El caballito de mar macho está equipado con una bolsa en la parte ventral, o frontal, de la cola. Cuando se aparea, la hembra deposita hasta 1.500 huevos en la bolsa del macho. El macho lleva los huevos de 9 a 45 días hasta que los caballitos de mar salen completamente desarrollados, pero muy pequeños. Las crías se liberan entonces en el agua, y el macho suele aparearse de nuevo en cuestión de horas o días durante la temporada de cría.
Cortejo
Antes de la cría, los caballitos de mar pueden cortejar durante varios días. Los científicos creen que el comportamiento de cortejo sincroniza los movimientos de los animales y sus estados reproductivos, para que el macho pueda recibir los huevos cuando la hembra esté lista para depositarlos. Durante este tiempo, pueden cambiar de color, nadar uno al lado del otro sujetando las colas o agarrar la misma hebra de hierba marina con sus colas, y dar vueltas al unísono en lo que se conoce como una «danza previa al amanecer». Al final se enzarzan en una «verdadera danza de cortejo» que dura unas 8 horas, durante la cual el macho bombea agua a través de la bolsa de huevos de su tronco, que se expande y abre para mostrar su vacío. Cuando los huevos de la hembra alcanzan la madurez, ella y su pareja se desprenden de cualquier anclaje y suben a la deriva de hocico a hocico, fuera de la hierba marina, a menudo haciendo espirales mientras suben. Interactúan durante unos 6 minutos, lo que recuerda al cortejo. La hembra se aleja nadando hasta la mañana siguiente, y el macho vuelve a aspirar comida por el hocico. La hembra introduce su ovipositor en la bolsa de cría del macho y deposita de decenas a miles de huevos. Cuando la hembra libera sus huevos, su cuerpo se adelgaza mientras el de él se hincha. A continuación, ambos animales se hunden de nuevo en la hierba marina y ella se aleja nadando.
Fases del cortejo
Los hipocampos presentan cuatro fases de cortejo que se indican mediante claros cambios de comportamiento y de intensidad del acto de cortejo. La fase 1, la fase inicial del cortejo, suele tener lugar a primera hora de la mañana, uno o dos días antes de la cópula física. Durante esta fase, las parejas potenciales se iluminan, se estremecen y muestran rápidas vibraciones corporales de lado a lado. Estas exhibiciones son realizadas alternativamente por el macho y la hembra del caballito de mar. Las siguientes fases, de la 2 a la 4, ocurren secuencialmente el día de la cópula. La fase 2 está marcada por el señalamiento de la hembra, un comportamiento en el que la hembra levantará la cabeza para formar un ángulo oblicuo con su cuerpo. En la fase 3 los machos también comenzarán el mismo comportamiento de señalamiento en respuesta a la hembra. Finalmente, el macho y la hembra se elevarán juntos repetidamente en una columna de agua y terminarán con una cópula en medio del agua, en la que la hembra transferirá sus huevos directamente a la bolsa de cría del macho.
Fase 1: Cortejo inicial
Este comportamiento de cortejo inicial tiene lugar unos 30 minutos después del amanecer en cada día de cortejo, hasta el día de la cópula. Durante esta fase los machos y las hembras permanecerán separados durante la noche, pero después del amanecer se juntarán en una posición de lado a lado, se iluminarán y tendrán un comportamiento de cortejo durante unos 2 a 38 minutos. Se producen repetidos temblores recíprocos. Esto comienza cuando el macho se acerca a la hembra, se ilumina y comienza a temblar. La hembra seguirá al macho con su propia exhibición, en la que también se iluminará y temblará unos 5 segundos después. Mientras el macho tiembla, girará su cuerpo hacia la hembra, que a su vez girará su cuerpo para alejarse. Durante la fase 1, las colas de ambos caballitos de mar se sitúan a menos de 1 cm una de otra en la misma sujeción y ambos cuerpos están ligeramente inclinados hacia fuera desde el punto de unión. Sin embargo, la hembra cambiará el lugar de fijación de su cola, haciendo que la pareja rodee su sujeción común.
