Traceability markers in Atlantic bluefin tuna ("Thunnus thynnus")

Abstract

Esta Tesis presenta las principales características del atún rojo del Atlántico (ABFT, Thunnus thynnus), su cría en cautividad, y posibles marcadores de trazabilidad. Nuestro objetivo general fue discriminar entre lotes de ABFT utilizando técnicas de identificación y marcaje no invasivas. Algunos de los estudios presentados nunca se han realizado en ABFT. Para el desarrollo de esta Tesis, en primer lugar, se capturaron ABFT con un peso inferior a 1500g en 2018. Los ABFT fueron de tres lotes diferentes: i) tanques terrestres (llamados de cultivo), ii) jaulas marinas y ii) silvestres, pero solo i) silvestres y ii) cultivo en algunos de los estudios. De los atunes se tomaron varias muestras de tejidos blandos (hígado, riñón, músculo y cerebro), también de tejidos duros (branquia y hueso) y otolitos (‘huesecillos’ o huesos del oído bilaterales y simétricos). En la Primera Sección de la Tesis, planteamos el estudio de la composición elemental de diferentes tejidos. En el Capítulo I, el cobre (Cu) fue el único elemento con diferencias estadísticamente significativas entre grupos en todos los tejidos (hígado, riñón, músculo y cerebro). Según otros estudios, la alimentación es la principal fuente de Cu y por tanto estas diferencias se deberían a las desiguales dietas de los lotes. En el análisis discriminatorio (DCA) se diferenciaron los lotes con más del 80% de éxito en algunos tejidos. En resumen, la composición elemental en tejidos blandos de ABFT podría usarse para discriminar diferentes lotes, especialmente porque el DCA genera fórmulas para identificar el posible origen de individuos ‘desconocidos’. En relación con estos resultados, en el Capítulo II se emplean tejidos accesibles y de menor valor comercial (branquias y huesos). Nuevamente el Cu fue el único elemento con diferencias estadísticamente significativas entre grupos en ambos tejidos. En este estudio, el hueso fue el tejido con mayores diferencias estadísticamente significativas entre grupos, pero las branquias discriminaron mejor. En el último Capítulo de esta Sección (Capítulo III), encontramos diferencias estadísticamente significativas en los niveles de Na, Mg, P, y Sr del otolito que fueron mayores en los atunes de cultivo; y Rb, mayor en los atunes silvestres. En el DCA, P y Sr por sí solos tuvieron más del 75% de éxito en la discriminación, por lo que son los elementos que podrían impulsar la discriminación de lotes en aguas del Mediterráneo occidental (específicamente de la Bahía de Mazarrón) utilizando el perfil de químico de otolitos. En la Segunda Sección de la Tesis, analizamos profundamente la morfometría del otolito y algunos parámetros relacionados como la asimetría del otolito (diferencias morfológicas entre los otolitos derecho e izquierdo de un individuo), y la presencia de vaterita (polimorfo de aragonita, relacionado con morfologías anormales y disfuncionalidades). En el primer Capítulo de esta Sección, Capítulo IV, encontramos diferencias entre lotes en un parámetro de otolitos derechos y cinco de izquierdos. Las diferencias entre lados, podrían explicarse por algunas patologías en los otolitos. Y las diferencias entre lotes podrían deberse a las condiciones de cría, dado que la morfometría del otolito depende tanto del genotipo del pez como del entorno. En el DCA se seleccionaron el peso y la excentricidad como variables morfológicas discriminantes. En los otolitos derechos, el 63,4% de los túnidos fueron clasificados con éxito, mientras que en los otolitos izquierdos el 57,4%. Finalmente, las fórmulas obtenidas en este análisis se pueden aplicar a túnidos no identificados, dado que al introducir los valores de los rasgos en la fórmula el resultado puede indicarnos el probable lote de este atún. En el Capítulo V, por primera vez se encontraron dos tipos de asimetría en otolitos de ABFT. En general, se describe un vínculo entre altos valores de asimetría y el cultivo en cautividad; sin embargo, las condiciones de vida silvestre también pueden causar asimetría, pues los problemas ambientales causantes de estrés (contaminación, tráfico marítimo...) son los desencadenantes de asimetría más comentados. En nuestro estudio, los especímenes de cultivo mostraron una mayor asimetría, y las causas más probables de estas diferencias serían la química del agua, la dieta y los factores estresantes ambientales (como acumulación de sustancias, cambios de agua, oxigenación, fotoperiodo o densidades de población). En el Capítulo VI se encontraron morfologías anormales y vaterita en otolitos de juveniles de ABFT. La presencia de vaterita (26,67% en cultivo frente a 4,55% en silvestres) y la cantidad de vaterita por otolito (88,15% en cultivo frente a 12% en silvestres) fueron mayores en atunes de cultivo, como vemos. En la Tercera Sección de la Tesis desarrollamos dos marcajes artificiales diferentes. En primer lugar, en el Capítulo VII, inyectamos oxitetraciclina (en dos concentraciones: 100 y 200 ppm), en juveniles de ABFT con un 100% de éxito en el marcado. No encontramos diferencias estadísticamente significativas en la intensidad del marcado entre concentraciones, por lo que se recomendaría la menor de ellas. Finalmente, en el Capítulo VIII se marcaron huevos de atún con rojo alizarina (50 ppm y 3h de inmersión). Obtuvimos también el 100% de éxito de marcaje. Comparando estos resultados con el estudio anterior (Capítulo VII), este método tuvo una aplicación más sencilla: no fue necesario manipular directamente los ejemplares y no fue necesario lijar las muestras. Hasta donde sabemos, no se han realizado experiencias de marcaje químico en ABFT hasta la fecha.

