiene el doble de longituddebido a limitaciones del método (ver discusión de este capítulo).

La trampa de aire simple (con carga) consiste en mantener al pez enel aire mientras descarga (figura 4.1 A), una resistencia de carga variable(figura 4.1, RL1) es conectada en paralelo a los extremos del pez y regis-tramos el voltaje del cabeza cola del pez y la corriente a través de unaresistencia fija (R1). Dado que en G. n. sp. omari, la FEM de V4 (FEM4) de-pende de I3 con este método no es posible calcularla. Cargando la trampasimple con diodos profundizamos el análisis de los mecanismos de gene-ración de V4 y su dependencia sobre las corrientes generadas por V3. Parte

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de este estudio en G. n. sp. omari fue ya realizado durante mi pasantía de li-cenciatura; aquí se extiende a otras especies. Este circuito (figura 4.1 B) fuediseñado teniendo en cuenta que V3 y V4 tienen polaridad opuesta. El pezes colocado en el aire y conectado a dos resistencias variables en paralelo.En cada una de estas vías paralelas se conecta un diodo. La distinta orien-tación de los diodos permite controlar independientemente la corrienteen cada una de las ramas. Variando selectivamente la resistencia de car-ga para V3 (RL2) fijamos I3 en un valor determinado, y para dicho valorobtenemos una serie de valores de corriente y voltaje de V4 variando la re-sistencia de carga de V4 (RL1). Repitiendo el experimento para diferentesvalores de RL2 (es decir I3) es posible determinar la relación entre la FEMde V4 e I3. Se utilizó un amplificador diferencial de alta impedancia y losdatos fueron adquiridos en una PC a 25 KHz o más y luego analizados uti-lizando el software Matlab (MathWorks Inc). Dado que G. n. sp. omari y G.n. sp. itapua tienen morfología externa y anatomía del OE muy similares,así como formas de onda idénticas excepto en V4, estas especies difierenúnicamente en la excitabilidad del OE. Me voy a centrar principalmenteen estas dos especies, y luego haré un breve resumen de los resultados delas otras.

4.3. Resultados

4.3.1. Análisis de la DOE en Trampa de aire Múltiple

Los resultados de las DOEs son presentados de dos formas, en el do-minio del tiempo y en el dominio de las frecuencias. La primera forma depresentación nos permite identificar qué componentes de los observadosen la DOEht se generan en cada región, así como cuantificar las amplitu-des regionales de los diferentes componentes y la secuencia de activaciónde los componentes homólogos y los no homólogos. La aplicación de latransformada rápida de Fourier a las formas de onda regionales, muestraespectros unimodales, por lo tanto, esta aproximación permite una esti-mación rápida y global del pico y la banda de frecuencias, permitiendocomparar las diferencias en los espectros de potencia entre regiones y en-tre especies.

G. n. sp. omari (figura 4.2 A) presenta tres perfiles básicos diferentesen la forma de onda de las FEMs regionales: anterior (trampa 1), central(trampas 2 a 5) y posterior (trampa 7). Las características que tomamos encuenta para hacer esta división son los componentes de onda. La formade onda de la región anterior comienza con una onda lenta cabeza nega-

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tiva (V1a). En esta región no se genera V2, por lo que después de V1 ocurreV3a-V4a. La región central comienza su actividad con V2c, y continúa conV3c−4c. Por último, en la cola se observa únicamente V3p-V4p. Por lo tanto,de acuerdo con resultados previos, las FEMs responsables de las cuatroondas descritas por Trujill0-Cenóz et al (1984), tienen sitios diferentes degeneración. V1 se genera únicamente en la región rostral del OE, V2 en laregión central, mientras que V3 y V4 en todo el OE.

La amplitud de V2 (figura 4.2 C) crece rostro-caudalmente hasta la tram-pa 5, disminuyendo su amplitud en la sexta porción del pez y no es gene-rada en la cola. Por otro lado, la amplitud de V3 y V4 (figura 4.2 D-E) crecede forma exponencial en sentido caudal. Se ha demostrado en investiga-ciones anteriores (Cox y Coates, 1945, Caputi et al, 1989, Pereira et al, 2007)que este crecimiento exponencial de la amplitud de V3 por región es fun-ción lineal del número de electrocitos de dicha región. En este estudio loconfirmamos para las especies acá estudiadas, los resultados anatómicosse muestran en la próxima sección. Los componentes de onda no fueronsincrónicamente activados, sino que sigue un orden de activación que pro-gresa rostro-caudalmente. En la figura 4.17 (página 68) se muestra el tiem-po de ocurrencia del pico de cada V3 regional con respecto al pico de V3 enel registro cabeza-cola (la suma de las FEMs regionales). Puede verse queexiste una diferencia de tiempo importante entre la región abdominal yla central, siendo en las tres trampas centrales donde se observa la mayorcoordinación. El retraso entre la región central y la caudal aumenta nueva-mente. Dado que V3a es el segundo componente de la región rostral y V2cp

es el primer componente en la región central y caudal, estos componentesde polaridad opuesta se superponen parcialmente, como puede verse en laregión sombreada, confirmando lo observado en los registros de camposlocales. En la figura 4.2 B se muestran los espectros de potencias de cadadescarga regional de G. n. sp. omari. Los espectros se normalizaron el valorRMS para facilitar la comparación entre trampas y especies. La forma delespectro de potencias es asimétrica con respecto a la banda de frecuenciacon mayor potencia (PPF, peak power frequency, ancho del bin, 24,41 Hz).Ésta presenta su valor máximo en las regiones centrales (media=1223.1 Hz;SD=105.1Hz), disminuyendo hacia la cola (media=407.1 Hz; SD=117.9 Hz)y hacia la región rostral (media=488.3Hz; SD=69.3Hz).

G. n. sp. itapua (figura 4.3) muestra los mismos tres patrones básicos queG. n. sp. omari, pero con una V4 más amplia en todas las regiones, además,presenta V5 en las regiones caudales. La amplitud relativa de V2 (figura4.3 C) tiene el mismo perfil que en G. n. sp. omari, llegando a su máximaamplitud en la trampa 5 y disminuyendo en la 6. Al igual que en G. n. sp.omari esta onda no se genera ni en la región abdominal ni en la cola. Las

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Figura 4.2: Patrón espacio-temporal de la DOE en la trampa de aire múltiple: G. n.sp. omari. A) La caída de voltaje de las diferentes regiones del cuerpo fue registrada ensimultáneo mientras el pez se mantenía en al aire. Cada porción corresponde a un sép-timo del pez, como se indica en el esquema a la izquierda. Los registros están alineadostemporalmente por V3 del registro cabeza-cola. B) Espectro de potencias de los registrosmostrados en A); ancho del bin 24.14 Hz. La línea punteada roja indica la banda de mayorpotencia (PPF) de la región más rostral. Puede observarse que la región más caudal tieneun PPF menor, probablemente debido al comportamiento no lineal de V4. C-E) Ampli-tud de los diferentes componentes de la DOE en función del sitio de origen (1 a 7, segúnesquema en A)). C) V2. D) V3. D) V4.

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Figura 4.3: Patrón espacio-temporal de la DOE en la trampa de aire múltiple: G. n. sp.itapua. A) Voltaje de las diferentes regiones del cuerpo del pez mantenido en el aire. Cadaporción corresponde a un séptimo del pez, como se indica en el esquema a la izquierda.Los registros están alineados temporalmente por V3 del registro cabeza-cola. B) Espectrode potencias de las formas de onda mostradas en A). En este caso, el menor PPF es en latrampa más rostral. C-E) Amplitud de los diferentes componentes de la DOE en funcióndel sitio de origen (1 a 7, según esquema en A). C) V2. D) V3. D) V4. N=12

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amplitudes V3 y V4 (figura 4.3 D-E) también siguen el mismo perfil de cre-cimiento exponencial visto en G. n. sp. omari, aunque la relación V4/V3 esdiferente (figura 4.16 F, página 66). En esta especie la relación es constante,con pendiente uno. La sincronización de V3 es también similar a G. n. sp.omari , con el mayor retraso entre la región abdominal y la central y la ma-yor sincronización en las trampas centrales (figura 4.17). Los espectros depotencia de esta especie, al igual que el espectro de la DOEht, están corri-dos hacia frecuencias mayores (figura 4.2 B), aunque en la región centralfue un poco menor (media=1031.5 Hz; SD=114.1Hz), y en la región caudalmayor a G. n. sp. omari(media=571.7 Hz; SD=127.3 Hz). En la región centralel PPF fue muy similar (media=541.2 Hz; SD=49.7 Hz). En ningún caso lapotencia de una banda de frecuencias llega al 3 % de la potencia total.

G. n. sp. mamacha. La región abdominal conserva los componentes deforma de onda descritos para las especies anteriores (V1-V3-V4, figura 4.4A). La región central es similar excepto por el componente positivo alinicio de la onda, que se corresponde con la actividad registrada en laDOEht (V1cp). A pesar de la distancia al núcleo de relevo, este componentese activa junto con V1a. Como veremos, ocurre de forma similar en G. ca-rapo y en G. coropinae. El sincronismo de V3 es similar al descrito para G.n. sp. omari y G. n. sp. itapua 4.17. Recuérdese que estos peces miden en-tre 30 y 40 cm (media=34.3 cm; SD=3.4 cm), el doble que G. n. sp. omariy G. n. sp. itapua, por lo que la distancia entre las regiones equivalenteses mayor. Es necesario hacer estudios más detallados para determinar siesta mayor sincronización se debe a efectos de escala (el diámetro de losaxones aumenta, aumentando la velocidad, pero las EMN disminuyen suexcitabilidad) o si esta especie desarrolló mecanismos extra para aumentarel sincronismo. V2, V3 y V4 mantienen el mismo perfil de crecimiento de lasamplitudes (figura 4.4 C-F).

Las FEMs regionales de G. carapo reflejan el aumento en la velocidadde las ondas observada en los registros en el agua (figura 4.5 A). El PPFde las diferentes regiones es considerablemente mayor que en las especiesanteriores, llegando a 1878 Hz en la región central (figura 4.5 B). Las am-plitudes regionales de V2 mantienen el perfil básico visto en las especiesanteriores, al igual que las amplitudes de V3 y V4. Esta especie tambiénpresenta un componente positivo alrededor del 75 % de la longitud delpez. En la figura 4.5 puede verse las amplitudes de las diferentes ondas enlas diferentes trampas. V2 crece desde la trampa 2 hasta la trampa 5, dis-minuyendo su amplitud nuevamente en la 6. V3 y V4 por otro lado crecende forma exponencial hacia las regiones caudales. El patrón de activaciónde V3 es similar a las especies anteriores. Es de destacar que esta espe-cie muestra actividad simultánea de generadores opuestos, sobre todo al

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Figura 4.4: Patrón espacio-temporal de la DOE en la trampa de aire múltiple: G. n.sp. mamacha. A)Voltaje de las diferentes regiones del cuerpo fue registrada en simultáneomientras el pez se mantenía en al aire. Los registros están alineados temporalmente porV3 del registro cabeza-cola. B) Espectro de potencias de los registros en A) normalizadospor el RMS. La barra vertical corresponde al 1 % de la potencia total normalizada. Anchodel bin: 24.14 Hz. El menor PPF regional ocurre en la región más rostral, y el mayor en laregión más central. C-F) Amplitud de los diferentes componentes de la DOE en funcióndel sitio de origen (1 a 7, según esquema en A). C) V2. D) V3. E) V4. F) V5. N=8

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Figura 4.5: Patrón espacio-temporal de la DOE en la trampa de aire múltiple: G. cara-po. A) Voltajes de las diferentes regiones del cuerpo registrados en simultáneo mientrasel pez se mantenía en al aire. Cada porción corresponde a un octavo del pez, exceptola primer región que ocupa dos octavos, como se indica en el esquema a la izquierda.Los registros están alineados temporalmente por V3 del registro cabeza-cola. B) Espectrode potencias de las formas de onda mostradas en A). Los espectros están normalizadospor el valor RMS, la barra vertical corresponde al 1 % de la potencia total normalizada.Nótese que en esta especie el eje de las abscisas llega hasta 5kHZ. C-F) Amplitud de losdiferentes componentes de la DOE en función del sitio de origen (1 a 8, según esquemaen A)). C) V2. D) V3. E) V4. F) V5. N=5

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inicio de la onda. V1a y V1cp se activan casi sincrónicamente, seguidas ca-da una de V3a y V2c. Estos dos pares de onda tienen polaridad opuesta,generando corrientes en sentido opuesto.