Fase 2: Señalamiento y bombeo
Esta fase comienza con la hembra iniciando su postura de señalamiento, inclinando su cuerpo hacia el macho, que simultáneamente se inclinará hacia otro lado y se estremecerá. Esta fase puede durar hasta 54 minutos. Tras la fase 2 hay un periodo de latencia (normalmente entre 30 minutos y cuatro horas), durante el cual los caballitos de mar no muestran ningún comportamiento de cortejo y las hembras no son brillantes; los machos suelen mostrar un movimiento de bombeo con su cuerpo.
Fase 3: Señalar – apuntar
La tercera fase comienza con las hembras brillando y asumiendo la posición de señalar. Los machos responden con su propio brillo y señalamiento. Esta fase termina con la salida del macho. Suele durar nueve minutos y puede ocurrir de una a seis veces durante el cortejo.
Fase 4: Levantamiento y cópula
La fase final del cortejo incluye de 5 a 8 encuentros. Cada combate de cortejo comienza con el macho y la hembra anclados a la misma planta a unos 3 cm de distancia; normalmente están uno frente al otro y todavía tienen el color brillante de la fase anterior. Durante el primer encuentro, tras el comportamiento de enfrentamiento, los hipocampos se elevarán juntos entre 2 y 13 cm en la columna de agua. Durante la última subida, la hembra inserta su ovipositor y transfiere sus huevos a través de una abertura en la bolsa de cría del macho.
Fertilización
Durante la fecundación en Hippocampus kuda la bolsa de cría estuvo abierta sólo seis segundos mientras se producía la deposición de los huevos. Durante este tiempo el agua de mar entró en la bolsa donde los espermatozoides y los huevos se encuentran en un medio de agua de mar. Este entorno hiperosmótico facilita la activación y la motilidad de los espermatozoides. Por tanto, se considera que la fecundación es fisiológicamente «externa» dentro de un entorno físicamente «interno» tras el cierre de la bolsa. Se cree que esta forma protegida de fecundación reduce la competencia espermática entre los machos. Dentro de los Syngnathidae (peces pipa y caballitos de mar) no se ha documentado la fecundación protegida en los peces pipa, pero la falta de diferencias claras en la relación entre el tamaño de los testículos y el tamaño del cuerpo sugiere que los peces pipa también pueden haber desarrollado mecanismos para una fecundación más eficiente con una competencia espermática reducida.
Gestación
Los huevos fecundados se incrustan en la pared de la bolsa y quedan rodeados por un tejido esponjoso. El macho suministra a los huevos prolactina, la misma hormona responsable de la producción de leche en las mamíferas embarazadas. La bolsa proporciona oxígeno, así como una incubadora de ambiente controlado. Aunque la yema del huevo contribuye a la nutrición del embrión en desarrollo, los machos aportan nutrientes adicionales, como lípidos ricos en energía y también calcio para permitirles construir su sistema esquelético, secretándolos en la bolsa de cría que son absorbidos por los embriones. Además, ofrecen protección inmunológica, osmorregulación, intercambio de gases y transporte de residuos
Los huevos eclosionan en la bolsa, donde se regula la salinidad del agua; esto prepara a los recién nacidos para la vida en el mar. A lo largo de la gestación, que en la mayoría de las especies requiere de dos a cuatro semanas, su pareja le visita diariamente para «saludar por la mañana».
