Description of the Oocysts of Three New Species of Eimeria (Apicomplexa: Eimeriidae) from Iguanid Lizards (Sauria: Iguanidae) of Central and South America

Three new species of Eimeria are described from iguanid lizards of Central and South America. The oocysts of each species have no micropyles or residua and the sporocysts lack Stieda bodies, but all have a sporocyst residuum. Eimeria sanctaluciae n.sp. was found in the St. Lucia tree lizard, Anolis luciae, collected from the Maria Islands, Lesser Antilles. The oocysts are spherical to subspherical, averaging 17.3 x 16.5 µm, with a single layered colourless wall; about 60% contain polar granules. The sporocysts are ellipsoidal and average 7.7 x 5.5 µm. Eimeria liolaemi n.sp. was recovered from the blue-gold swift, Liolaemus taenius, from Chile. The oocysts are spherical to subspherical, measuring 21 x 20.1 µm with a single-layered colourless wall. The sporocysts are subspherical and average 7.4 x 6.8 µm. Eimeria caesicia n.sp. is described from the Brazilian collared iguanid, Tropidurus torquatus. The oocysts measure 27.4 x 23.7 µm, are spherical to subspherical, with a bilayered wall, the outer surface of which appears pale blue in colour, the thin, inner wall appearing brown, when viewed by direct light under the optical microscope. The sporocysts are subspherical and average 9.4 x 7.2 µm. Unnamed polysporocystid oocysts with dizoic sporocysts are reported from the faeces of the lesser St. Vincent tree lizard, Anolis trinitatis and the possibility of spurious parasitism briefly discussed. In addition, oocysts of an unnamed Isospora sp. with a smooth oocyst wall which closely resembles I. reui were recovered from A. trinitatis.

Biased gene conversion and GC-content evolution in the coding sequences of reptiles and vertebrates.

Mammalian and avian genomes are characterized by a substantial spatial heterogeneity of GC-content, which is often interpreted as reflecting the effect of local GC-biased gene conversion (gBGC), a meiotic repair bias that favors G and C over A and T alleles in high-recombining genomic regions. Surprisingly, the first fully sequenced nonavian sauropsid (i.e., reptile), the green anole Anolis carolinensis, revealed a highly homogeneous genomic GC-content landscape, suggesting the possibility that gBGC might not be at work in this lineage. Here, we analyze GC-content evolution at third-codon positions (GC3) in 44 vertebrates species, including eight newly sequenced transcriptomes, with a specific focus on nonavian sauropsids. We report that reptiles, including the green anole, have a genome-wide distribution of GC3 similar to that of mammals and birds, and we infer a strong GC3-heterogeneity to be already present in the tetrapod ancestor. We further show that the dynamic of coding sequence GC-content is largely governed by karyotypic features in vertebrates, notably in the green anole, in agreement with the gBGC hypothesis. The discrepancy between third-codon positions and noncoding DNA regarding GC-content dynamics in the green anole could not be explained by the activity of transposable elements or selection on codon usage. This analysis highlights the unique value of third-codon positions as an insertion/deletion-free marker of nucleotide substitution biases that ultimately affect the evolution of proteins.

Effect of substrate on the locomotion behaviour of the South American iguanian lizard Polychrus acutirostris

Arboreal and terrestrial habitats impose different constraints on tetrapod locomotion. We studied Polychrus acutirostris, a tree-dwelling lizard that also moves on the ground, in order to evaluate the effects of support incline and diameter on locomotion parameters. Limb movements of six specimens were filmed to quantify kinematic variables (velocity, stride frequency, stride length, and limb coordination) on distinct perch diameters (4.0, 1.5, 0.8 cm) and inclines (90, 45, and on level ground). The results show a notable slowness in arboreal habitat combined with a relatively fast locomotion when using the ground as temporary habitat. These animals developed walking trots mainly using lateral sequence. Non-symmetrical trots adopted at the highest velocities on the ground indicate difficulties of ""accommodation"" to the constraints imposed by this condition. Velocity generally decreases with the decreasing diameter, and with increasing incline, of the supports. Slowness, gaits favouring the body stability, elective role of the stride frequency in the modulation of the speed, and the role of the hindlimb in the force exchange to propel the body, constitute the main features of the locomotion pattern of P. acutirostris.

