Utilizzo dell'ecografia dei pesci per l'identificazione non invasiva del sesso e la valutazione della maturità delle gonadi

La tecnologia di imaging a ultrasuoni, in quanto strumento non invasivo, in tempo reale e altamente accurato, è stata ampiamente applicata nell'identificazione del sesso dei pesci e nella valutazione della maturità delle gonadi, sostituendo gradualmente i metodi invasivi tradizionali come l'osservazione anatomica, la misurazione dell'indice gonadosomatico (GSI) e il rilevamento dei livelli ormonali. Fornendo immagini in tempo reale della morfologia gonadica e informazioni emodinamiche, questa tecnologia offre prove scientifiche per la segregazione sessuale non distruttiva e per il momento ottimale di riproduzione in acquacoltura. Il rapporto tra i sessi e la maturità delle gonadi dei pesci hanno un impatto diretto sulla struttura della popolazione, sull'efficienza riproduttiva e sui benefici economici, in particolare nella conservazione del pesce selvatico e nello sviluppo sostenibile dell'acquacoltura. Questo articolo esplora i principi, le applicazioni e i progressi della ricerca sulla tecnologia a ultrasuoni nei principali paesi di piscicoltura (ad esempio Cina, Norvegia, Giappone e Stati Uniti), insieme alle sue sfide e alle direzioni future.

Principi dell'imaging ecografico e caratteristiche dell'immagine

L'ecografia genera immagini attraverso la riflessione di onde sonore ad alta frequenza nei tessuti dei pesci, con differenze nell'impedenza acustica che formano distinti modelli di eco per identificare i tipi di gonadi e gli stadi di maturità:

• Ovaio femminile: Le ovaie mature presentano echi granulari, con aree a bassa eco intervallate da macchie ad alta riflessione. Negli stadi di maturità tardiva (III-IV), sono visibili grandi follicoli iperecogeni con confini netti.

• Testicolo maschile: I testicoli mostrano echi uniformi e fini. Negli stadi maturi (III-IV), sono comuni aree lisce ad alta riflessione, mentre negli stadi precoci (I-II) mostrano echi più deboli, rendendo difficile la differenziazione dalle ovaie.

• Emodinamica: L'ecografia Color Doppler può rilevare ulteriormente i cambiamenti del flusso sanguigno nelle gonadi, fornendo dati aggiuntivi per la valutazione della maturità.

La tecnologia ad ultrasuoni ha ottenuto risultati significativi in ​​varie specie di pesci, con i seguenti notevoli ca

• Pomfret argentato: L'imaging ecografico è strettamente correlato ai livelli di GSI e ormonali. Impostando le soglie di ecografia F3 (maturità femminile) e M3/M4 (maturità maschile), è possibile identificare rapidamente gli individui maturi, riducendo la frequenza di manipolazione.

• Tilapia del Nilo: L'ecografia raggiunge un'accuratezza nell'identificazione del sesso del 95%, superando la classificazione visiva manuale (87%). Tuttavia, l'imaging dei testicoli in individui di peso inferiore a 400 g rimane problematico, richiedendo una frequenza di sonda ottimizzata.

• Salmone atlantico: Gli ultrasuoni vengono utilizzati per monitorare la maturità delle gonadi nei pesci maschi selvatici e d'allevamento, riducendo significativamente i sacrifici non necessari e offrendo scalabilità.

• Storione cinese: La combinazione di ecografie con misurazioni degli ormoni sessuali consente di classificare il sesso e la maturità di individui di età compresa tra 10 e 17 anni, dimostrando il suo potenziale nella protezione delle specie in via di estinzione.

• Trota iridea a sesso invertito: L'ecografia valuta efficacemente la struttura gonadica negli individui con inversione sessuale, aiutando nella coltivazione di popolazioni monosessuali.

Progressi della ricerca nei principali paesi di piscicoltura

I principali paesi produttori di acquacoltura hanno dato un contributo significativo alla tecnologia degli ultrasuoni, adattandola alle esigenze locali e promuovendone l'industrializzazione:

• Cina: In qualità di maggiore produttore mondiale di acquacoltura, la Cina ha compiuto progressi nella ricerca sugli ultrasuoni per specie come lo storione cinese, la carpa e la tilapia. Gli istituti di ricerca hanno sviluppato dispositivi a ultrasuoni portatili ed economici per pesci di piccole e medie dimensioni, integrando algoritmi di intelligenza artificiale per migliorare l'efficienza dell'analisi delle immagini. Ad esempio, l'Accademia cinese delle scienze della pesca ha sviluppato un sistema automatizzato di classificazione della maturità delle gonadi basato sugli ultrasuoni, migliorando l'accuratezza della segregazione del sesso negli allevamenti.