G. coropinae (figura 4.6) presenta una V1 de inusual duración y de bajaamplitud relativa. La V3 de esta región es también considerablemente len-ta, mientras que en las regiones más caudales las ondas son de muy cortaduración. En el espectro de potencias se observa que la región abdominaltiene dos picos, uno de 0.4 KHz (menor que el de G. n. sp. omari) y otro en1.1 Khz (menor que el pico de la región equivalente de G. carapo), mientrasque las otras regiones tienen su espectros de potencias muy corridos haciafrecuencias altas (PPF región central =2.7 KHz). La amplitud de los picospor región tiene el mismo perfil que las especies estudiadas anteriormen-te. Esta especie también presenta V1cp, aunque de menor amplitud relativaque en G. carapo y G. n. sp. mamacha. Al igual que en todas las especies, V3

muestra su máximo retraso en la transición entre la región rostral y la cen-tral y la mayor sincronicidad en las trampas centrales. La superposición deondas con polaridad opuesta es aún mas marcada que en G. carapo. En elregistro cabeza cola no se observa V2, ya que este componente se encuen-tra superpuesto con V3a y V1cp, teniendo estos últimos mayor FEM. Puedeobservarse en las trampas finales que cuando V3 llega a su máximo, en latrampa anterior ya finalizó o incluso comenzó V4.

G. pantanal. Confirmamos la ausencia de V1a (figura 4.7 A). Los demáscomponentes no muestran diferencias con el resto de las especies. V2 co-mienza en la segunda trampa, y crece hasta la sexta, no ocurriendo en lapunta de la cola (figura 4.7 C); V3 y V4 (figura 4.7 D y E) crecen exponencial-mente en sentido rostro-caudal. Los espectros de potencia de esta especieson los que presentan menor PPF, cercano a cero en la primer y segundatrampa debido a monofasidad de la descarga local.

Para comprobar que los componentes considerados como homólogoslo son realmente, registramos dos especimenes de G. n. sp. omari y dos deG. n. sp. itapua antes y después de administrarle curare (figura 4.8). Puedeobservarse el efecto del curare es el mismo en ambas especies. El efectosobre los componentes observados en la región abdominal (figura 4.8 A,V1 y V3) es diferente. V3, que es la expresión de un conjunto de potencia-les de acción permanece con una actividad débil, que corresponde a lospotenciales sinápticos de las caras caudales. V1 también se ve afectado, pe-ro en menor grado, ya que V1 es generado por potenciales sinápticos, porlo que su amplitud se ve menos afectada. En la región central (figura 4.8B) existen tres componentes con diferentes orígenes: V2 y V3 tienen origenneural y V4 es generada por mecanismos periféricos. Esto fue confirmadopara G. n. sp. itapua, ya que la V4 desaparece completamente cuando dis-

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Figura 4.6: Patrón espacio-temporal de la DOE en la trampa de aire múlti-ple:G.coropinae. A) Voltajes de las diferentes regiones del cuerpo registrados en simul-táneo mientras el pez se mantenía en al aire. Cada porción corresponde a un séptimo delpez, excepto la primer región que ocupa dos séptimos, como se indica en el esquema a laizquierda. Los registros están alineados temporalmente por V3 del registro cabeza-cola.B) Espectro de potencias de las formas de onda mostradas en A). Los espectros estánnormalizados por el valor RMS, la barra vertical corresponde al 1 % de la potencia totalnormalizada. En esta especie el eje de las abscisas llega hasta 6kHZ. C-F) Amplitud de losdiferentes componentes de la DOE en función del sitio de origen (1 a 6, según esquemaen A)). C) V2. D) V3. E) V4. F) V5. N=9

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Figura 4.7: Patrón espacio-temporal de la DOE en la trampa de aire múltiple: G. pan-tanal. A) Voltajes de las diferentes regiones del cuerpo registrados en simultáneo mien-tras el pez se mantenía en al aire. Cada porción corresponde a un séptimo del pez. Losregistros están alineados temporalmente por V3 del registro cabeza-cola. B) Espectro depotencias de las formas de onda mostradas en A). Los espectros están normalizados porel valor RMS, la barra vertical corresponde al 1 % de la potencia total normalizada. C-E)Amplitud de los diferentes componentes de la DOE en función del sitio de origen (1 a 7,según esquema en A)). C) V2. D) V3. E) V4. N=1

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Figura 4.8: Efecto del curare sobre la DOE registrada en el aire. A) La forma de ondade la región anterior compuesta por V1 y V3 con el pez intacto (arriba) en ambas especies.La actividad remanente luego de la curarización parcial (abajo) muestra que el efecto esdiferente para V1 y V3 y que es igual en ambas especies. B) La región central muestratres componentes en el pez intacto (arriba): V2-V3 y V4. El curare suprime V4 en las dosespecies y disminuye la amplitud de V2 y V3, perdurando un remanente de la actividadsináptica de V2 y V3. C) La cola muestra dos componentes en el pez intacto (arriba): V3 yV4. La curarización, al igual que en la región central, suprime completamente a V4, obser-vándose únicamente un componente positivo correspondiente la actividad sináptica delas caras caudales. Trazos azules: G. n. sp. omari, trazos rojos: G. n. sp. Itapua.

minuye V3. V2 y V3 mantienen una actividad remanente correspondiente alos potenciales sinápticos. En la región caudal, puede observarse que G. n.sp. itapua tiene tres componentes (V3, V4 y V5). V5 es el primer componenteen desaparecer a medida que hace efecto el curare, confirmando su origenperiférico. V4 y V3 en esta región responden de la misma manera que en laregión central (figura 4.8 C).

4.3.2. Trampa de aire simple y con diodos

Trampa simple

El registro de la DOE de G. n. sp. omari en el aire es cualitativamentesimilar a la registrada en el agua, con sus tres picos característicos (figura4.9). En el el aire, conectada a una resistencia de carga la DOE varía su for-ma cuando variamos esta resistencia; en la figura 4.9A se muestran esasdiferencias: en azul se muestra el registro en corto circuito y en rojo con

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una resistencia de casi 2MΩ (las pendientes de las rectas que pasan porel origen en la figura 4.9 B indican la resistencia de carga en cada caso).V2 y V3 son activadas sinápticamente, por lo que, como esperábamos, larelación entre corriente y voltaje de estos dos componentes es lineal (fi-gura 4.9 B, círculos blancos y figura 4.9 C respectivamente). V3 presentauna FEM media de 2,8 (SD=0,7), mientras que V2 fue diez veces menor(media=0,21; SD=0,04); la resistencia interna fue similar en ambos picos(35,3kΩ y 32, 3kΩ; SD=7,7kΩ y 10, 7kΩ respectivamente). V4 se apartó de lalinealidad para valores de corriente bajos en la mayoría de los peces. Se-gún la ecuación 1 esto indica que la FEM4 y/o la Rinp4 de G. n. sp. omariestán variando a medida que cambiamos la RC. Por estudios hechos ante-riormente (Rodríguez-Cattáneo, tesis de grado, 2007) sabemos que lo quevaría en G. n. sp. omari es la FEM4 y lo confirmamos en este estudio. EstaFEM4 puede disminuir por dos motivos, por un lado, el número de elec-trocitos excitados disminuye (aunque podría explicarse si cada electrocitogenera una V4 más débil). Por otro lado, comparando las formas de ondade este componente a diferentes resistencias de carga (figura 4.9 A), puedeobservarse que al aumentar la resistencia de carga, V4 no sólo disminuyela amplitud, sino que se hace más duradera. Esto sugiere que la poblaciónde electrocitos se desincroniza. Para determinar si en realidad no ocurríasolamente el fenómeno de desincronización, medimos el valor RMS de V4

de las DOEs normalizadas por V3 y encontramos que el RMS disminuyeal aumentar la resistencia, a pesar de que aumenta la duración de la DOE,por lo que si bien se desincronizan, también disminuye la corriente totalgenerada y probablemente el número de electrocitos activos. Otro punto aresaltar es la aparición de ondas extra numerarias en G. n. sp. omari (figu-ra 4.9 A) a valores de corriente bajos. Estas ondas extranumerarias fueronmás frecuentes a finales de octubre y aún más en diciembre. En ocasio-nes se produjeron oscilaciones que duraban hasta la siguiente descarga.Son de alta frecuencia y se parecen a un chirp, con la diferencia que songeneradas por mecanismos periféricos y ocurren en la punta de la cola,mientras que los chirps son controlados por el núcleo electromotor bul-bar. La aparición de ondas extranumerarias implica una disminución en laexcitabilidad electrocítica.

La forma de onda de G. n. sp. itapua sin embargo, no es mayormen-te afectada (figura 4.9 D). Al comparar las DOEs a diferentes resistenciasde carga puede verse que hay un pequeño cambio en V4, pero menor alvisto en G. n. sp. omari. Esto se refleja en la relación de corriente y vol-taje, ya que tanto V2 y V3 como V4 tienen una relación lineal (figura 4.9E), siendo la FEM4 (media=2,8; SD=0,26, n=8) mayor que la FEM3 (me-dia=2,4; SD=0,34; n=8) y la Rinp menor durante V4 que durante V3 (58, 2kΩ

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Figura 4.9: Registro en trampa simple de G. n. sp. omari y G. n. sp. itapua: A y D)Forma de onda normalizada por V3 registrada en el aire a dos resistencias de carga dife-rente (el valor de la resistencia es la pendiente de la recta en B y E). En rojo es con altaresistencia de carga y en negro con baja resistencia de carga. G. n. sp. omari cambia drásti-camente la amplitud y duración de V4, mientras que G. n. sp. itapua ve afectada solamentela amplitud. B, C), E), y F) Curva I-V de los diferentes picos que componen la DOE. B yE) V3 y V4. C y F) V2. El punto de corte en las ordenadas indica la FEM del componente,mientras que el opuesto de la pendiente es la resistencia interna del cuerpo del pez.

y 44, 2kΩ). V5 si muestra un comportamiento no lineal (no mostrado, lascurvas son similares a la mostrada más adelante para G. n. sp. mamacha).Según los resultados anatómicos y la correlación encontrada entre V3 y V4

con la técnica de trampa múltiple (figura 4.16 B) en esta especie, V4 se de-bería a un mecanismo de invasión, sin embargo eso no es tan evidente enestos experimentos.

Estos registros fueron hechos en el pez entero, para explorar mejor lasdiferencias en la generación de V4 entre estas dos especies realizamos losexperimentos con diodos, con los electrodos colocados en la punta de lacola, donde se manifiesta mejor la dependencia de V4 sobre I3 (ver Trampasimple con diodos).

G. n. sp. mamacha y G. carapo: V2, V3 y V4 responden de manera lineal(G. n. sp. mamacha: figura 4.10 B-C; G. carapo: figura 4.11 B-C). La FEM3

media fue =1.63 y 1,15 y la FEM4 fue 1,87 y 1,30, respectivamente (n=2 (G.

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Figura 4.10: Registro entrampa simple de G. n.sp. mamacha: A) Forma deonda normalizada por V3

registrada en el aire a dosresistencias de carga dife-rente (el valor de la resis-tencia es la pendiente dela recta en B). B), C) yD) Curva I-V de los di-ferentes picos que compo-nen la DOE. B) V3 y V4.C) V2. D) V5. Los compo-nentes generados periféri-camente (V4 y V5) se apar-tan de la linealidad.

Figura 4.11: Registro entrampa simple de G. cara-po: A) Forma de onda nor-malizada por V3 registra-da en el aire a dos resisten-cias de carga diferente. B),C) y D) Curva I-V de losdiferentes picos que com-ponen la DOE. B) V3 y V4.C) V2. D) V5. Los compo-nentes generados periféri-camente (V4 y V5) se apar-tan de la linealidad.