Scale architecture of the palmar and plantar epidermis of Polychrus acutirostris Spix, 1825 (Iguania, Polychrotidae) and its relationship to arboreal locomotion

In tetrapod squamates, the diversity of micro-ornamentations of the epidermis of the contact areas of hands and feet is generally associated with constraints and modalities related to locomotion. Polychrus acutirostris is a medium-sized lizard that occurs in open heterogeneous habitats in South America, such as the cerrados, caatingas, and fallow lands. It progresses slowly on branches of various diameters in its arboreal environment. It can also move more rapidly on the ground. The hands and feet are prehensile and may be considered an adaptation for grasping and climbing. Epidermal surfaces from the palmar and plantar areas of the hands and feet of P. acutirostris were prepared for SEM examination, and studied at various magnifications. They show three major levels of complexity: (1) scale types, organized in gradients of size and imbrication, (2) scalar ornamentations, organized by increasing complexity and polarity, and (3) presence of Oberhautchen showing typically iguanian honeycomb micro-ornamentations. The shape and surface structure of the scales with their pattern of micro-ornamental peaks, which improve grip, and the grasping hands and feet indicate that P. acutirostris is morpho-functionally specialized for arboreality. (C) 2009 Elsevier GmbH. All rights reserved.

Locomotion patterns in two South American gymnophthalmid lizards: Vanzosaura rubricauda and Procellosaurinus tetradactylus

We quantified gait and stride characteristics (velocity, frequency, stride length, stance and swing duration, and duty factor) in the bursts of locomotion of two small, intermittently moving, closely related South American gymnophthalmid lizards: Vanzosaura rubricauda and Procellosaurinus tetradactylus. They occur in different environments: V rubricauda is widely distributed in open areas with various habitats and substrates, while P. tetradactylus is endemic to dunes in the semi-arid Brazilian Caatinga. Both use trot or walking trot characterised by a lateral sequence. For various substrates in a gradient of roughness (perspex, cardboard, sand, gravel), both species have low relative velocities in comparison with those reported for larger continuously moving lizards. To generate velocity, these animals increase stride frequency but decrease relative stride length. For these parameters, P. tetradactylus showed lower values than V rubricauda. In their relative range of velocities, no significant differences in stride length and frequency were recorded for gravel. However, the slopes of a correlation between velocity and its components were lower in P. tetradactylus on cardboard, whereas on sand this was only observed for velocity and stride length. The data showed that the difference in rhythmic parameters between both species increased with the smoothness of the substrates. Moreover, P. tetradactylus shows a highly specialised locomotor strategy involving lower stride length and frequency for generating lower velocities than in V. rubricauda. This suggests the evolution of a central motor pattern generator to control slower limb movements and to produce fewer and longer pauses in intermittent locomotion. (c) 2008 Elsevier GmbH. All rights reserved.

Helminths from Lizards (Reptilia: Squamata) at the Cerrado of Goias State, Brazil

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Evolution of Body Elongation in Gymnophthalmid Lizards: Relationships with Climate

The evolution of elongated body shapes in vertebrates has intrigued biologists for decades and is particularly recurrent among squamates. Several aspects might explain how the environment influences the evolution of body elongation, but climate needs to be incorporated in this scenario to evaluate how it contributes to morphological evolution. Climatic parameters include temperature and precipitation, two variables that likely influence environmental characteristics, including soil texture and substrate coverage, which may define the selective pressures acting during the evolution of morphology. Due to development of geographic information system (GIS) techniques, these variables can now be included in evolutionary biology studies and were used in the present study to test for associations between variation in body shape and climate in the tropical lizard family Gymnophthalmidae. We first investigated how the morphological traits that define body shape are correlated in these lizards and then tested for associations between a descriptor of body elongation and climate. Our analyses revealed that the evolution of body elongation in Gymnophthalmidae involved concomitant changes in different morphological traits: trunk elongation was coupled with limb shortening and a reduction in body diameter, and the gradual variation along this axis was illustrated by less-elongated morphologies exhibiting shorter trunks and longer limbs. The variation identified in Gymnophthalmidae body shape was associated with climate, with the species from more arid environments usually being more elongated. Aridity is associated with high temperatures and low precipitation, which affect additional environmental features, including the habitat structure. This feature may influence the evolution of body shape because contrasting environments likely impose distinct demands for organismal performance in several activities, such as locomotion and thermoregulation. The present study establishes a connection between morphology and a broader natural component, climate, and introduces new questions about the spatial distribution of morphological variation among squamates.

