Avaliação comparativa da capacidade de hiporregulação da hemolinfa em crustáceos decápodas

Orientadora: Profa. Dra. Viviane ProdocimoCoorientadora: Profa. Dra. Carolina Arruda de Oliveira FreireTese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Biológicas, Programa de Pós-Graduação em Ecologia e Conservação. Defesa : Curitiba, 24/03/2020.Inclui referênciasResumo: Os decápodas se originaram no ambiente marinho. A maioria dos decápodas marinhos (ancestrais e atuais) são osmoconformadores. Contudo, diversas espécies invadiram ambientes estuarino e dulcícola devido a seleções de adaptações fisiológicas, morfológicas e bioquímicas, como por exemplo a hiperregulação da osmolalidade da hemolinfa. Secundariamente, os decápodas retornaram para o ambiente marinho também devido a diversas seleções, como a hiporregulação da osmolalidade da hemolinfa. A hiporregulação é mais comum em vertebrados e nos decápodas é observada em caranguejos semi-terrestres, camarões carídeos e camarões peneídeos. O objetivo desse trabalho foi testar a hipótese de que a hiperregulação da osmolalidade da hemolinfa está associada com a hiporregulação, assumindo que decápodas marinhos atuais que mostram capacidade de hiporregulação teriam passado evolutivo em águas mais diluídas, requerendo a hiperregulação. A hipótese foi testada nos dois capítulos. No capítulo 1, foi realizada uma revisão quantitativa da literatura utilizando como métrica a capacidade osmótica de 114 estudos independentes de decápodas (que vivem em diferentes ambientes) e também foi realizada uma correlação de Pearson entre a máxima capacidade osmótica no ambiente marinho e a maior medida do corpo (apenas para os táxons que possuíam osmoconformadores e hiporreguladores). Também foi realizada uma análise de agrupamento hierárquica usando a distância Euclidiana para visualizar relações entre espécies de Brachyura, usando transportadores iônicos, o ambiente em que essas espécies vivem e a classificação sistemática para construir o dendograma. As análises mostraram que Dendrobranchiata, Caridea e Brachyura possuem uma alta capacidade osmótica (? 350 mOsm/kg H2O) para a hiperregulação na água doce/oligoalina e também para a hiporregulação, mostrando que existe uma associação entre esses dois mecanismos fisiológicos. Além disso, os resultados desse capítulo mostraram que a terrestrialidade também é um fator responsável pelo surgimento da hiporregulação, devido ao desafio da desidratação que para conservar água no corpo dos decápodas é necessário secretar sal ativamente. A análise de agrupamento contrariou análises anteriores e mostrou que a enzima apical V-H+-ATPase surgiu antes do que a proteína basolateral NKCC, ou seja, é mais uma evidência de que a hiperregulação surgiu antes da hiporregulação nos decápodas. Esse capítulo ainda mostrou que existe uma correlação negativa, conhecida como trade-off, entre a capacidade osmótica hiporregulatória e o tamanho do corpo dos crustáceos braquiúros, que compensam uma menor capacidade de crescimento e calcificação da carapaça com uma maior capacidade de hiporregulação da osmolalidade da hemolinfa ou vice-versa. No capítulo 2, foram realizados experimentos com o caranguejo marinho osmoconformador Hepatus pudibundus, o siri marinho/estuarino Callinectes danae, camarão marinho Penaeus schmitti e os caranguejos entremarés/ semi-terrestres Panopeus austrobesus e Pachygrapsus transversus expostos a águas mais diluídas e mais concentradas em 3 tempos (6, 24 e 120h). Foram medidas concentrações iônicas e a osmolalidade da hemolinfa; a atividade da anidrase carbônica (AAC) nas brânquias anteriores e posteriores e o teor hídrico (TH) muscular. Para testar a hipótese foi realizada uma revisão da literatura, somada às 5 espécies estudadas e utilizado um teste de independência ?2. As espécies P. schmitti e P. transversus hiporregularam a osmolalidade da hemolinfa em todos os tempos de exposição e são eficientes hiperreguladores em águas muito diluídas. As 5 espécies estudadas possuem eficientes mecanismos fisiológicos para manter o TH inalterado, tanto em águas mais diluídas quanto em águas mais concentradas. A AAC nas brânquias anteriores e posteriores quase não se alterou em H. pudibundus e P. schmitti, mostrando que essa enzima está mais envolvida com a respiração em caranguejos osmoconformadores e em camarões peneídeos. Porém, em C. danae, P. austrobesus e P. transversus, a AAC aumentou quando essas espécies foram expostas a baixas ou altas salinidades, mostrando que essa enzima está envolvida tanto com a hiperregulação quanto com a hiporregulação. Os resultados ainda mostraram evidências de que a hiperregulação está associada com a hiporregulação e a hipótese foi aceita através de um teste de independência ?2 (p ? 