Nacimiento
El número de crías liberadas por el caballito de mar macho es de una media de 100 a 1.000 en la mayoría de las especies, pero puede ser tan bajo como 5 en las especies más pequeñas, o tan alto como 2.500. Cuando los alevines están listos para nacer, el macho los expulsa con contracciones musculares. Normalmente da a luz por la noche y está listo para la siguiente tanda de huevos por la mañana, cuando su pareja regresa. Como casi todas las demás especies de peces, los caballitos de mar no cuidan a sus crías después del nacimiento. Las crías están expuestas a los depredadores o a las corrientes oceánicas que las arrastran fuera de las zonas de alimentación o a temperaturas demasiado extremas para sus delicados cuerpos. Menos del 0,5% de las crías sobreviven hasta la edad adulta, lo que explica que las camadas sean tan numerosas. Estas tasas de supervivencia son en realidad bastante altas en comparación con las de otros peces, debido a su gestación protegida, lo que hace que el proceso merezca el gran coste para el padre. Los huevos de la mayoría de los demás peces se abandonan inmediatamente después de la fecundación.
Roles reproductivos
La reproducción es energéticamente costosa para el macho. Esto pone en tela de juicio por qué se produce la inversión de los roles sexuales. En un entorno en el que uno de los miembros de la pareja incurre en más costes energéticos que el otro, el principio de Bateman sugiere que el que menos contribuye asume el papel de agresor. Los caballitos de mar machos son más agresivos y a veces «luchan» por la atención de las hembras. Según Amanda Vincent, del Proyecto Caballito de Mar, sólo los machos luchan con la cola y se chasquean la cabeza. Este descubrimiento dio lugar a un estudio más profundo de los costes energéticos. Para calcular la contribución directa de la hembra, los investigadores analizaron químicamente la energía almacenada en cada huevo. Para medir la carga de los machos, se utilizó el consumo de oxígeno. Al final de la incubación, el macho consumía casi un 33% más de oxígeno que antes del apareamiento. El estudio concluyó que el gasto energético de la hembra mientras genera los huevos es el doble que el de los machos durante la incubación, lo que confirma la hipótesis estándar.
Se desconoce por qué el caballito de mar macho (y otros miembros de los Syngnathidae) lleva a las crías durante la gestación, aunque algunos investigadores creen que permite acortar los intervalos de parto, lo que a su vez da lugar a más crías. Si disponen de un número ilimitado de parejas dispuestas, los machos pueden producir un 17% más de crías que las hembras en una temporada de cría. Además, las hembras tienen «tiempos muertos» del ciclo reproductivo 1,2 veces más largos que los de los machos. Esto parece basarse en la elección de la pareja, más que en la fisiología. Cuando los huevos de la hembra están listos, debe ponerlos en pocas horas o expulsarlos a la columna de agua. Poner los huevos supone un gran coste físico para ella, ya que suponen aproximadamente un tercio de su peso corporal. Para protegerse de la pérdida de la puesta, la hembra exige un largo cortejo. Los saludos diarios ayudan a cimentar el vínculo entre la pareja.
Monogamia
Aunque no se sabe que los caballitos de mar se emparejen de por vida, muchas especies forman vínculos de pareja que duran al menos la temporada de cría. Algunas especies muestran un mayor nivel de fidelidad de pareja que otras. Sin embargo, muchas especies cambian fácilmente de pareja cuando se presenta la oportunidad. Se ha demostrado que H. abdominalis y H. breviceps se reproducen en grupo, sin mostrar ninguna preferencia de pareja continua. No se han estudiado los hábitos de apareamiento de muchas más especies, por lo que se desconoce cuántas especies son realmente monógamas o cuánto duran esos vínculos.
Aunque la monogamia dentro de los peces no es común, parece existir en algunos. En este caso, la hipótesis de la protección de la pareja puede ser una explicación. Esta hipótesis afirma que «los machos permanecen con una sola hembra debido a factores ecológicos que hacen que el cuidado y la protección de las crías por parte de los machos sea especialmente ventajoso.» Como las tasas de supervivencia de los caballitos de mar recién nacidos son tan bajas, la incubación es esencial. Aunque no está demostrado, los machos podrían haber asumido este papel debido al largo periodo que las hembras necesitan para producir sus huevos. Si los machos incuban mientras las hembras preparan la siguiente nidada (que supone un tercio del peso corporal), pueden reducir el intervalo entre nidadas.