Evolution of form and function: morphophysiological relationships and locomotor performance in tropidurine lizards

Locomotor capacity is often considered an excellent measure of whole animal performance because it requires the integrated functioning of many morphological, physiological (and biochemical) traits. However, because studies tend to focus on either structural or functional suits of traits, we know little on whether and how morphological and physiological traits coevolve to produce adequate locomotor capacities. Hence, we investigate the evolutionary relationships between morphological and physiological parameters related to exercise physiology, using tropidurine lizards as a model. We employ a phylogenetic principal component analysis (PCA) to identify variable clusters (factors) related to morphology, energetic metabolism and muscle metabolism, and then analyze the relationships between these clusters and measures of locomotor performance, using two models (star and hierarchical phylogenies). Our data indicate that sprint performance is enhanced by simultaneous evolutionary tendencies affecting relative limb and tail size and physiological traits. Specifically, the high absolute sprint speeds exhibited by tropidurines from the sand dunes are explained by longer limbs, feet and tails and an increased proportion of glycolytic fibers in the leg muscle, contrasting with their lower capacity for overall oxidative metabolism [principal component (PC1)]. However, when sprint speeds are corrected for body size, performance correlates with a cluster (PC3) composed by moderate loads for activity metabolic rate and body size. The simultaneous measurement of morphological and physiological parameters is a powerful tool for exploring patterns of coadaptation and proposing morphophysiological associations that are not directly predictable from theory. This approach may trigger novel directions for investigating the evolution of form and function, particularly in the context of organismal performance.

Mikrobiologie der Fermentation in NawaRo-Biogasanlagen unter besonderer Berücksichtigung des Abbaus von Propionsäure