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n. sp. mamacha) y n=5 (G. carapo)). A pesar de que V4 responde de maneralineal, en ambas especies la forma del componente V4 cambia con la carga(figuras 4.10 A y 4.11 A). Al igual que en G. n. sp. itapua, V4 disminuye suamplitud pero no su duración. Las Rinp fueron diferentes en ambas espe-cies debido a la gran diferencia de tamaños (menor en G. n. sp. mamacha).En ambas especies las Rinp durante V2 y V3 fue similar y durante V4 bajóconsiderablemente. V5 no es lineal en ninguna de las dos especies (figuras4.10 D y 4.11 D), aunque no muestra una influencia tan marcada como enG. coropinae (figura 4.12 D).

G. coropinae. La forma de onda de G. coropinae registrada en el aire (fi-gura 4.12) es considerablemente diferente a la registrada en el agua conelectrodos lejanos, seguramente debido al mismo efecto descrito al regis-trar la DOEht a diferentes distancias. El principal cambio se ve al iniciode la descarga, donde V3a cubre casi completamente a V2cp. La actividadde este componente se visualiza porque V3a y V3cp no forman una úni-ca onda como sucede en la DOEht cercana. Estudiamos la FEM de es-te componente en el pico de sus sumas y lo llamamos V3a-V2c, porquesi bien la FEM del componente positivo es mayor, no debemos olvidarque es la suma de los dos. Este componente, al igual que V3cp y V4cp secomportan de manera lineal (FEM2=0.025V, SD=2.1x10-4V). La excepciónes V5, la cual se ve claramente no lineal, apoyando la hipótesis de quees generada por mecanismos periféricos. La FEM4 es mayor a la FEM3

(media=0.14V, SD=7x10-4V y 0.22V, SD=1x10-3V respectivamente) en to-dos los casos, y la resistencia interna es mayor para V3a-V2cp que paraV3cp y V4cp (Rinp2 = 91,4kΩ, σ = 14,2kΩ; Rinp2 = 75,9kΩ, σ = 8,8kΩ,Rinp2 = 76,2kΩ, σ = 7,1KkΩ). En esta especie no realizamos los experi-mentos con diodos, pero dada la respuesta de V4 en la trampa simple esprobable que su FEM no cambie con la carga. La forma de onda de V4

también cambia, pero considerablemente menos que en las especies ante-riores.

Trampa simple con diodos

Con esta técnica dejamos fija la corriente que circula durante V3, va-riando la resistencia que carga V4. De esta manera si I3 es fija, entonces laFEM4 también, por lo que la relación I4/V4 se volverá lineal. Tomamossolamente los dos cm. finales del pez ya que es donde reside la mayorFEM de ambas ondas y donde el pez tiene menos tejido (más resistenciade carga), por lo que se notarán mejor los efectos de la carga externa.

En la figura 4.13 A-B se muestra las curvas I/V para cuatro valores di-ferentes de I3 (es decir cuatro FEM4 diferentes) para G. n. sp. omari y G. n.

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Figura 4.12: Registro entrampa simple de G. coro-pinae: A) Forma de ondanormalizada por V3 regis-trada en el aire a dos resis-tencias de carga diferente.B, C) y D Curva I-V de losdiferentes picos que com-ponen la DOE. B) V3 y V4.C) V2. D) V5. V5 es el únicocomponente que se apartade la linealidad, y de for-ma más marcada que enlas especies anteriores.

sp. itapua, respectivamente. Como puede apreciarse claramente, la FEM4

cambia de manera importante con I3 en G. n. sp. omari. La figura muestratambién que la Rinp se mantiene constante (las rectas son paralelas), por loque el único factor que influye en la no linealidad de V4 es I3. Como erade esperarse, en G. n. sp. itapua el cambio en la FEM4 es imperceptible,ya que las rectas están superpuestas (misma FEM4 y Rinp4 para todos losvalores de I3). Esto indica que las corrientes externas al pez no ejercen ma-yor influencia sobre la FEM4 en esta especie. Esto puede apreciarse en lafigura 4.13 C, donde se muestra la relación entre las FEM4 halladas y lasI3 correspondientes para ambas especies para más valores de I3. La FEM4

de G. n. sp. itapua se muestra constante en el rango explorado, mientrasque G. n. sp. omari crece hasta casi el doble. Si bien en el ejemplo mostradoen la figura el rango de I3 explorado para G. n. sp. omari es mayor, el ma-yor crecimiento de esta especie se da en el rango explorado para G. n. sp.itapua, la cual se muestra constante.

En la figura 4.14 se muestran los valores normalizados para varios pe-ces de ambas especies. La normalización es debido a que existen diferen-cias de FEM4 y de I3 entre los diferentes peces. También pueden variaren un mismo pez de un experimento a otro debido a variaciones en laposición de los electrodos. El valor mínimo de FEM4 normalizado es unindicador de cuánto afecta la I3 que circula externamente en la FEM4 má-

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Figura 4.13: Trampa de aire con diodos. Registros realizados con el pez en el aire va-riando la resistencia de V4, mientras que I3 se mantiene constante. A) Relación I4-V4 paradiferentes valores de I3 en G. n. sp. omari. V4 se vuelve lineal si I3 es fija. La FEM varíacon el valor de I3. B) Mismo experimento realizado en G. n. sp. itapua. En esta especie V4

era lineal en la trampa de aire simple (figura 4.9) y lo es también con esta metodología.Además, la FEM4 se mantiene constante para los diferentes valores de I3. C) Se muestrala FEM4 como función de I3. En G. n. sp. omari la FEM4 crece claramente, mientras queG. n. sp. itapua se mantiene constante.

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Figura 4.14: Relación FEM4

Vs I3 para la población de G. n.sp. omari y G. n. sp. itapua. Lossímbolos negros correspondena G. n. sp. omari y los blancosa G. n. sp. itapua; a su vez cadasímbolo indica un pez diferen-te. Los valores de I3 y FEM4 decada pez fueron normalizadospor el máximo. G. n. sp. oma-ri muestra gran variabilidad enla dependencia de FEM4 sobreI3, mientras que en G. n. sp. ita-pua la FEM4 se mantiene casiconstante para diferentes valo-res de I3 en toda la población.G. n. sp. omari N=10; G. n. sp. ita-pua: N=6.

xima del pez en esa región determinada, independientemente de cual seael valor absoluto en cada caso. A este valor le llamamos índice de autoexci-tabilidad, que nos indica cual es la FEM4 debida a las corrientes internas.

G. n. sp. itapua mostró un índice de auto excitabilidad promedio de 0.95,(SD=0.03, N=10), mientras que una población de G. n. sp. omari capturadaen la misma estación fue de 0.7 (SD=0.29) Esta diferencia puede verse enla figura 4.13, donde se observa que la autoexcitabilidad de G. n. sp. omaries mucho más variable que G. n. sp. itapua, cuya población se encuentraconcentrada al tope de la gráfica, con un solo individuo por debajo 0,9.

Dado que la amplitud de V4 ha sido relacionada con el comportamientoreproductivo en diferentes especies de Gymnotus spp, repetimos los expe-rimentos en poblaciones de G. n. sp. omari capturadas en diferentes épocasdel año. La población de invierno fue capturada en otoño y mantenida encautiverio hasta agosto, cuando se realizaron los experimentos. Los resul-tados fueron muy similares y los test estadísticos dieron negativos paradiferencias significativas en el índice de autoexcitabilidad entre las dife-rentes poblaciones (Kruskal-Wallis: H0, p<0.05 ). En la población de di-ciembre los peces que presentaban los seudochirps fueron los que tuvieronel menor índice de auto excitabilidad.

G. carapo y G. n. sp. mamacha. Realizamos experimentos solamente endos especimenes de cada especie y ambas especies mostraron respuestassimilares a la observada en G. n. sp. itapua, es decir, la FEM4 se mantuvoconstante para las diferentes resistencias de carga.

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4.4. Discusión

4.4.1. Sobre el método de la trampa múltiple

Esta técnica se basa en el supuesto de que las FEMs están alineadas conel eje longitudinal del pez, como ocurre en G. n. sp. omari. Esta direcciónestá determinada por la orientación de las caras excitables de los electro-citos, por lo que en el próximo capítulo mostramos los resultados de losestudios anatómicos sobre el patrón de inervación y arreglo electrocítico.Como veremos, G. coropinae no los cumple totalmente, ya que en la regiónabdominal posee sinapsis neuroelectrocíticas en las caras mediales y deforma parcial en las ventrales. El órgano cefálico, por otro lado, tiene elec-trocitos con forma completamente diferente, cuyas sinapsis ocupan unagran parte de su superficie, sin una dirección determinada.

Por otro lado, la amplitud de la FEM de los componentes periférica-mente generados (V4 y V5) puede verse afectado. Como vimos con el mé-todo de la trampa simple, este efecto es importante en G. n. sp. omari, elcual disminuye la amplitud y la sincronización de la descarga de las ca-ras rostrales (responsables de V4), afectando la estimación del tiempo deocurrencia del pico máximo de dicha onda. Este componente no se ve ma-yormente afectado en el resto de las especies, pero sí se ve afectada V5, lacual también muestra dependencia de la carga con el método de trampasimple.

Otro supuesto de este método es que en el aire no hay circulación decorrientes. Sin embargo, encontramos que en la región del abdomen la for-ma de onda es diferente si los electrodos están en contacto con la regiónventral o con la región dorsal. En la figura 4.15 A se muestran los resul-tados de las dos trampas más rostrales de G. carapo en las dos posicionescitadas. Cuando se registra ventralmente, la segunda trampa muestra uncomponente positivo al inicio, que no se ve en los registros dorsales. Es-te componente seguramente no sea generado localmente, sino que sea elresultado de las corrientes generadas en la trampa más rostral, ya que enla zona subrayada con negro, parecen imágenes especulares. En la figura4.15 B se muestra la correlación durante el inicio de la onda (subrayadoen negro en A), la cual se muestra lineal. Luego de pasado ese momentoinicial se activan los componentes locales de la trampa 2, perdiendo co-rrelación. La prueba de que este componente es un artefacto de la técnicason los registros locales en al agua, donde este componente no se observa.Este efecto no lo estudiamos en detalle, pero probablemente esté asocia-do a la presencia de la cavidad abdominal, la cual crea un camino para lacirculación de corrientes a su alrededor. La amplitud de V3 fue cuatro ve-

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Figura 4.15: Trampa de aire ros-tral de G. carapo A) Registros reali-zados en las mismas condiciones queen la figura 4.5, pero se muestransolamente las dos trampas rostrales.Arriba: los electrodos fueron coloca-dos en contacto con el dorso. Aba-jo: los electrodos están en contactocon la región ventral. Puede obser-varse que la trampa 2 cambia su for-ma de manera importante y que am-bas trampas ven afectada su ampli-tud. B) Gráfico (en valores absolutos)del inicio de la trampa 2 ventral enfunción de la trampa 1 ventral. Estágraficada únicamente la región pin-tada de negro en A (abajo).

ces mayor en el registro ventral que en el dorsal, pero en las subsiguientestrampas, donde no existe cavidad, las diferencias son mínimas y se debena diferencias en la posición de los electrodos (no mostrado). Este efectofue particularmente importante en G. carapo y G. coropinae, pero tambiénfue visto en G. n. sp. omari, cuya descarga está muy estudiada y no po-see un componente positivo sincrónico con V1a. Por lo tanto, esta es unalimitación de la técnica que restringe el grano con que pueden ser estu-diadas las FEMs regionales en las regiones rostrales y por otro lado resaltala importancia del estudio con diferentes técnicas complementarias. Por elconocimiento que se tiene de G. n. sp. omari, podemos afirmar que si toma-mos una región abdominal del doble de longitudinal (2/7 de la longitudtotal) el registro es fiel a la descarga de esa región, aunque con la conse-cuente disminución del grano en dicha zona. En G. carapo y G. coropinaesumamos los registros de las dos primeras regiones, mientras que en lasrestantes especies los electrodos de la región abdominal fueron colocadoslo suficientemente separados para evitar este efecto.