• Norvegia: La Norvegia applica ampiamente gli ultrasuoni all'allevamento di salmone atlantico e merluzzo, concentrandosi sulla relazione tra flusso sanguigno gonadico e maturità. L'Istituto norvegese di ricerca marina ha sviluppato sonde ad alta frequenza che riproducono chiaramente i testicoli nei pesci più piccoli, superando i limiti di risoluzione e adattandosi all'acquacoltura commerciale su larga scala.

• Giappone: Il Giappone ha sviluppato applicazioni avanzate di ultrasuoni in specie di alto valore come la trota iridea e la palamita, in particolare per l'inversione sessuale e il monitoraggio dello sviluppo delle gonadi. Gli istituti di ricerca giapponesi hanno combinato gli ultrasuoni con marcatori genetici per sviluppare modelli non invasivi di identificazione del sesso, migliorando l'efficienza della produzione di semi.

• Stati Uniti: Gli Stati Uniti promuovono l'uso degli ultrasuoni nell'allevamento di pesce gatto e salmone, in particolare negli allevamenti su piccola scala. I progetti finanziati dall'USDA si sono concentrati sulla miniaturizzazione dei dispositivi a ultrasuoni per ridurne i costi, rendendoli accessibili anche ai piccoli allevatori. Inoltre, i team di ricerca statunitensi hanno sviluppato strumenti di analisi delle immagini ecografiche basati sull'apprendimento automatico per migliorarne l'oggettività.

Vantaggi e sfide tecniche

La tecnologia degli ultrasuoni per pesci offre i seguenti vantaggi:

• Non invasività: Evita lesioni ai pesci causate dalla dissezione tradizionale, adatto alla conservazione delle specie in via di estinzione.

• Capacità in tempo reale: Consente una scansione rapida dentro e fuori dall'acqua, ideale per operazioni di acquacoltura su larga scala.

• Alta precisione: Raggiunge una precisione superiore al 90% nell'identificazione del sesso, superando i metodi visivi tradizionali.

Tuttavia, restano delle sfide:

• Limitazione delle dimensioni dei pesci: L'imaging dei testicoli nei pesci di piccole dimensioni (<200 g) è difficile e richiede sonde ad alta frequenza e apparecchiature più sensibili.

• Costo dell'attrezzatura: Gli ecografi di fascia alta e i sistemi Doppler a colori sono costosi, il che ne limita l'adozione da parte dei piccoli agricoltori.

• Competenza dell'operatore: L'interpretazione delle immagini si basa sull'esperienza, il che richiede strumenti di analisi automatizzati per ridurre le barriere di competenza.

Direzioni future

Per promuovere ulteriormenteecografia dei pescitecnologia in acquacoltura, si raccomandano i seguenti passaggi:

1. Migliora la risoluzione delle immagini: Sviluppare sonde ad altissima frequenza per migliorare l'imaging dei testicoli nei pesci di piccole dimensioni.

2. Ridurre i costi delle attrezzature: Creare dispositivi a ultrasuoni portatili e convenienti per raggiungere gli agricoltori di piccola e media scala.

3. Standardizzazione e automazione: Stabilire protocolli di analisi delle immagini standardizzati e integrare l'intelligenza artificiale e l'apprendimento automatico per ridurre la dipendenza dalle competenze degli operatori.

4. Collaborazione internazionale: Rafforzare la cooperazione tra Cina, Norvegia, Giappone, Stati Uniti e altri paesi per condividere dati e tecnologie, promuovendo un'acquacoltura globale sostenibile.

La tecnologia a ultrasuoni per pesci, grazie alla sua non invasività, alla capacità di analisi in tempo reale e all'elevata precisione, è uno strumento ideale per l'identificazione del sesso e la valutazione della maturità delle gonadi. La continua ricerca da parte dei principali paesi piscicoltori ha favorito progressi tecnologici, in particolare nella conservazione delle specie in via di estinzione e nell'ottimizzazione dell'acquacoltura commerciale. Grazie a future innovazioni in termini di risoluzione, riduzione dei costi e automazione, la tecnologia a ultrasuoni è destinata a una più ampia adozione nell'acquacoltura globale, a supporto della sostenibilità e dei benefici economici.