In NawaRo-Biogasanlagen (BGA) kann es durch das Angebot an leicht fermentierbaren Kohlenstoff¬quel¬len zu einer bakteriell bedingten Übersäuerung durch unerwünschte kurzkettige Fettsäuren kommen. Häufiger kommt es zur Akkumulation von Propionsäure. Methanogene Archaea können bei niedrigen pH-Werten nicht mehr wachsen. Somit kann der gesamte Prozess der mikrobiellen Bildung von Biogas zum Erliegen kom¬men, was für die Biogasbetreiber zu erheblichen finanziellen Verlusten führt. Das Ziel dieser Disserta¬tion war die Aufklärung der anaeroben bakteriellen Population, die in Biogasanlagen Propionsäure ab¬bauen kann. Aus Propionat entsteht dabei Acetat und Wasserstoff. Da dieser anaerobe Prozess endergon verläuft, kann Propionsäure anaerob nur abgebaut werden, wenn der Wasserstoffpartialdruck niedrig ge¬halten wird. Diese Aufgabe erfüllen in Biogasanalgen methanogene Archaea. Die sog. sekundären Gärer leben somit in synthropher Kultur mit methanogenen Archaea.rnIn dieser Arbeit wurden die Mikroorganismen von Propionsäure-abbauenden Anreicherungskulturen aus vier NawaRo-BGA‘s identifiziert und ihr Substrat- und Produktspektrum analysiert. Die Anreicherungskul¬turen wurden vom Prüf- und Forschungsinstitut e. V. in Pirmasens zur Verfügung gestellt. Durch Analyse der bakteriellen 16S rDNA-Sequenzen der erhaltenen stabilen Propionsäure-abbauenden Mischkulturen wurde gezeigt, dass sich unter den Bakterien hauptsächlich Verwandte von den Clostridiales, aber auch Bacteroides sp., δ-, ε- so¬wie γ-Proteobakterien, Spirochäten, Synergistales und ungewöhnlicher Weise auch Thermotogales befanden. Aus Propionsäure-abbauenden Mischkulturen und aus Fermentern mesophiler NawaRo-Biogasanlagen wurden anaerobe Bakterien und methanogene Archaea angereichert und isoliert. Es wurden aus den Propionsäure-abbauenden Mischkulturen Stämme in Reinkultur erhalten, die entsprechend der 16S rDNA-Analyse als Clostridium sartagoforme Stamm Ap1a520 und Proteiniphilum acetatigenes Stamm Fp1a520 identifiziert wurden. Sowohl aus Fermentern und Nachgärern von drei NawaRo-BGA‘s als auch aus zwei Laborfermentern des Leibniz-Instituts für Agrartechnik in Potsdam-Bornim e.V. (ATB) wurden Reinkulturen von methanogenen Archaea erhalten. Diese konnten den Species Methanobacterium formicicum, Metha¬noculleus bourgensis, Methanosarcina barkeri, Methanosarcina mazei, Methanosarcina sp., Methanosaeta concilii und Methanomethylovorans sp. zugeordnet werden. Damit wurden in dieser Arbeit unter anderem die typischen bisher nur durch molekularbiologische Methoden identifizierten Species methanogener Ar¬chaea aus unterschiedlichen Fermentern in Reinkultur erhalten. Dabei wurde gezeigt, dass die specifically amplified polymorphic DNA-PCR (SAPD-PCR) eine geeignete Methode darstellt, Stämme der gleichen Art methanogener Archaea voneinander zu unterscheiden. Die Methanproduktion der kultivierten methanoge¬nen Archaea wurde gaschromatographisch analysiert. Es zeigte sich, dass die hydrogenotrophe Metha¬nogenese der effizientere und ergiebigere Weg zur Bildung von Methan ist. Mit der Bestimmung der Zellzahl des Isolates Methanoculleus bourgensis Stamm TAF1.1 bei gleichzeitiger Messung der Methanbildung wurde gezeigt, dass die Methanbildung nicht zwangsläufig mit dem Wachstum korreliert. Ne-ben Pflanzenfasern beinhalteten das hergestellte Reaktorfiltrat in den Kultivierungsansätzen Acetat, die essentielle Aminosäure Valin und den Zuckeralkohol Glycerol. Gezielte Misch¬kul¬turen von sekundären Gärern mit methanogenen Isolaten ergaben einen fördernden Einfluss auf diese Bak¬terien durch hydrogenotrophe Archaea. Diese Bakterien bauten Substrate ab oder bildeten Produkte, die sie unter den gegebenen Bedingungen ohne hydrogenotrophe Archaea nicht umsetzen konnten.