La velocidad de propagación de V3 en varias especies, en particular G.coropinae, no fue posible estimarlo con precisión, debido a restricciones delconversor análogo-digital. La frecuencia de muestreo utilizada de 25 KHz,es decir un intervalo entre muestras de 0.04 ms. En varios individuos (de

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las diferentes especies) la diferencia de ocurrencia del pico de V3 en regio-nes adyacentes (principalmente las centrales) fue cero ó 0.04 ms (la mínimadiferencia posible). Por lo tanto, podemos afirmar que en las regiones cen-trales la velocidad de propagación en G. n. sp. mamacha fue superior a 1250m/s (el largo de cada segmento fue de 5 cm) y en G. coropinae superior a500 m/s (largo del segmento: 2cm), pero cuánto más rápido, no.

4.4.2. Comparación de las amplitudes relativas de los dis-tintos componentes por región

La amplitud relativa de V3 y V4 crece exponencialmente al igual quela densidad de electrocitos (ver anatomía). La relación V4 vs V3 para lasdiferentes especies se muestra en la figura 4.16. Puede observarse que entodos los casos muestran una relación lineal, sugiriendo que en las cinconuevas especies estudiadas, el mecanismo de generación de V4 es el mismoque en G. n. sp. omari. La relación entre estos dos componentes no es lamisma en las diferentes especies. G. n. sp. omari muestra una pendienteigual a uno, pero la curva está desplazada hacia la derecha. Es decir, V4

comienza a aumentar solamente cuando V3 alcanza cierta amplitud (figura4.16 A). Esta es la única especie en que V4 se mantiene menor a V3 en todaslas trampas.

Las restantes cinco especies mantienen una relación lineal entre los doscomponentes en toda su extensión, sugiriendo un umbral de V4 menor alde G. n. sp. omari. Además, también en todas las especies restantes, la pen-diente es mayor a 1, por lo que V4 crece más que V3. Esto podría indicar queen las regiones rostrales no todas las caras rostrales son activadas, si bienno es visible un punto de quiebre en la pendiente. Otra explicación seríaque las caras caudales y rostrales son asimétricas, ya sea en área (no pare-ce por la anatomía, aunque podrían haber microplegamientos no visiblescon microscopio de luz) o en distribución de canales voltaje dependien-tes. Tal vez el área ocupada por las profusas sinapsis en las caras caudaleslimite el número de canales voltaje-dependientes, con la consecuente me-nor amplitud de los PA de estas caras. La explicación más plausible parael aumento de la amplitud de V4 con respecto a V3 y de V5 hacia las regio-nes caudales es el efecto poblacional, ya que la densidad de electrocitoscrece caudalmente. Estando los electrocitos muy cerca entre sí las corrien-tes generadas por un electrocito llegan con mayor amplitud a los vecinos,sumándose a las generadas por éste, aumentando la probabilidad de des-carga de los mismos. V2 no muestra diferencias entre las especies en lo querespecta a sitios de generación y perfil de amplitudes, crece en amplitud

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Figura 4.16: Correlación entre los dos picos principales. V4 registrado de seis trampas(la trampa 1 fue excluida) es graficada en función de V3 registrada en las mismas trampas.En G. n. sp. omari V3 es generalmente mayor a V4, mientras que en las restantes cincoespecies V4 es mayor a V3. Dado que el mecanismo de V4 más probable es la propagacióndel PA de V3 hacia la cara opuesta, cambios en la pendiente indican que la excitabilidadde los electrocitos es diferente para cada especie; la menor es la de G. n. sp. omari y lamayor es en G. coropinae. El número de peces de cada especie es el indicado en la figurade trampa múltiple.

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hasta la quinta trampa, disminuyendo en la sexta en todos los casos. Es-ta onda no es generada en la región rostral ni en la punta de la cola enninguna especie.

El sincronismo de los componentes homólogos de diferentes regiones(V3a, V3cp, V3p) y la secuencia de activación de los no homólogos (V2-V3, V3-V4), juegan un rol importante en la determinación de la forma de onda,principalmente de la cLDOE (DOEht), mientras que en la sLDOE impor-ta la secuencia de activación V1a-V3a y V3a-V4a. El prototipo de progresorostro-caudal de la activación de V3 es similar en todas las especies (fi-gura 4.17). La mayor sincronicidad ocurre en las tres regiones centrales yel mayor desfasaje ocurre entre la región más rostral y la siguiente. Estocoincide con lo descrito por Aguilera y Caputi (2001) en G. n. sp. omari. Porotro lado, según el modelo de G. n. sp. omari de Caputi y Budelli (1995), elpotencial generado en la región central es la que se propaga a mayores dis-tancias, por lo que la sincronicidad en esta región puede ser relevante en elpapel comunicativo de la DOEht. Es necesario tener en cuenta la duraciónde los componentes en cada especie. Cuanto menor es la duración de loscomponentes homólogos, mayor debe ser la sincronicidad entre regionespara una suma efectiva de las corrientes generadas. La duración de V3 esproporcional a la suma de las latencias V2-V3 y V3-V4, siendo G. coropinaela que tiene menor duración de V3, y sin embargo la velocidad de propa-gación promedio parece similar a las otras especies. En G. coropinae puedeverse claramente (figura 4.6) que cuando ocurre V3 en la trampa 6, en latrampa 4 ya está comenzada V4. Si sumamos los valores registrados de V3

en cada región, la amplitud (en G. coropinae) es un 30 % mayor al registra-do en el cabeza cola (V3 de la suma de las trampas). Este efecto es bastantemenos marcado en las otras especies. De todas formas, los componentesque dominan en la DOEht son los generados centralmente, mientras queen la FEM registrada en el aire lo son los componentes caudales, por lo queesta diferencia en la amplitud se debe a la falta de sincronización en las 2ó 3 regiones caudales.

Por último comparamos entre las diferentes especies el retraso entrelos picos de V2-V3 con la el retraso entre V3-V4 (figura 4.18). Las especies seagrupan en clusters bien definidos, mostrando una asociación entre estasdos secuencias, lo cual es llamativo ya que dependen de diferentes meca-nismos de activación (el retraso V2-V3 depende de mecanismos neuralesy V3-V4 de mecanismos periféricos). Si bien los retrasos no son idénticos,existe un aumento paralelo entre ambos. Esto contribuye a disminuir elrango del espectro de potencias.

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Figura 4.17: Tiempo de ocurrencia de V3 por región. Los tiempos fueron calculadosen función del tiempo de ocurrencia de V3 en el cabeza cola. La diferencia entre regionessucesivas es una medida del sincronismo en esa región. Todas las especies muestran elmayor sincronismo en la región central (con sombreado gris), y el menor en la regiónrostral. El eje horizontal indica el número de trampa, el desfasaje entre las especies espara una mejor visualización.

Figura 4.18: Correlación entre los intervalos generados neuralmente (V2-V3) y peri-féricamente (V3-V4). Los intervalos fueron medidos a partir de los registros de trampamúltiple. Se tomaron las trampas 2-7. Cada color corresponde a una especie.

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4.4.3. El método de trampa de aire simple y con diodos

Las FEM exploradas por este método no son las FEMs del OE sino queson las FEMs equivalentes del pez (o de la cola), pero son bastante apro-ximadas a la del OE (ver Cox et al, 1945). Permite, además de hallar laFEM, la cual también es posible estimar con el método de trampa múltipleo de aire sin carga, estimar la Rinp y si el comportamiento de los distintoscomponentes a diferentes cargas es lineal.

El análisis de la trampa de aire con diodos permite explorar algunascaracterísticas de V4, la cual es generada periféricamente. Los diodos degermanio utilizados tienen un punto de corte alrededor de 0.3 V. Este pun-to de corte fue prohibitivo para realizar los experimentos con diodos en G.coropinae, el cual tienen FEM4 en ese orden y FEM3 por debajo de esevalor. El análisis de las curvas FEM4 vs I3 nos permitió cuantificar es-te fenómeno y comparar su expresión en las distintas especies estudiadas.Encontramos dos perfiles básicos: a) el de bajo grado de dependencia, con-sistente en curvas relativamente planas; b) el de alto grado de dependen-cia, consistente en curvas crecientes con un incremento de hasta un 60 %de la FEM4 en G. n. sp. omari. El grado de dependencia de FEM4 sobre I3lo tomamos como una medida de la autoexcitabilidad del OE.

4.4.4. Fuerza electromotriz de los diferentes componentesde la DOE

El valor de las FEMs globales muestran que las dos especies tropicalestienen FEMs mucho menores que las especies templadas, aunque es nece-sario estudiar un mayor número de especies para generalizar este hallaz-go. G. carapo, con tamaños promedios mucho mayores que G. n. sp. omaritiene la mitad de FEM3 que esta especie. Dentro de las especies templa-das, según los estudios anatómicos sobre densidad relativa de electrocitosy dado el tamaño de G. n. sp. mamacha, esta especie tiene un mayor nú-mero de electrocitos por lo que debería tener mayor FEM3 que G. n. sp.omari y G. n. sp. itapua, sin embargo son similares. V2, el otro componenteestudiado con activación sináptica muestra una relación lineal entre co-rriente y voltaje. Según los datos anatómicos de G. carapo, el cual presentadoble inervación en el tubo 2, podría esperarse una mayor FEM2 o co-rriente máxima relativa a V3. Sin embargo, no se ve ninguno de estos dosefectos en esta especie. Es necesario hacer experimentos más exhaustivospara determinar la influencia de esta doble inervación en la DOE. La Rinp2

es similar a la Rinp3 en todas las especies, excepto en G. coropinae, donde esmayor. Recuérdese que en esta especie lo que hallamos fue la FEM equiva-

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lente de dos componentes simultáneos con polaridad opuesta (V3a y V2c).V4 muestra plasticidad en varias especies de Gymnotiformes, y es afecta-da por la temperatura y diferentes hormonas (Silva et al 2002; Caputi et al,1998; Markham y Stoddard, 2005), especialmente durante el período re-productivo. Su excitabilidad parece ser alta en todas las especies exceptoG. n. sp. omari donde muestra una alta variabilidad. El caso más llamativoes G. coropinae, cuya cola es extremadamente fina, y sin embargo V4 res-ponde normalmente. Incluso sin carga, la respuesta de esta onda apenasse ve afectada, en esta situación la respuesta de las caras rostrales se debeúnicamente a las corrientes que se cierran por el tejido no electrogénicoque rodea al OE.

4.4.5. Fuerzas electromotrices dependientes de la carga

Este procedimiento nos permitió caracterizar las propiedades de laFEM4,y comparar entre dos especies muy similares, cuya única diferencia a nivelde fisiología del OE parece ser la excitabilidad de V4. G. n. sp. itapua mos-tró una leve influencia de la carga, su índice de autoexcitabilidad prome-dio fue de 93 %, y la SD fue de 10 % (N=10). El indice de autoexcitabilidadpromedio de G. n. sp. omari fue de 70 % y la SD=30 % para la poblacióncapturada en la misma temporada del año (marzo). Por lo tanto, la FEM4

de G. n. sp. omari no sólo muestra una mayor dependencia de I3, sino quetambién es mucho más variable. Esta variabilidad se mantuvo en las cua-tro estaciones del año, no mostrando diferencias significativas entre ellas.El resto de las especies mostró un índice de auto excitabilidad superior a0.9, excepto un individuo de G. n. sp. itapua.

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Capítulo 5

Anatomía e inervación del tejidoelectrogénico

5.1. Introducción

Como dijimos en la introducción general, la anatomía del OE es un fac-tor determinante de la forma de onda y amplitud de las descargas regiona-les. De acuerdo a la ley de Pacini (Keynes et al., 1961) y a los antecedentesen G. n. sp. omari citados, en los electrocitos monoinervados, la cara iner-vada es la que descarga primero, y por lo tanto, su orientación (caudal orostral) determina la negatividad (caudal o rostral) del componente de on-da asociado. Como corolario, cuando los electrocitos son doble inervadosla secuencia de polaridades indica la secuencia de activación de las caraselectrocíticas.

