The role of serotonin in neuromodulation of cleaner fish Labroides dimidiatus behaviour - a key species of coral reefs

Tese de mestrado. Biologia (Biologia da Conservação). Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2013Os ecossistemas de recife de coral têm vindo a sofrer um declínio massivo em abundância, diversidade e estruturação do habitat. Este declínio deve-se à sobreexploração das pescas, poluição, doenças do coral e lixiviação. Entre 2050 e 2100, é expectável que a concentração de dióxido de carbono exceda as 500 partes por milhão e que as temperaturas globais aumentem pelo menos 2ºC, excedendo significativamente os valores dos últimos 420,000 anos. O aquecimento global e a acidificação dos oceanos poderão comprometer a acreção de carbonato de cálcio, tornando os corais cada vez mais raros nos recifes. Prevê-se que esta sucessão de eventos resulte numa redução da diversidade e no desaparecimento de estruturas de carbonato, diminuindo a qualidade dos recifes, eventualmente, até ao seu colapso. Nos recifes de coral, os organismos de limpeza, como o peixe limpador Labroides dimidiatus, Valenciennes, 1839, têm a função de remover ectoparasitas de outros organismos, denominados “clientes”. O comportamento de limpeza tem sido usado como um exemplo clássico de mutualismo, com benefício para os limpadores e para os clientes. Foi demonstrado que a remoção experimental do peixe limpador L. dimidiatus de áreas restritas de recifes “fragmentados”, durante 8 anos e meio, leva à diminuição de peixes clientes residentes nessas áreas. Estas alterações provocaram uma redução na taxa de crescimento e de sobrevivência dos peixes residentes. Com a remoção experimental verificaou-se uma diminuição de 37% na abundância e 23% na riqueza específica comparativamente com os recifes controlo. A abundância de juvenis de peixes visitantes (peixes que normalmente se movem entre recifes) diminuiu em cerca de 65%. Estes dados sugerem que a presença de L. dimidiatus também afeta o recrutamento. Este estudo demonstrou que a presença do peixe limpador beneficia diretamente a comunidade de peixes de recife de coral, sob a forma de aumento de tamanho e taxa de sobrevivência. Adicionalmente, muitos dos grupos de peixes afetados podem também perturbar, indiretamente, outros organismos de recife, provocando assim um impacto mais geral na comunidade do recife de coral. O peixe limpador do indo-pacífico Labroides dimidiatus conjuntamente com um restrito número de espécies das famílias Labridae e Gobiidae, apresenta o mais alto nível de especialização em comportamentos de limpeza, sendo classificado como limpador obrigatório, ou seja, a sua alimentação baseia-se exclusivamente no que consegue remover dos seus clientes, com os quais pode interagir mais de 2000 vezes por dia. Distribui-se desde o Mar Vermelho até à Grande Barreira de Coral e o Mar de Coral, pode medir até 11,5 cm e habita recifes rochosos e de coral. De uma forma geral estes limpadores encontram-se em territórios específicos, designados por estações de limpeza, tanto em recife contínuo, como em recife “fragmentado”, tendo uma área vital muito limitada, restrita àquela estação. Estes vivem num sistema de harém, um macho com várias fêmeas, e apresentam mudança de sexo, sendo uma espécie protogínica. Poucos mutualismos foram tão estudados como o mutualismo de limpeza. Porém estamos ainda longe de compreender este mutualismo. Por exemplo, as razões causais (fisiológicas) que estarão na base do aumento da tolerância e motivação para interagir, seja com conspecíficos seja com indivíduos de outras espécies, estão ainda muito mal compreendidas. O neurotransmissor serotonina é uma monoamina derivada do triptofano que pode ser encontrada no sistema nervoso central. Como em outros vertebrados, nos teleósteos a atividade serotonérgica está inversamente associada com o status social. Para além disso, no bodião Thalassoma bifasciatum, Bloch, 1791, a administração de fluoxetina – um inibidor seletivo de recaptação de serotonina (SSRI) – diminui o comportamento agressivo em machos territoriais quando confrontados com intrusos, tanto em laboratório como na natureza. Consistentemente, o tratamento de ciclídeos boca de fogo (Cichlasoma meeki Brind, 1918) com p-clorofenilalanina, um inibidor de síntese da serotonina, resultou num aumento da agressividade quando se observavam ao espelho. Estes resultados estão em concordância com os dados similares encontrados em roedores que mostram que diferentes estratégias farmacológicas para aumentar o nível de serotonina resultaram numa diminuição do comportamento agressivo. Sabe-se também que as vias serotonérgicas e os recetores de serotonina estão envolvidas nos processos de aprendizagem e memória. O uso de agonistas e antagonistas do recetor 5-HT1A em diversos estudos mostrou o efeito deste recetor tanto no bloqueio como na facilitação de processos de aprendizagem espacial e visual. O objetivo deste trabalho é averiguar de que forma a serotonina atua na modulação do comportamento de L. dimidiatus. Para tal, foram aplicados in loco um SSRI, fluoxetina, um agonista dos receptores 5-HT1A e 5-HT7, denominado 8-OH-DPAT, um antagonista do receptor 5-HT1A o WAY 100.635 e um bloqueador de síntese de serotonina p-clorofenilalanina a peixes recolhidos na Lizard Island, Grande Barreira de Coral, Austrália (14°40'S; 145°28'E). Os