Unmittelbare, dauerhafte sowie evolutionäre Anpassung an Fremdstoffexpositionen

Eine der Hauptursachen für unerwünschte oder reduzierte Wirkungen von Medikamenten ist die Induktion von Enzymen und Transportern des Medikamentenstoffwechsels. Diese Induktion stellt ursprünglich eine physiologische Reaktion auf die Aufnahme von potentiell schädlichen Fremdstoffen aus der Umwelt dar und sichert so die Gesundheit und Fortpflanzungsfähigkeit von Lebewesen. Beim Menschen sowie anderen Säugetieren werden Fremdstoffe hauptsächlich von den nukleären Rezeptoren PXR und CAR in der Leber und im Dünndarm detektiert. Zu den Medikamenten, welche über PXR und CAR wirken, gehören unter anderem Antikonvulsiva, Statine, antiretrovirale Medikamente, Glucocorticoide sowie Antimykotika. Die durch Fremdstoffe aktivierten Transkriptionsfaktoren PXR und CAR steigern die Menge der Enzyme und Transporter des Fremdstoffmetabolismus. Hierzu zählen vor allem die Cytochrom P450-Enzyme (Cyp-Enzyme) mit breitem Substratspektrum oder der Transporter MDR1, welcher eine Vielzahl von Substraten über Membranen transportiert. Durch die Biotransformation werden die induzierenden, lipophilen Substanzen so modifiziert, dass sie leichter über den Urin oder die Galle ausgeschieden werden können. \r\nDie Dauer der Induktion sollte auf die Zeit der Fremdstoffexposition beschränkt sein, um Störungen des endogenen Stoffwechsels zu vermindern. In dieser Arbeit werden jedoch Hinweise auf dauerhafte und sogar generationsübergreifende Effekte von Medikamenten in Mäusen geliefert. Nachkommen von Müttern, welche bereits vor ihrer Verpaarung einmalig mit TCPOBOP, einem Liganden des murinen CAR, injiziert wurden, hatten eine ungefähr 100-fach gesteigerte Genexpression von Cyp2b10. Auch gab es Expressionsänderungen von Genen, deren Produkte eine Rolle im Lipidstoffwechsel sowie bei Immunkrankheiten spielen. Eine Hochdurchsatz-RNA-Sequenzierung der injizierten Elterngeneration ergab außerdem dauerhafte Expressionsveränderungen anderer Gene des Medikamentenstoffwechsels sowie von Genen mit Verbindung zum Energiemetabolismus. \r\nBerücksichtigt man die enge evolutionäre Verwandtschaft der nukleären Rezeptoren CAR und PXR, sind Langzeitveränderungen auch für PXR möglich und wurden im Verlauf dieser Arbeit ebenfalls untersucht. Eine Hochdurchsatz-Sequenzierung ergab für Mäuse, welche mit dem PXR-Aktivator PCN induziert wurden, dass selbst noch drei Monate nach der Exposition Gene verändert exprimiert waren, welche im Zusammenhang mit Lebernekrosen stehen. Bei Nachkommen von PCN-injizierten Müttern wurden Gene unterschiedlich exprimiert, welche eine Rolle bei der Energiehomöostase sowie im Glukosestoffwechsel spielen. Im Erwachsenenalter sind bei diesen Nachkommen darüber hinaus noch Gene unterschiedlich exprimiert, deren Produkte eine Funktion in der Immunantwort haben. \r\nDa Erwachsene aufgrund ihrer Lebensdauer sowie der absoluten Krankheitshäufigkeit wesentlich öfter Kontakt mit Fremdstoffen haben, war medizinisch von besonderem Interesse, ob anhaltende Genexpressionsänderungen auch bei Erwachsenen zu beobachten sind. So konnte im Rahmen dieser Arbeit gezeigt werden, dass auch einmalig exponierte Adulttiere Gene dauerhaft verändert exprimieren und die Veränderungen im Medikamentenstoffwechsel an die nächste Generation übertrugen. \r\n\r\nBisher sind klinische Studien zur Risikobewertung von Medikamenten (Pharmakovigilanz) nicht generationsübergreifend angelegt. Diese Arbeit gibt Anstöße dafür, dass dies in Zukunft für viel mehr Medikamente notwendig werden könnte. Neben Veränderungen im Medikamentenstoffwechsel ergeben sich Nebenwirkungen von PXR- und CAR-Liganden vor allem aus ihrer Beteiligung an endogenen Stoffwechselwegen. Nach Aktivierung von CAR, welcher viele metabolische Stoffwechselwege steuert, treten beispielsweise Störungen des Energiestoffwechsels auf. Ein tieferes Verständnis der Rezeptoraktivität von CAR samt einer gezielten Modulierung seiner Aktivität würde wichtige Beiträge zum Verständnis der Regulation des Fremdstoffmetabolismus sowie der Entstehung von Nebenwirkungen durch eine Behandlung mit CAR-Liganden leisten. Dauerhafte Veränderungen endogener Stoffwechselwege könnten dann möglicherweise über eine pharmakologische Modulierung der CAR-Aktivität reduziert werden. \r\nZu diesem Zweck wurden im Verlauf dieser Arbeit die CAR-Rezeptoren der Amphibien (Xenopus tropicalis, Xenopus laevis) und Reptilien (Anolis carolinensis) erstmals kloniert, als Proteine exprimiert und charakterisiert. Vergleiche zwischen Tierarten ermöglichen ein besseres Verständnis von humanen Proteinen. Funktionelle Analysen ergaben Ähnlichkeiten des Xenopus laevis-CAR mit dem PXR der Säugetiere: eine niedrige basale Aktivität sowie eine starke Induzierbarkeit durch Liganden. In weiteren funktionellen Analysen wurden die Determinanten der basalen Aktivität des Xenopus laevis-CAR untersucht. Die basale Aktivität war nicht abhängig von der subzellulären Lokalisation, sondern ergab sich aus der Proteinstruktur, welche nur beim CAR der Landvertebraten in einer aktiven Konformation fixiert ist. Ähnlich dem PXR der Säugetiere besitzt CAR der Amphibien eine Aktivierungsdomäne, welche erst durch Ligandenbindung in eine aktive Konformation gebracht wird. Mutationen einzelner Aminosäuren zum jeweils humanen Homolog erhöhten die basale Aktivität des Xenopus laevis-CAR auf die des humanen Rezeptors. Diese Mutanten mit erhöhter basalen Aktivität zeigten eine verstärkte Interaktion mit dem Kofaktor PGC-1a, einem Regulator des Energiestoffwechsels bei Säugetieren. Die hepatischen Zielgene des CAR der Amphibien überlappen zum Teil mit den humanen Zielgenen und spielen ebenfalls eine Rolle im Energiestoffwechsel.