Asimismo, la densidad de electrocitos está correlacionada con la am-plitud de la descarga regional (Caputi et al 1989). Por lo tanto, el análisismorfológico del OE correlacionado con la descarga registrada en trampamúltiple (capítulo anterior) permite sugerir el sustrato morfológico de ca-da uno de los componentes de onda.

La técnica elegida (Cajal y de Castro, 1933) prioriza la identificación de:a) patrón de inervación de los electrocitos; b) forma y densidad relativa delos electrocitos y c) número de tubos y su localización dentro del cuerpodel pez. Adicionalmente se muestra la reconstrucción 3D de parte del ÓEde G. coropinae realizada por ME Castelló y L. Iribarne

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5.2. Métodos

La anatomía de uno o dos animales de cada especie (con excepciónde G. pantanal) fue estudiada siguiendo el procedimiento de Cajal y DeCastro (Ramón y Cajal y De Castro, 1933). El procedimiento consiste endescalcificar y fijar las porciones de pez en una solución de ácido nítrico.Luego de una serie de lavados y pasaje por alcohol amoniacal, las mues-tras son impregnadas con plata (AgNO3, 1,5 %) durante siete días a 37 oC.Seguidamente son reducidos en formaldehído-hidroquinona y montadasen bloques de araldita para facilitar el corte en rodajas. Se extrajeron sie-te a diez piezas de cada pez. La pared abdominal que contiene el OE fueremovida como un todo, adherida a una superficie plana y cortada en sec-ciones horizontales. En el resto del cuerpo se seccionó en forma frontal yse analizaron trozos de 1 cm de largo representativos de la región central ycaudal. La organización e inervación de estas porciones fue analizada concortes frontales y parasagitales de 40µm.

5.3. Resultados

Como se menciona en la introducción, el OE de G. n. sp. omari puededividirse en tres regiones anatomo-funcionales de características distintas:la región abdominal, la central y la región caudal. Se diferencian por lamorfología, densidad y tamaño de los electrocitos y también por el patrónde inervación de los mismos.

El patrón básico de la organización del OE es el mismo para todas lasespecies estudiadas. Dicho patrón fue descrito para G. n. sp. omari en el ca-pítulo Antecedentes de la Introducción, por esta razón este capítulo se cen-tra en las similitudes y diferencias del patrón de inervación, forma, y den-sidad electrocítica por región. La excepción es G. coropinae el cual muestrauna porción de OE en la región cefálica. Estos resultados se exponen enuna sección aparte ya que merece especial atención. Como característicageneral observamos que, mientras la densidad electrocitica aumenta ensentido rostro caudal, el tamaño y la distancia inter electrocítica disminu-yen. Sin embargo no fue posible realizar un estudio cuantitativo compa-rado al respecto debido a la contracción del tejido inherente a la técnica.Dicha contracción es difícil de precisar y podría no ser igual en piezas dedistinto volúmen. Sí es posible afirmar que la densidad de electrocitos enla cola es hasta 10 veces superior que en el abdomen. Seguidamente com-pararemos la morfología e inervación electrocítica observada en las tresregiones consideradas.

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La región abdominal está compuesta por dos pares de tubos que corrende forma parasigatal en la pared abdominal. Los electrocitos de los tuboslaterales (tubos 1) reciben doble inervación en sus caras rostral y caudal. Elmaterial analizado nos permitió confirmar que esta característica se man-tiene en G. carapo y en G. n. sp. itapua, aunque en esta especie la forma delos electrocitos en el corte transversal es triangular. En el único ejemplarbien impregnado de G. n. sp. mamacha solo se obtuvieron muestras parcia-les que no permiten sacar conclusiones. Los electrocitos del tubo medialde G. coropinae tienen forma casi cónica, cuya base (orientada caudalmen-te) es quien recibe las terminales nerviosas. En esta especie los electrocitosde los tubos laterales son fusiformes, recibiendo una extensa inervaciónen la cara medial y los polos rostrales y caudales. En esta región los cor-tes transversales revelan la presencia de 2 gruesos nervios subperitonealesque seguramente corresponden a los nervios recurrentes descriptos en G.n. sp. omari como Nervios Electromotores Anteriores (AEN).

La región central se extiende desde el nacimiento de la aleta anal hastael 75 % de la longitud del pez y cuenta con cuatro tubos de cada lado dela linea media (figuras 5.1 y 5.2). En este segmento, el principal cambiode los electrocitos de los tubos 2, 3 y 4 es que se van haciendo progresi-vamente más pequeños. Los electrocitos del tubo 1, además de disminuirsu tamaño caudalmente, cambian su forma. En las regiones más rostralesde G. n. sp. itapua, G. n. sp. mamacha y G. carapo tienen mayor superficie desección frontal que los electrocitos de los otros tubos. Se extienden haciaafuera y hacia abajo rodeando al tubo 2, como muestra la foto de la figu-ra 5.2. Más caudalmente los electrocitos del tubo 1 son más aplanados enel eje dorso-ventral. En G. coropinae son fusiformes y se extienden lateral-mente algo más que los otros electrocitos, dándole al OE forma de T en lasección transversal (Castelló et al 2009). En todas las especies estudiadas,los electrocitos del tubo 1 mantienen la doble inervación, mientras que loselectrocitos de los otros tres tubos reciben solamente inervación caudal.La única excepción podría ser G. carapo, que en algunos cortes parasagi-tales parece tener doble inervación en los electrocitos del tubo 2 (figura5.2). Para confirmarlo es necesario hacer cortes seriados y descartar que elelectrocito que parece estar en el tubo 2, no es en realidad el electrocito deltubo 1 del lado opuesto debido a que el corte pudo tener cierta inclinación.En el caso de G. coropinae la inervación de ambos polos de los electrocitosfusiformes se extiende predominantemente hacia el centro del electrocitopor la cara ventral (Castelló et al, 2009).

La región de la cola, es decir el OE caudal al 75 % del cuerpo del pezes similar en todas las especies (figura 5.3). Ocupa una gran porción deltejido total aunque el área relativa en relación a la sección total del cuer-

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Figura 5.1: Región central del OE de G. n. sp. omari y G. n. sp. itapua. Se muestrancortes transversales y parasagitales impregnados con plata. A) Esquema de una seccióntransversal del OE de G. n. sp. omari mostrando cuatro tubos a cada lado. La línea verticalindica la posición del corte parasagital en B). B) Microfotografías de una sección parasagi-taldel OE de G. n. sp. omari, mostrando el patrón de inervación de los electrocitos. En estaregión el OE consiste de cuatro filas de electrocitos. Los ubicados en el tubo 1 (superior)son doble inervados. C) Esquema de una sección transversal del OE de G. n. sp. itapuamostrando cuatro tubos a cada lado. D) Microfotografías de una sección parasagital delOE de G. n. sp. itapua, mostrando el patrón de inervación de los electrocitos. Al igual queen G. n. sp. omari, en esta región el OE consiste de cuatro filas de electrocitos, los ubicadosen el tubo 1 doble inervados. Los números del 1 al 4 indican los respectivos tubos (tubo1, tubo 2, tub3 y tubo 4).

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Figura 5.2: Región central del OE de G. n. sp. mamacha y G. carapo. Se muestrancortes transversales y parasagitales impregnados con plata. A) Esquema de una seccióntransversal del OE de G. carapo mostrando cuatro tubos a cada lado. Los electrocitos deltubo 1 son de mayor tamaño que en los otros tubos. La línea vertical indica la posicióndel corte parasagital en B). B) Microfotografías de una sección parasagitaldel OE de G.carapo, mostrando el patrón de inervación de los electrocitos.C) Amplificación del elec-trocito del tubo 2, el cual presenta inervación en la cara rostral. En este corte no es posiblever inervación en las caras caudales, pero también posee. D) Esquema de una seccióntransversal del OE de G. n. sp. mamacha mostrando cuatro tubos a cada lado de la líneamedia. La línea vertical indica la posición del corte parasagital en E). E) Microfotografíasde una sección parasagitaldel OE de G. n. sp. mamacha. El OE consiste de cuatro filas deelectrocitos, los ubicados en el tubo 1 (superior) doble inervados en sus caras caudalesy rostrales. F) Amplificación del electrocito del tubo 1 mostrando los axones que hacencontacto en la cara rostral.

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po varía de especie a especie. Los electrocitos son de forma cuboide y/ocilíndricos cuya altura y diámetro es similar y característica de cada espe-cie. Salvo en G. coropinae donde la doble inervación del tubo 1 se extiendehasta cerca del extremo caudal (Castelló et al, 2009), en las otras especiestodos los electrocitos de esta región son mono inervados caudales. En estaregión los cortes transversales revelan la presencia de 2 gruesos nerviosque corren entre la columna dorsal y el OE, que seguramente correspon-den a los nervios antecurrentes descriptos en G. n. sp. omari como PEN. EnG. carapo y G. n. sp. mamacha el diámetro de dicho PEN es equivalente oaún mayor al diámetro de los tubos y se ramifica abundantemente en lalínea media entre los tubos.

La porcion cefálica del órgano eléctrico de G. coropinae muestra carac-terísticas que claramente diferencian a esta de las otras especies. Dichaporción cefálica fue analizada y reconstruida en 3D por MEC y por LIutilizando el software BIOVis3D (figura 5.5). Esta porción se ubica en laregión ventral-medial y ventral caudal de la cabeza, ventral al corazón yparcialmente encapsulado por los huesos cleitra y contiene 22 electrocitos(figura 5.4).

Tiene simetría bilateral, y se ordenan de forma rostro-caudal en dos co-lumnas (medial y lateral) que se dividen rostralmente en 4, dos dorsales y2 ventrales. La columna medial contiene 4 electrocitos, tres alineados (EM1-3) y el cuarto (EM4) debajo del EM1. El EM1 tiene forma alargada en eleje dorso-ventral y aplanado en el eje rostro-caudal. Está casi totalmenterodeado por el hueso cleithrum y sigue su dirección: el eje mayor va endirección lateral a medial y dorsal a ventral. Está inervado en la regióndorsal-caudal. EM-2 y EM-3 son aplanados en el eje latero-medial y elon-gados rostro-caudalmente y ventral-dorsal en menor grado. EM-2 es dobleinervado (las fibras llegan a los bordes rostral y caudal), mientras que elárea que recibe fibras de EM-3 es toda la región ventral, y parte las caraslaterales. ME-4 es cúbico y está inervado en la cara dorsal-caudal.

Cada columna lateral consiste de 7 electrocitos (LE-1 a 7) con formade bastón. Alargados en el eje medial-lateral y tiene dirección oblicua. Laregión rostral de esta columna tiene cuatro compartimentos, dos ventro-medial y dos dorso-lateral encerrando electrocitos inervados caudalmente(LE-1 a LE-4). El LE-1 y LE-2 (rostrales, ventral y dorsal respectivamente)son cilíndricos ysu parte medial termina debajo de la columna medial. Ca-da uno de los restantes tres compartimentos contiene un electrocito, cadauno más largo y lateral que el anterior (LE-5 a LE-7). LE-5 tiene inerva-ción caudal, mientras que LE-6 y LE-7 están inervados en gran parte de sumenbrana, quedando sin terminales sinápticas solamente la región rostral-medial.

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Figura 5.3: El OE en la región de la cola. A), B), C) y D) Microfotografías de una secciónparasagital (derecha) y una sección transversal (izquierda) del OE de: G. n. sp. omari, G.n. sp. itapua, G. n. sp. mamacha y G. carapo respectivamente. Los cortes están impregnadocon plata, mostrando el patrón de inervación de los electrocitos. A) Coincidente con ladescripción de Trujillo-Cenóz y Echagüe (1989), en esta región el OE consiste de cuatrofilas de electrocitos a cada lado de la línea media, inervados en sus caras caudales. B) C)y D) Estas especies también muestran, a cada lado, cuatro filas de electrocitos inervadosúnicamente en sus caras caudales. PEN (Nervio Electromotor Posterior)

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Figura 5.4: Esquema mostrando laubicación del OE de G. coropinae. A)Las flechas señalan la ubicación del OEcefalico o subopercular (flecha negra) yel cleitra (flecha gris) y el inicio del OEprincipal (flecha roja). El poro anal se en-cuentra entre ambos órganos (cabeza deflecha). La línea punteada muestra el si-tio de corte sobre el cual se hizo el esque-ma en B). B) Esquema de corte transver-sal pasando por el OE cefálico (en rojo).