This Thesis presents the main characteristics of the Atlantic bluefin tuna species (ABFT, Thunnus thynnus), the status of its captivity breeding and explores possible traceability tracers and markers. Our general objective was to discriminate between ABFT batches using non-invasive identification techniques and markings. Some of the studies presented have never been pursued in ABFT. For the develop of this Thesis, first, ABFT weighing less than 1500 g were taken in 2018. The ABFT were of three different batches: i) onshore tanks (called farmed), ii) sea cages and ii) wild, but only i) wild and ii) farmed in some of the studies. From the tunas, several soft tissue samples were taken (liver, kidney, muscle and brain), also hard tissue samples (gill and bone), and otoliths (biletral and symmetrical ‘earstones’). In the First Section of the Thesis, we envisaged the study of the elemental composition of different tissues as non-invasive and natural tags. In Chapter I, copper (Cu) was the only element with statistically significant differences between groups in all the tissues (liver, kidney, muscle and brain). Regarding the literature, food is the major source of the Cu and therefore these differences would be due to the differing diet of the batches. In the discrimination analysis (DCA), batches were differenced with more than 80% of success in some tissues. In resume, the essential elemental composition in soft tissues in ABFT could be used to discriminate different tuna batches, especially because DCA can generate formulas for identifying the possible batch of specimens. In relation to these results, Chapter II envisages the use of accessible and more commercially worthless tissues (gill and bone). Again, copper was the only element with statistically significant differences between groups in both. In this study, bone was the tissue with higher statistically significant differences between groups, but gills the one with higher discrimination success. In the last Chapter of this Section (Chapter III), we found statistically significant differences in the otolith’s Na, Mg, P, Sr which were higher in farmed and Rb, higher in wild tunas. In the DCA, P and Sr by themselves had more than 75% of discrimination success. In resume, Sr and P are the elements that could drive batch discrimination in western Mediterranean waters (specifically from the Mazarrón Bay) using the whole otolith composition profile. In the Second Section of the Thesis, we analysed deeply the morphometry of the otolith and some related parameters like the otolith asymmetry (morphological differences between right and left otoliths of an individual), and the vaterite presence (aragonite polymorph, related to abnormal morphologies and dysfunctionalities). In the first Chapter of this Section, Chapter IV, we found differences between batches in one trait for right and five for left otoliths. The differences by side, in fact, could be explained due to some pathologies within the otoliths. And the differences by batch could be due to the rearing conditions, given that the otolith morphometry depends on fish genotype and environment. In the DCA, the weight and eccentricity were selected as morphological variables to discriminate. In the right otoliths, the 63.4% of tunas were successfully classified, meanwhile 57.4% of tunas in left otoliths. Finally, the obtained formulae in this analysis can be applied to unidentified tunas, given that when introducing the traits’ values in the formula the result can tell us the probable tuna batch. Therefore, the morphometry of the otolith has been proved to be a useful group biomarker, being the otolith weight as trait or the left side otoliths of choice for a group differentiation analysis based on otoliths. In Chapter V, it was the first time that two types of asymmetry were found in ABFT otoliths. In general, there is a described link between high asymmetry values and rearing conditions, however, open waters’ conditions can also cause asymmetry, because the environmental problems causing stress (i.e., pollution, marine traffic…) are the mostly mentioned asymmetry triggers. In our study, farmed specimens showed higher asymmetry, and the most probable factors would be the differing water chemistry, diet and environmental stressors (ie., substances accumulation, water changes, oxygenation, photoperiod or stocking densities). In the Chapter VI, abnormal morphologies and vaterite were found in ABFT juveniles otoliths. The vaterite presence (26.67% in farmed vs. 4.55% in wild) and the vaterite quantity by otolith (88.15% in farmed vs. 12% in wild) were higher in farmed tunas than wild specimens. In the Third Section of the Thesis we developed two different artificial markings. Firstly, in Chapter VII, we injected oxitetracycline (in two concentrations: 100 and 200 ppm), in ABFT juveniles and found 100% of marking success without statistical differences in the mark intensity between concentrations. Finally, in Chapter VIII we tested alizarin red marking in ABFT eggs (50 ppm and 3h of immersion). We also obtained 100% of marking success. Comparing these results with the previous study (Chapter VII), this method had an easier application: no direct handling of the fish was needed and grinding the samples was unnecessary. As far as we know, no other chemical marking experiences have ever been conducted in ABFT.