Variation in body size and sexual dimorphism across geographical and environmental space in the frogs Limnodynastes tasmaniensis and L. peronii

This study aimed to identify potential factors responsible for geographically structured morphological variation within the widespread Australian frogs Limnodynastes tasmaniensis Gunther and L. peronii Dumeril & Bibron. There was support for James's rule, and both latitude and present climate explained large amounts of the variation in body size and shape (particularly in L. peronii). There was also some support for the influence of several biogeographical barriers. Finally, both species were sexually dimorphic for body size and the degree of sexual size dimorphism (SSD) varied geographically. Climate was an important explanation for SSD variation in L. peronii, while latitude was most important for L. tasmaniensis. Geographical variations in sexual selection via male-male physical competition and climate-related resources are suggested as potential explanations for SSD variation in L. peronii. (C) 2004 The Linnean Society of London.

Testing the energetic equivalence rule with helminth endoparasites of vertebrates

As a general test of the energetic equivalence rule, we examined macroecological relationships among abundance, density and host body mass in a comparative analysis of the assemblages of trophically transmitted endoparasitic helminths of 131 species of vertebrate hosts. Both the numbers and total volume of parasites per gram of host decreased allometrically with host body mass, with slopes roughly consistent with those expected from the allometric relationship between host basal metabolic rate and body mass. From an evolutionary perspective, large body size may therefore allow hosts to escape from the deleterious effects of parasitism.

Experience overrides colour in lizard contests

We examined the role of conspicuous coloration in male-male contests for two species of Australian dragon lizards, Ctenophortis decresii and C. vadnappa, in which conspicuous coloration has a demonstrated predation cost. We conducted contests in which the overall conspicuousness of male coloration was manipulated using paints that matched the spectral reflectance of the lizards, as well as natural (control) contests. There was little evidence for an influence of colour on contest outcome or aggression levels for either species when all experiments were considered. However, we found a significant effect of trial order and experience on contest outcome and aggression levels (the same pair of males was used for both types of contest), despite a 2-3 week interval between contests. When we examined only the first trial between unfamiliar males, we found that male C. vadnappa that had been painted to appear more conspicuous consistently won. Comparison with the natural trials suggests that the aspect of colour manipulation that was responsible for this result was the 'hue' of the throat: males with yellower throats consistently beat males with bluer throats in both natural and painted trials. The difference in coloration of flank markings also predicted the difference in aggression scores between contestants in the natural trials. These results suggest that although colour is important in opponent assessment and in determining contest outcome in C vadnappa, previous agonistic experience can override the effects of colour and have a long-lasting influence on aggressive behaviour.