5.4. Discusión

Los resultados expuestos muestran que la anatomía se encuentra rela-tivamanete conservada dentro del género. Las principales diferencias encuanto a estructura y patrón de inervación se encuentran en las especiestropicales. G. carapo posee doble inervación en el tubo 2, además del tubo1. Por otra lado G. coropinae tiene un OE claramente diferente del resto delas especies estudiadas: a) por la presencia de un órgano cefálico; b) porla morfología de los electrocitos del tubo 1 en toda su extensión; c) por lainervación de dichos electrocitos predominando en porciones ventrales desus extremos, d) por la extensión de la doble inervación a regiones máscaudales; e) la menor área de sección transversal del OE relativa al restode los tejidos.

Correlación anatomo-funcional. Comenzaremos por discutir la regiónde la cola por ser la más sencilla y la más conservada anatómicamente en-tre las especies. En esta región se observa la mayor densidad de electroci-tos, así como la mayor amplitud de los componentes de onda principales.

El patrón de inervación es simple concordantemente con la descarga delas trampas más caudales. Como regla general, en la región de la cola, conelectrocitos monoinervados caudales, la onda regional comienza con uncomponente positivo (V3) y es seguido por uno negativo (V4) y en algunoscasos V5 (positiva). De acuerdo con la ley de Pacini, la cara del electrocito

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Figura 5.5: Detalle de la organización y patrón de inervación del OE subopercular de G. coropinae Lacolumna medial derecha es mostrada desde un punto de vista frontal (A) y medial (B). C), D) y E) correspondea vistas ventral, frontal y caudal de la columna lateral derecha. En todos los casos se muestra el hueso cleithrum(flechas) y la aponeurosis, que se extiende entre dicho hueso y el opérculo, separando la cabeza del resto delcuerpo. Los perfiles plateados (estrellas) corresponden a regiones inervadas del electrocito. Cuatro electrocitosforman la columna medial, tres a lo largo del plano parasagital (electrocitos mediales 1, 2 y 3: ME-1, ME-2 yME-3, respectivamente) y un cuarto (ME-4), debajo de ME-3. ME-1 y ME-2. Estos electrocitos son elongadosen el eje rostro-caudal y ventral-dorsal y aplanados en el eje lateral-medial. ME-1 es inervado del lado ventralhasta los bordes de las caras lateral y medial, mientras que ME-2 es doble inervado (bordes rostral y caudal.ME-3, con forma de cinta, está rodeado por el cleithrum. Es inervado en la cara dorsal-caudal (B). ME-4 tieneforma cuboide y está inervado en la cara caudal-dorsal (A, B). La columna lateral se encuentra en un planocasi horizontal paralelo a la superficie de la piel, con su parte rostral encajado en la aponeurosis. Consiste desiete electrocitos con forma de cinta (C). Gran parte de LE-1 y LE-2 se encuentran dentro de la cabeza, LE-3 yLE-4 están parcialmente en amos lados y LE-5 a LE-7 son caudales a la aponeurosis (C). Los electrocitos LE-1a LE-4 son los más cortos, y se ubican perpendiculares a la línea media dentro de cuatro compartimientos (dosdorsales y dos ventrales, C y D) y están inervados sobre sus bordes caudales (C). LE-5, de largo intermedio,está inervado caudalmente (C). La región medial de LE-6 y LE-7 está en diagonal con respecto a la línea mediaestá inervado sobre el borde caudal y parte de la superficie ventral (C). La mitad lateral de estos electrocitosse curva hacia arriba y en esta región también recibe terminales electromotoras (D y E). Con modificaciones deCastelló et al (2009).

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que descarga se vuelve negativa y la primera cara en descargar es la iner-vada (excepto en Malapterurus electricus). Las caras caudales (inervadas)serían las primeras en excitarse, generando V3; las corrientes de V3 excita-rían las caras rostrales generando V4. V5 puede ser explicada por múltiplesmecanismos. Probablemente sea una respuesta electrocítica periférica detipo reverberante. Podría ser provocada por un nuevo salto de la excita-ción hacia una subpoblación de las caras caudales cuya excitabilidad estádisminuida por el período refractorio de la activación precedente (ya queno alcanza la amplitud de V3). La hipótesis alternativa, la presencia deuna segunda secuencia de activación parece menos probable si se tiene encuenta que la abolición de V4 causada por la curarización parcial en R. ros-tratus referida en la literatura y observada en este estudio en G. n. sp. itapuay G. n. sp. mamacha se acompaña de una abolición de V5.

Consistente con la hipótesis de que la polaridad de las ondas está de-terminada por la inervación electrocítica, las regiones centrales, que con-tienen los electrocitos doble inervados del tubo 1, comienza con una defle-xión cabeza negativa (V2), seguida de V3 y V4. Esto sugiere que la secuenciade activación es la misma que en G. n. sp. omari. La primera sinapsis que seactiva es la de las caras rostrales de los electrocitos del tubo 1, generandoV2, luego se activan sinápticamente las caras caudales de los cuatro tubos(V3), y termina con la excitación saltatoria de las caras rostrales nuevamen-te (V4). En algunas especies, al igual que en la región de la cola, esta ondaes seguida por V5. En G. carapo se observa doble inervación en algunoselectrocitos del tubo 2. Probablemente la inervación de las caras rostralesprovenga de ramificaciones de los nervios que llegan a las caras rostralesdel tubo 1, pero no lo pudimos comprobar. El efecto funcional que podríatener esta doble inervación sería un aumento de la amplitud de V2, peroen comparación con las otras especies no hay diferencias.

Las regiones abdominales son las más difíciles de obtener datos anató-micos claros. En G. carapo, G. n. sp. mamacha y G. n. sp. itapua, las imágenesparecen indicar que tienen dos tubos a cada lado y que el patrón de iner-vación es muy similar al descrito en G. n. sp. omari. La descarga del órganoeléctrico del abdomen de G. n. sp. itapua y G. n. sp. omari son indistinguiblesentre sí. G. coropinae muestra inervación en las caras mediales y ventrales.Es posible que estas sinapsis generen corrientes en sentido lateral y/o ver-tical. La inervación medial también fue observado en un electrocito de G.carapo.

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Parte IV

Discusión

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Capítulo 6

Discusión

La DOE tiene la particularidad de ser un patrón de conducta fijo quefunciona como una señal, en la cual la variabilidad asociada a la intensi-dad es suprimida para evitar ambigüedades (Morris, 1957). A su vez, lospatrones fijos de conducta muestran variabilidad entre especies y géne-ros, variabilidad que está estrictamente correlacionada con los caracteresmorfológicos (Lorenz, 1973). Esto los convierte en buenos modelos para elestudio del comportamiento desde los cuatro puntos de vista planteadospor Tinbergen (causalidad, función, ontogenia y evolución). De los cua-tro exploramos principalmente las diferencias en la fisiología o causalidaddel comportamiento, y las diferencias en los patrones de corrientes trans-cutáneas portadoras de señales para el propio sistema sensorial y para loscongéneres (relacionadas con la función).

Conociendo las diferencias, pero también las similitudes (o invarian-tes), es posible saber cuáles características de la DOE son relevantes y/onecesarias para cumplir su doble función.

6.0.1. Similitudes y diferencias en la anatomía e inervacióndel OE

Similitudes: la estructura básica del OE está muy conservada en todala familia Gymnotidae. En las especies acá estudiadas consiste en cuatrotubos abdominales y ocho tubos en las regiones central y caudal. La iner-vación electrocítica también es similar con pequeñas diferencias que des-tacamos más abajo: todos los electrocitos poseen inervación caudal; existeun tubo dorsolateral (tubo 1, Trujillo-Cenóz y Echagüe, 1989) en el cual seobservan electrocitos doble inervados por lo menos en los 3/4 rostrales delOE. Mientras que la inervación caudal genera el complejo V3-V4 ó V3-V4-V5,la inervación rostral es responsable de las ondas tempranas cabeza nega-

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tivas (V1 y V2) cuyo origen se solapa con las áreas de doble inervación. Lapresencia de la doble inervación aumenta el número de fases posibles.

La densidad de electrocitos aumenta en sentido rostro caudal llegandoa decuplicarse si se consideran los extremos del OE. Esto es coherente conel aumento de la FEM rostro-caudal de las dos ondas principales (V3 y V4).

Diferencias: Las diferencias ocurren principalmente en las regiones ab-dominal y central, como es el caso de G. coropinae, con un nuevo OE en laregión cefálica. Los electrocitos del tubo 1 de esta especie están tambiénbastante modificados, presentando una forma mucho más alargada en eleje principal. Su inervación es sensiblemente diferente al resto de las espe-cies, ya que presenta terminales en las caras medial y ventral. Esta especiegenera la sLDOE con el OE cefálico, por lo que no sabemos cuál es la con-tribución de la región abdominal a las diferentes funciones de la DOE. Lainervación ventral estaría generando un campo en sentido vertical, pero esnecesario estudiar el campo en esa dirección para confirmarlo y por otrolado complementar con experimentos comportamentales para saber comoes utilizado por el pez (ver perspectivas) La otra especie que posiblementetenga diferencias significativas es G. pantanal, la cual, según los datos dela DOEht, la sLDOE y la trampa múltiple necesariamente tiene que haberperdido la inervación rostral de los electrocitos abdominales. Lamentable-mente no pudimos confirmar esta hipótesis por haber obtenido un soloespécimen que luego de los registros fisiológicos fue utilizado para clasi-ficación taxonómica. En la región central hay dos excepciones al patróngeneral:

G. carapo muestra doble inervación en algunos electrocitos del tubo2. Esta doble inervación fue observada en pocos electrocitos y no pa-rece existir en la región abdominal. Además, esta especie tiene loselectrocitos del tubo 1 hasta diez veces más grande que los electro-citos de los tubos 2, 3 y 4. La implicancia directa que podría teneren la DOEht es una mayor amplitud de V2, aunque esto depende devarios factores, como la resistencia interna del OE, la relación OE ytejido no electrogénico, y la conductividad del agua. No encontra-mos nada especial en la relación V2/V3 de G. carapo en comparacióncon las otras, con ninguno de los métodos de registro utilizados.

G. coropinae muestra diferencias también en la forma de los electroci-tos del tubo 1 en esta región. Estos tienen forma fusiforme y son máslargos que los electrocitos de los otros tubos.

La región caudal es la que estructuralmente está más conservada, conun solo tipo de electrocitos (cúbico) mono-inervados caudalmente en to-

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das las especies, aunque G. coropinae muestra doble inervación en el tubo 1en regiones bastante caudales (cortes sagitales claros en la punta de la colano fueron posibles). Al igual que lo visto en la región central con respectoa la relación entre estructura y función, en esta región la forma de onda co-mienza con V3 (es decir, la actividad de la cara caudal, inervada), continúacon la propagación a la cara opuesta (V4) y en algunos casos una nuevaactividad de las caras caudales (V5). Este último componente es activadopor un nuevo salto de la excitación hacia las caras caudales y no por unanueva activación sináptica, que también podría explicarlo. Prueba de esoes la no linealidad de la relación corriente-voltaje y por otro lado, en G. n.sp. itapua este componente desaparece completamente con la curarizaciónparcial.

6.0.2. Similitudes y diferencias en los mecanismos de coor-dinación neural

La coordinación de la activación del OE tiene un patrón fijo que re-quiere dos tareas: sincronización de la activación de las caras homólogas ysecuenciación de la activación de las caras no homólogas.