meus resultados sugerem que o sistema serotonérgico, principalmente através do recetor 5-HT1A, é um modulador importante dos processos cognitivos, motivacionais e percecionais. A ativação do sistema serotonérgico esteve envolvida em processos motivacionais que levaram ao aumento da predisposição para enverdar em interações de limpeza. Para além disso, a ativação através do recetor 5-HT1A levou a um aumento dos níveis de qualidade da interação, enquanto o bloqueio levou a uma dimiuição dos níveis de cooperação interespecíficos e a um aumento das atividades conspecificas. Além das alterações no comportamento dos peixes limpadores através do sistema serotonérgico, sabe-se que o contexto social e o comportamento dos clientes também contribui para a existência de alterações fisiológicas responsáveis pela regulação do comportamento cooperativo. Foi também realizada uma experiência no Oceanário de Lisboa da qual o objetivo foi compreender como é que a serotonina influencia o processo de aprendizagem em Labroides dimidiatus, essencial para o establecimento e manutenção das interações mutualísticas entre este peixe e os seus clientes. Foram dadas injecções de fluoxetina, 8-OH-DPAT e WAY-100.635 para verificar a influência da serotonina na aprendizagem visual e e espacial. Neste estudo, sobre a influência da serotonina na aprendizagem do peixe limpador, os meus dados sugerem que a serotonina tem um papel importante tanto na aprendizagem espacial como na visual. A aprendizagem foi influenciada através do recetor 5-HT1A e 5-HT7. O antagonista do recetor 5-HT1A WAY 100.635 atrasou a aprendizagem visual e o agonista do recetor 5-HT1A e 5-HT7 atrasou a aprendizagem espacial. Apesar da aprendizagem espacial ser importante para este peixe ao nível de reconhecimento do território, esta não é relevante para a obtenção de alimento. No estudo do efeito da serotonina no comportamento, o antagonista WAY 100.635 teve um efeito “negativo” nalgumas medidas de qualidade de limpeza (e.g. duração de inspeção). Este antagonista levou a que os peixes limpadores interagissem menos (diminuição do interesse).Deste modo, o atraso causado pelo antagonista na aprendizagem visual pode estar relacionado com esta diminuição do interesse para interagir com clientes. Estes dados mostram que a serotonina tem um papel essencial na regulação e manutenção das bases do comportamento cooperativo entre o peixe Labroides dimidiatus e os seus clientes. Os recifes de coral estão a passar por alterações rápidas devido ao desaparecimento dos corais vivos, levando ao crescimento de outros organismos bentónicos nos corais mortos. Estes novos habitats são ideais para o desenvolvimento de ectoparasitas elevando a importância da manutenção das interações entre o peixe limpador L. dimidiatus e os seus clientes. Além disso, cada vez mais, são encontrados traços de drogas que modulam o sistema serotonérgico em águas residuais. Os tratamentos atualmente feitos nestas águas não são suficientemente eficientes para remover estes compostos. O meu trabalho contribui para a compreensão dos mecanismos fisiológicos deste mutualismo de limpeza e para o conhecimento dos mecanismos causais para o estabelecimento de interações cooperativas entre este peixe limpador e os seus clientes.The coral reef ecosystems have been experiencing massive declines in abundance, diversity and structure of habitat due to over-fishing, pollution, disease and coral bleaching. In coral reefs, cleaning species, such as cleaner fish Labroides dimidiatus, have the function of removing ectoparasites from client organisms, usually reef fish. The cleaning behaviour has been used as a classic example of mutualism, with benefit to cleaners and clients. It has been shown that total removal of L. dimidiatus from patch reefs leads to a drastic decrease in abundance and richness of fish client species. This leads to a need of understanding the physiological processes of mutual interactions between the cleaners and their clients. Serotonin is a neurotransmitter involved in the regulation of the social behaviour in all vertebrates. However, little is known about the role of serotonin in the modulation of cleaning behaviour and the physiological mechanisms involved in interspecific cooperative interactions. The aim of this project is to investigate how serotonin modulates the behaviour and the learning processes of L. dimidiatus. Serotonin agonists, antagonists, SSRIs and inhibitors of synthesis were injected in L. dimidiatus at Lizard Island to understand how serotonin neuromodulate cleaning behaviour. The activation of the serotonergic system has been involved in motivational processes that led to an increased predisposition to enrol in cleaning interactions. In addition the agonist of the 5-HT1A and 5-HT7 receptor led to an increase in the quality of the interaction. The antagonist decreased levels of interspecific cooperative activity and increased conspecific interactions. In addition to in situ experiments, I made a laboratory assay to understand how important learning processes of this fish are influenced by serotonin. In this study about serotonin influence in learning my data suggest that serotonin plays an important role in both spatial and visual learning. My study improve our knowledge on the physiological bases for this important mutualistic interactions in the coral reef ecosystem