0,001), utilizando 172 espécies de decápodas. Dessa forma, os resultados obtidos no presente estudo reforçaram a hipótese de que a hiperregulação da osmolalidade da hemolinfa está associada com a hiporregulação nos dois capítulos. Palavras-chave: hiper-hiporregulador, capacidade osmótica, peneídeos, camarões carídeos, caranguejos semi-terrestres, osmolalidade.Abstract: Decapods originated in the marine environment. Most marine decapods (ancestral and current) are osmoconformers. However, several species invaded estuarine and freshwater environments due to selections of physiological, morphological and biochemical adaptations, such as the hyperregulation of hemolymph osmolality. Secondarily, decapods returned to the marine environment also due to several selections, such as hyporegulation of hemolymph osmolality. Hyporegulation is more common in vertebrates and in decapods it is observed in sem-terrestrial crabs, carid shrimps and peneid shrimps. The objective of this work was to test the hypothesis that hyperregulation of hemolymph osmolality is associated with hyporegulation, assuming that current marine decapods that show hyporegulation capacity would have evolved in more diluted waters, requiring hyperregulation. The hypothesis was tested in both chapters. In chapter 1, a quantitative review of the literature was performed using as a metric the osmotic capacity of 114 independent studies of decapods (which live in different environments) and it was also performed a Pearson correlation between the maximum osmotic capacity in the marine environment and the largest measurement of the body (only for taxa that had osmoconformers and hyporegulators). A hierarchical cluster analysis was also performed using the Euclidean distance to visualize relationships between species of Brachyura, using ion transporters, the environment in which these species live and the systematic classification to construct the dendogram. The analyzes showed that Dendrobranchiata, Caridea and Brachyura have a high osmotic capacity (? 350 mOsm/kg H2O) for hyperregulation in freshwater/oligohaline and also for hyporegulation, showing that there is an association between these two physiological mechanisms. In addition, the results of this chapter showed that terrestriality is also a factor responsible for the appearance of hyporegulation, due to the challenge of dehydration that to conserve water in the decapod's body it is necessary to actively secrete salt. The cluster analysis contradicted previous analyzes and showed that the apical V-H+-ATPase enzyme emerged earlier than the basolateral NKCC protein, that is, it is more an evidence that hyperregulation arose before hyporegulation in decapods. This chapter also showed that there is a negative correlation, known as a trade-off, between the hyporegulatory osmotic capacity and the body size of brachyuran crustaceans, which compensate for a lower capacity for growth and calcification of the carapace with a greater capacity for hyporegulation of hemolymph osmolality or vice versa. In chapter 2, experiments were performed with the marine osmoconformer crab Hepatus pudibundus, the marine/estuarine swimming crab Callinectes danae, the marine shrimp Penaeus schmitti and intertidal/semi-terrestrial crabs Panopeus austrobesus and Pachygrapsus transversus exposed to more diluted and more concentrated waters in 3 times (6, 24 and 120h). Ion concentration and hemolymph osmolality; carbonic anhydrase activity (CAA) in the anterior and posterior gills and muscle water content (WC) were measured. To test the hypothesis, a literature review was performed, adding the 5 species studied and using a ?2 independence test. Penaeus schmitti e P. transversus species hyporegulate the hemolymph osmolality at all times of exposure and are efficient hyperregulators in very diluted waters. The 5 species studied have efficient physiological mechanisms to keep WC unchanged, both in more diluted and more concentrated waters. The CAA in the anterior and posterior gills almost not changed in H. pudibundus and P. schmitti, showing that this enzyme is more involved with breathing in osmoconformers crabs and peneid shrimps. However, in C. danae, P. austrobesus and P. transversus, CAA increased when these species were exposed to low or high salinity, showing that this enzyme is involved with both hyperregulation and hyporegulation. Chapter 2 also showed evidence that hyperregulation is associated with hyporegulation and the hypothesis was accepted through a ?2 independence test (p ? 0,001), using 172 species of decapods. Thus, the results obtained in the present study reforced the hypothesis that hyperregulation of hemolymph osmolality is associated with hyporegulation in both chapters. Keywords: hyper-hyporegulator, osmotic capacity, peneids, caridean shrimps, semiterrestrial crabs, osmolality