Todas las especies tienen el mismo patrón trifásico regional V2-V3-V4,(cuatro de seis tienen V5) que se propaga rostro-caudalmente, indicandoel mismo plan general para todas las especies. En todos los casos V3−4 segenera en todos los segmentos del pez, V2 en los 5 segmentos centrales y V5

en las regiones caudales, aunque su manifestación hacia regiones rostralesvaría según la excitabilidad del OE. Esto se correlaciona, como vimos, conel patrón de inervación de las diferentes regiones.

Para estudiar la sincronización nos centramos en V3, que es el pico prin-cipal y ocurre en todo el OE.

La mayor desincronización en todas las especies ocurre entre la regiónmás rostral y la siguiente, y la mayor sincronización aparece en las regio-nes centrales. Esto sugiere que el esquema básico de control del sincronis-mo descripto para G. n. sp. omari se mantiene (Caputi y Aguilera, 1996).

La diversidad del sincronismo de los componentes homólogos debeconsiderase en conexión con la secuencia de activación de los no homólo-gos. No tendría sentido que las sinapsis responsables de V2 y V3 se activa-ran simultáneamente.

La duración de los intervalos entre los picos principales (V2, V3 y V4)tiene directa relación con la frecuencia de pico del espectro de potencias.Dichos intervalos dependen de mecanismos diferentes: el intervalo V2-V3

depende de la coordinación neural y el intervalo (V3 − V4) depende de la

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excitabilidad de las unidades efectoras. Si bien existe variabilidad entreindividuos de la misma especie en la duración de estos intervalos (figura4.18), los individuos pertenecientes a la misma especie se encuentran engrupos bien definidos. Además, a medida que aumenta el retraso debidoa un mecanismo, aumenta en el otro (figura 4.18). Si bien la relación no eslineal, puede observarse la covariación de ambos parámetros. En el casode G. n. sp. omari los puntos se alejan de la tendencia general. Esto se debea que el intervalo V3-V4 de la DOE registrada en la trampa múltiple estaaumentado dado que la excitabilidad del órgano depende de la carga; enlas otras especies esto ocurre en menor grado. Al coincidir los retrasosentre los sucesivos picos, se disminuye el ancho del espectro de potencias,disminuyendo la detectabilidad por otras especies con sentido eléctrico.

Por otro lado, la precisión del sincronismo de activación de las carashomólogas y su relación con el intervalo de activación entre caras no ho-mólogas, puede causar el solapamiento temporal de ondas de polaridadopuesta generadas en distintas regiones del pez. Este mecanismo alcanzasu máxima expresión en G. coropinae donde modula la forma de onda localy lejana de al menos dos maneras:a) V3a se genera bastante antes que V3cp e incluso antes que V2cp (están par-cialmente superpuestas). Este desfasaje en la activación de V3 está acompa-ñado de una mayor excitabilidad electrocítica y por tanto, menor duraciónde los componentes, evitando la suma temporal y espacial de los mismosEste componente (V3a), sumado a V1cp aparece en la DOEht como una nue-va onda, llegando a tener esta especie seis picos en este tipo de registro.b) La superposición en el tiempo de ondas con polaridad opuesta dismi-nuye la amplitud de los componentes en el campo lejano y en el aire. Estose ve claramente en la relación entre la amplitud de V3 y V4 en la sumatotal de las trampas y las amplitudes de cada trampa sumadas. Estos va-lores son diferentes ya que los picos no coinciden exactamente en todaslas regiones. Esta especie, si bien la sincronización parece ser similar alas otras especies, es la que tiene menor duración de V3 regional (comoindicador puede tomarse la suma del retraso V2-V3 y V3-V4 de la figura4.18). Nos queda la pregunta de porqué utiliza este método de reducciónde la amplitud en lugar de reducir el número de electrocitos, que seríamenos costoso energéticamente. Una respuesta posible es que esta especieprioriza la electroexploración activa y por medio del mecanismo de sumade opuestos oculta su descarga a posibles predadores. La suma de com-ponentes opuestos y ligeramente corridos en fase, desplaza a la derechael espectro de potencias y disminuye su amplitud global. De esta formamantiene un campo local razonable, y un campo lejano de baja intensidady relativamente encriptado.

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6.0.3. Diversidad en la excitabilidad del OE

Para estudiar la excitabilidad del OE tomamos como medida la capa-cidad de generación de V4 de la población de electrocitos. Medimos la res-puesta en dos condiciones diferentes, por un lado la respuesta de V4 porregión en la trampa múltiple (sin carga) y por otro lado estudiamos la res-puesta de todo el OE (y en algunos casos solamente la punta de cola) conla trampa simple y con diodos. Encontramos que nuestra especie patrónparece ser la excepción en cuanto a la baja excitabilidad de las caras ros-trales.

La relación V4 vs V3 de las diferentes regiones registradas con trampamúltiple, excepto G. n. sp. omari presentan una pendiente mayor a uno,es decir, V4 aumenta más de lo que aumenta V3. La amplitud de V4 en lasregiones caudales en G. n. sp. omari está afectada por el hecho de que estaespecie disminuye la amplitud de V4 en ausencia de carga.

En el resto de las especies V4 no solo crece más sino que se hace mayora V3. Dónde reside esta mayor amplitud de V4 no lo sabemos. Una posibi-lidad es que haya diferencias en la densidad de canales entre ambas carasde los electrocitos. Otra posibilidad sería que las caras rostrales tuvieranmayor superficie a expensas de plegado de membrana (invaginaciones oevaginaciones) aumentando así la relación entre las áreas. Los resultadosde microscopía de luz no muestran diferencias en este aspecto, aunque nose pueden descartar microinvaginaciones visibles solamente al microsco-pio electrónico.

La forma de onda registrada en la trampa de aire simple es diferentea la registrada en el agua. En el agua, la corriente sale del pez a través detodo el cuerpo, mientras que en la trampa de aire lo hará solamente entrelos extremos. Hay que destacar que no toda la corriente se cortocircuita através de la resistencia de carga, sino que parte de ella circulará a travésdel tejido no electrogénico que rodea el OE. Esto no es trivial, en particu-lar al analizar la respuesta de V4. Este tejido no electrogénico juega un rolimportante en la forma de onda, Caputi et al (1998) muestran que en laespecie B. pinnicaudatus, la relación de las ondas homólogas a V4 y V3 au-menta hasta un 270 % en hembras y hasta 220 % en machos. El factor quedetermina la diferencia entre machos y hembras parece ser el grosor de lacola, mucho menor en las hembras y más dependiente de la carga externa.En Pereira et al (2007) se analiza la FEM de G. n. sp. omari en diferentesetapas del desarrollo post-natal. En este estudio encuentran que el efectode la carga sobre V4 es mayor en peces más pequeños (y con cola más fina),aunque podría estar influyendo la madurez de los electrocitos.

La V4 de cuatro de las seis especies acá estudiadas (las que presentan V5)

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no se vio mayormente afectada por la carga. Esto fue particularmente lla-mativo en G. coropinae, que es la especie más pequeña y que tiene la puntade la cola más delgada, es decir con más resistencia de carga interna. Debi-do a esto, es probable que la corriente interna sea muy inferior al resto delas especies, sugiriendo una alta excitabilidad para los electrocitos de estaespecie. De hecho, la única especie que ve afectada la forma de onda de laDOE con la carga fue G. n. sp. omari, que no solo muestra tener menor au-toexcitabilidad, sino que la variabilidad fue mucho mayor que en las otrasespecies (aunque falta estudiar mayor número de peces de G. n. sp. mama-cha). No sabemos a que se debe esta variabilidad, un posible factor puedeser la variedad de tamaños en G. n. sp. omari, pero no encontramos rela-ción entre auto excitabilidad y tamaño y/o resistencia interna. Un puntoa resaltar es que Caputi, en su tesis de doctorado, comenta que algunos(pocos) individuos de la especie G. n. sp. omari se ven influenciados porla carga, mientras que en este estudio ocurrió lo contrario: algunos (po-cos) individuos no se ven influenciados por la carga. Los peces de ambostrabajos fueron colectados en el mismo lugar, con 20 años de diferencia,por lo que, o G. n. sp. omari está evolucionando rápidamente o hay algúnfactor en el agua que está afectando su respuesta electrocítica. La segundahipótesis es la más plausible, ya que la población humana ha crecido con-siderablemente en los alrededores de Laguna del Sauce en estos 20 años.Sería necesario repetir los experimentos con poblaciones de G. n. sp. omarimás alejadas de la civilización y ver sus índices de autoexcitabilidad.

Ahondamos en detalle en las diferencias en este aspecto entre G. n. sp.itapua y G. n. sp. omari, ya que estas especies, como ya dijimos, tienen for-ma de onda idéntica excepto por la amplitud de V4 y la presencia de V5. Laclasificación como dos especies diferentes se basa en estudios anatómicosy osteológicos y no toma en cuenta la DOE. Según este carácter (la DOE)es difícil determinar si esta diferencia es evolutiva o simplemente una acli-matación diferente de una población de la misma especie, aunque dos G. n.sp. itapua fueron analizados en invierno, luego de dos meses en cautiverioen Uruguay y siguieron mostrando las mismas diferencias. Estas dos espe-cies (o unidades taxonómicas) se encuentran muy cerca geográficamente,y posiblemente existan regiones en que ambas especies conviven. Seríanun buen modelo para estudiar qué factores son importantes durante el cor-tejo, si solamente la amplitud de V4 o la tasa de descarga (y su modulación)u otros comportamientos no eléctricos que puedan ser similares entre es-tos peces. Si independientemente de la especie el carácter dominante en laelección del macho es la amplitud de V4, entonces ninguna hembra elegiríaa los machos de G. n. sp. omari. Contrariamente si el parámetro medido es-tuviese relacionado con la duración, ninguna hembra elegiría los machos

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de G. n. sp. itapua.

6.0.4. Mecanismos electrogénicos neurales

En la transición del centro y la cola (máximo al 75 % del pez) de G.carapo, G. coropinae y G. n. sp. mamacha se registra una onda temprana po-sitiva (V1cp). A nivel de estructura del OE no parece haber modificacionesque puedan ser responsables de este componente, por lo que es proba-ble que la estructura responsable sea el PEN. Esta hipótesis se encuentrasustentada por el hecho de que en registros de trampa múltiple en G. n.sp. mamacha, es posible ver la actividad del PEN en la zona de generaciónde V1cp. Esta actividad coincide, además de espacialmente, temporalmentecon V1a, como ocurre con V1cp. La amplitud de V1cp podría explicarse por eldiámetro que alcanza este nervio en esa región, llegando a tener la mismasuperficie que un electrocito en los cortes frontales. De comprobarse estahipótesis serían los primeros ejemplos descritos de OE cuya descarga seproduce por un mecanismo mixto en un pez adulto: neural y miogénico.

6.0.5. Similitudes en la sLDOE y diferencias en la cLDOE

La DOE de los peces de descarga débil cumple con dos propósitos,sensorial y comunicación. Aguilera et al (2001) proponen que estas dosfunciones del campo eléctrico asociado a la DOE son llevadas a cabo pordos campos diferentes, cuya generación y receptividad están separadosparcialmente, tanto temporal como espacialmente.

De las seis especies, las DOEhts (o cLDOE) más complejas y de mayorfrecuencia son las pertenecientes a las dos especies tropicales, con tempe-ratura media anual de 26.9 oC. Durante su captura (por WGR Crampton)fueron capturadas otras 9 especies de peces eléctricos (aunque ningún otradel género Gymnotus), por lo que el reconocimiento de otro pez como co-específico es muy importante, sobre todo en los períodos reproductivos.Además, en esa zona geográfica existe una mayor diversidad de predado-res, lo cual es una fuerza evolutiva importante hacia el desarrollo de DOEsde alta frecuencia (Stoddard, 1999).

En cuanto a la sLDOE, al igual que lo previamente reportado para G.n. sp. omari (Aguilera et al, 2001) todas las especies presentan dos com-ponentes principales (V1a y V3a), aunque las especies con electrocitos másexcitables presentan V4a. Por otro lado, las amplitudes relativas entre lasLDOE y la cLDOE son similares a las encontradas en dicho paper y re-producida acá para la misma especie (G. n. sp. omari). También tienen las

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mismas diferencias en cuanto al espectro de potencias, teniendo la sLDOEcomponentes de menor frecuencia que la correspondiente cLDOE, lo cualapoya la hipótesis planteada por Aguilera et al. (2001) según la cual lasdiferencias en los componentes de frecuencia de la sLDOE y la cLDOE secorresponden con las diferencias en las respuestas de los electrorrecepto-res.

Se sabe por diferentes trabajos (Watson y Bastian, 1979; Castelló et al2000) que G. carapo (el estudiado por Watson y Bastian) y G. n. sp. omaritienen tres tipos de receptores tuberosos sensibles a diferentes espectrosde potencias y amplitudes. Estos tres receptores cubren un amplio espec-tro de potencias con sensibilidades máximas complementarias, uno sensi-ble a frecuencias bajas, otro a frecuencias intermedias y otro a frecuenciasaltas. Estos tres tipos de receptores tienen umbrales de respuesta tambiéndiferentes, el de más baja frecuencia tiene umbral más alto, mientras queel sensible a altas frecuencias tiene el umbral más bajo. Esto coincide conlas diferencias en la amplitud relativa y entre los espectros de frecuenciaen la fóvea entre la sLDOE y la cLDOE. La cLDOE es de alta frecuencia ybaja amplitud y la sLDOE es de baja frecuencia y alta amplitud. Si existierauna familia de electrorreceptores para cada función entonces eso explicalas diferencias en los espectros de frecuencia entre la sLDOE y la cLDOE.Si los peces tuvieran los mismos componentes de frecuencia en las seña-les reaferentes y exaferentes entonces la discriminación entre una y otraa nivel sensorial se basaría únicamente en la amplitud relativa, la cual esvariable entre individuos y con la distancia.

6.0.6. Diversidad de las señales eléctricas, una ventana a laevolución del sistema electrogénico

La aproximación a este tema en la bibliografía se basa principalmenteen la DOE registrada en el cabeza-cola. En Mormyriformes esta aproxima-ción tiene mayor validez que en Gymnotiformes, ya que los peces eléctri-cos africanos poseen un OE localizado que puede ser considerado comopuntual y el campo eléctrico generado es igual, independientemente delsitio de registro. Por otro lado, la complejización de la DOE en dichas es-pecies parece residir en mecanismos exclusivamente periféricos, es decir,las especies con DOEs más complejas tienen electrocitos más complejos(Hopkins, 1999). En Gymnotiformes, por otro lado, los mecanismos quecontrolan la forma de onda de la DOE son tanto periféricos (V4 y V5) comonerviosos (V1, V2, V3 y V1cp). Existen 32 especies del género Gymnotus, cadacual con su forma de onda específica, pero los mecanismos por los cuales

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es implementada dicha forma de onda estaban descritos únicamente paraG. n. sp. omari. La descripción de estos mecanismos es importante no so-lamente para entender la evolución de los peces eléctricos, sino tambiénpara entender la plasticidad (en tiempos evolutivos) del sistema nervioso,y de los patrones fijos de conducta.

La teoría más aceptada acerca de la complejización de la DOE en Gy-mnotiformes es la desarrollada por Stoddard (1999). En ese trabajo Stod-dard plantea que la fuerza evolutiva más relevante en la evolución de losGymnotiformes fue evitar ser detectado por los predadores, principalmen-te los bagres, los cuales coexisten con los Gymnotiformes en toda su dis-tribución geográfica. Estos peces tienen receptores ampulares, sensibles afrecuencias menores de 50Hz y amplitudes de 0,01V/cm. La forma de on-da ancestral de los Gymnotiformes es la monofasica, correspondiente aV3. Los peces que aún conservan esta forma de onda son los que tienenespectro de potencias más cercano a cero. Los Gymnotidos que desarrolla-ron ondas complementarias (V4) corrieron el espectro de potencias haciafrecuencias más altas disminuyendo su detección por los bagres.

Si bien las especies tienen que evitar ser detectados por predadores, laDOE tiene que seguir cumpliendo con sus dos funciones básicas: explo-ración activa y comunicación. La señal debe seguir siendo detectada porsus congéneres y por su propio sistema sensorial. Esta evolución del siste-ma electromotor tuvo que ir necesariamente acompañado de la evoluciónde los receptores eléctricos de la especie. En efecto, los peces eléctricostienen, además de receptores ampulares, receptores tuberosos, sensibles afrecuencias más altas y a mayores amplitudes.

Por otro lado, para la comunicación intra-específica es necesario que lasseñales detectables en el campo lejano tengan diferencias especie-específicas,que permitan identificar a los conespecíficos. Estos requerimientos consti-tuyen una presión evolutiva que lleva a una mayor complejización de laDOE, principalmente entre las especies simpátridas Dentro de las ondasnovedosas, aquellas que derivan de la activación neural directa de las ca-ras anteriores parecen tener consecuencias importantes en la distinción dela DOE de conespecíficos o congéneres de otros peces y señales eléctricas.Mientras que V1 parece ser un buen candidato para la identificación de laDOE propia, V2 parece ser un buen candidato para cumplir la función decomunicación, ya que es vista en el campo lejano, pero participa muy po-co en la sLDOE de la fóvea. Además, dado que los intervalos V2-V3 y V3-V4

varían en el mismo sentido, la presencia de V2 refuerza la banda determi-nada por V4 en el espectro de potencias de la cLDOE. La onda lenta V1,por otro lado, no surge (ni se pierde) debido a la presión evolutiva de lospredadores, ya que solo es detectada muy cerca del pez y estaría implica-

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da solamente en la percepción. Asociada a estas diferenciaciones puedenexistir diferencias en la sLDOE y el espacio perceptual de las especies, algodejado de lado en los estudios evolutivos, y que es tanto o más importanteque la comunicación, ya que los peces están evaluando el ambiente conti-nuamente, pero no necesariamente comunicándose.

Las ondas generadas periféricamente parecen estar más relacionadascon la comunicación que con la percepción. Tal es el caso de V4 (y V5) en G.n. sp. itapua y G. n. sp. omari, cuya única diferencia es la amplitud y dura-ción de esta onda. Las sLDOEs en la fóvea de estas dos especies son muysimilares, ya que estas ondas prácticamente no participan en el campo lo-cal foveal. En cambio, las cLDOE se diferencian claramente.

Si bien la sLDOE está más conservada que la cLDOE, la estructura quegenera la sLDOE puede ser variable, siendo G. coropinae el caso más lla-mativo con un OE cefálico. La sLDOE de esta especie es homoplásica, yaque es similar, pero es generada por una estructura diferente. Esta especieha separado las dos funciones de la DOE en dos sub-órganos estructu-ralmente diferentes. Este hallazgo, unido a que esta especie tiene la mayordiferencia en los espectros de potencia de la sLDOE y la cLDOE abre variaspreguntas o caminos a seguir en el futuro: ¿son los dos sub-OEs de origenembrionario diferente? ¿Tienen dotación de canales diferentes? ¿Esta sepa-ración libera al OE principal de mantener el “trade off” entre percepciónóptima y comunicación? ¿Por qué tiene una nueva estructura con aparenteigual función que la anterior? ¿Cuál es el nuevo rol de la región abdomi-nal?

El caso de G. pantanal es diferente, ya que la pérdida de V1 implicaríaun cambio en la percepción. Además del PPF hay otras propiedades de laonda relevantes para los diferentes tipos de receptores eléctricos impor-tantes a la hora de detectar objetos con diferentes propiedades eléctricas,como la amplitud pico a pico, y/o el tiempo de aparición de los picos. Aldesaparecer V1 estas posibles modificaciones a la onda se pierden. Esta es-pecie tiene el nombre popular de “morena brava” por su alta agresividad.Los vendedores de morenas en Argentina no la pescan para la venta, yaque mata a la morena común e incluso entre ellas. Cabe preguntarse si estaespecie no tenga una dieta diferente a los otros Gymnotus spp, alimentán-dose tal vez de presas más grandes, por lo que las propiedades eléctricastienen distinta relevancia.

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6.1. Conclusiones y perspectivas

6.1.1. Conclusiones

De los cuatro mecanismos propuestos como posibles de sufrir modifi-caciones, los cuatro han sido utilizados dentro del género Gymnotus; Pre-sencias de órganos o sub órganos accesorios; diferencias en el tiempo deactivación de V3a; cambios en la excitabilidad electrocítica y por últimoprobables ondas de origen neural (V1cp). Una especie (G. coropinae) pare-ce haber utilizado los cuatro Los parecidos entre G. n. sp. itapua y G. n.sp. omari llaman la atención y llevan a preguntarse hasta donde esta dosunidades taxonómicas pueden interpretarse como dos especies distintas yhace pensar en los límites del concepto de especie. En cuanto a la relevan-cia de estos cambios en la comunicación intra-específica e inter-específicapodemos decir que si bien tenemos una visión general de cómo son losmecanismos generadores de la señal y se conoce tambien las propiedadeseléctricas del medio en el cual se propaga (el agua), falta una parte muyimportante que son las propiedades de los receptores de la señal: qué ycómo el sistema nervioso decodifica de las diferentes modulaciones de laseñal eléctrica, tanto la propia como las de los congéneres. Los datos aquípresentados son coherentes con las hipótesis de Aguilera et al, 2001 sobrela dualidad de funciones de la DOE y en el caso de G. coropinae podría apo-yar la hipótesis de Stoddard (2000) sobre la encriptación de la DOE paraevitar la predación.

6.1.2. Perspectivas

Con respecto al OE cefálico de G. coropinae, sabemos de manera globallos efectos de su descarga, pero aún falta hacer registros de los diferenteselectrocitos aislados para conocer sus propiedades de membrana y cuáles la contribución de cada electrocito a la sLDOE y a la DOEht. La regiónabdominal en esta especie presenta inervación ventral, sugiriendo un com-ponente importante en el campo eléctrico local vertical. Para corroborarloes necesario hacer experimentos de registro en ese eje y complementar-lo con estudios comportamentales, para ver que posible rol tiene dichocomponente. Es necesario estudiar los nervios que contactan con este ór-gano, no pudiéndose descartar la participación de algún nervio craneal.Dado que la descarga de este órgano está acoplada a la descarga del OEprincipal, si la inervación fuera por algún par craneal, tendría que haberuna modificación importante a nivel del núcleo marcapasos para que en-víe axones colaterales hacia el núcleo de dicho nervio. Con respecto a la

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onda V1cp, sería interesante estudiar si en G. n. sp. mamacha y G. carapo, lasdos especies donde esta actividad es más clara, si la amplitud relativa deeste componente aumenta solamente por un factor de escala (estas dos es-pecies son las de mayor tamaño) o si poseen una modificación especial enesta estructura. Lamentablemente los experimentos en las que tratamos dever los efectos del curare no pudieron rendir resultados aceptables (dos G.carapo y dos G. coropinae dejaron de descargar y murieron antes del regis-tro).

Nota sobre Autoría: Esta tesis de Maestía se inscribe en el desarrollo deun programa de investigación amplio que comprende varios equipos queabordan el problema desde distintos puntos de vista (proyecto Gymno-tus http://www.flmnh.ufl.edu/gymnotus/index.htm). Nuestro grupo tu-vo la tarea de estudiar la anatomía y fisiología de los EO y los mecanismospost efectores que permiten la expresión de la DOE como un campo eléc-trico registrable en el agua. Mi participación principal en el proyecto fue elanálisis de la auto-excitabilidad del órgano electrico colaborando ademásen los estudios electrofisiológicos de la diversidad de la DOE, su expresióncomo campo eléctrico y el patrón de inervación de los órganos eléctricos.Para mejor claridad de la exposición introduje figuras elaboradas por otrosmiembros del equipo uruguayo; dentro de estas se destaca la reconstruc-ción 3D del órgano eléctrico de G. coropinae, realizada por Iribarne y Caste-lló. Agradezco además los aportes técnicos de la Lic. Alejandra Pastorinoen la preparación del material histológico correspondiente a G. carapo, G.n. sp. mamacha y G. n.sp. morena.

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