Bioorganic/inorganic hybrid composition of sponge spicules: Matrix of the giant spicules and of the comitalia of the deep sea hexactinellid Monorhaphis

The giant basal spicules of the siliceous sponges Monorhaphis chuni and Monorhaphis intermedia (Hexactinellida) represent the largest biosilica structures on earth (up to 3 m long). Here we describe the construction (lamellar organization) of these spicules and of the comitalia and highlight their organic matrix in order to understand their mechanical properties. The spicules display three distinct regions built of biosilica: (i) the outer lamellar zone (radius: >300 mu m), (ii) the bulky axial cylinder (radius: <75 mu m), and (iii) the central axial canal (diameter: <2 mu m) with its organic axial filament. The spicules are loosely covered with a collagen net which is regularly perforated by 7-10 mu m large holes; the net can be silicified. The silica layers forming the lamellar zone are approximate to 5 mu m thick; the central axial cylinder appears to be composed of almost solid silica which becomes porous after etching with hydrofluoric acid (HF). Dissolution of a complete spicule discloses its complex structure with distinct lamellae in the outer zone (lamellar coating) and a more resistant central part (axial barrel). Rapidly after the release of the organic coating from the lamellar zone the protein layers disintegrate to form irregular clumps/aggregates. In contrast, the proteinaceous axial barrel, hidden in the siliceous axial cylinder, is set up by rope-like filaments. Biochemical analysis revealed that the (dominant) molecule of the lamellar coating is a 27-kDa protein which displays catalytic, proteolytic activity. High resolution electron microscopic analysis showed that this protein is arranged within the lamellae and stabilizes these surfaces by palisade-like pillars. The mechanical behavior of the spicules was analyzed by a 3-point bending assay, coupled with scanning electron microscopy. The load-extension curve of the spicule shows a biphasic breakage/cracking pattern. The outer lamellar zone cracks in several distinct steps showing high resistance in concert with comparably low elasticity, while the axial cylinder breaks with high elasticity and lower stiffness. The complex bioorganic/inorganic hybrid composition and structure of the Monorhaphis spicules might provide the blueprint for the synthesis of bio-inspired material, with unusual mechanical properties (strength, stiffness) without losing the exceptional properties of optical transmission. (C) 2007 Elsevier Inc. All rights reserved.

Axial growth of hexactinellid spicules: Formation of cone-like structural units in the giant basal spicules of the hexactinellid Monorhaphis

The glass sponge Monorhaphis chuni (Porifera: Hexactinellida) forms the largest bio-silica structures on Earth; their giant basal spicules reach sizes of up to 3 m and diameters of 8.5 mm. Previously, it had been shown that the thickness growth proceeds by appositional layering of individual lamellae; however, the mechanism for the longitudinal growth remained unstudied. Now we show, that the surface of the spicules have towards the tip serrated relief structures that are consistent in size and form with the protrusions on the surface of the spicules. These protrusions fit into the collagen net that surrounds the spicules. The widths of the individual lamellae do not show a pronounced size tendency. The apical elongation of the spicule proceeds by piling up cone-like structural units formed from silica. As a support of the assumption that in the extracellular space silicatein(-like) molecules exist that associate with the external surface of the respective spicule immunogold electron microscopic analyses were performed. With the primmorph system from Suberites domuncula we show that silicatein(-like) molecules assemble as string- and net-like arrangements around the spicules. At their tips the silicatein(-like) molecules are initially stacked and at a later stay also organized into net-like structures. Silicatein(-like) molecules have been extracted from the giant basal spicule of Monorhaphis. Applying the SDS-PAGE technique it could be shown that silicatein molecules associate to dimers and trimers. Higher complexes (filaments) are formed from silicatein(-like) molecules, as can be visualized by electron microscopy (SEM). In the presence of ortho-silicate these filaments become covered with 30-60 nm long small rod-like/cuboid particles of silica. From these data we conclude that the apical elongation of the spicules of Monorhaphis proceeds by piling up cone-like silica structural units, whose synthesis is mediated by silicatein(-like) molecules. (C) 2008 Elsevier Inc. All rights reserved.

Identification of a silicatein(-related) protease in the giant spicules of the deep-sea hexactinellid Monorhaphis chuni

Silicateins, members of the cathepsin L family, are enzymes that have been shown to be involved in the biosynthesis/condensation of biosilica in spicules from Demospongiae (phylum Porifera), e. g. Tethya aurantium and Suberites domuncula. The class Hexactinellida also forms spicules from this inorganic material. This class of sponges includes species that form the largest biogenic silica structures on earth. The giant basal spicules from the hexactinellids Monorhaphis chuni and Monorhaphis intermedia can reach lengths of up to 3 m and diameters of 10 mm. The giant spicules as well as the tauactines consist of a biosilica shell that surrounds the axial canal, which harbours the axial filament, in regular concentric, lamellar layers, suggesting an appositional growth of the spicules. The lamellae contain 27 kDa proteins, which undergo post-translational modification (phosphorylation), while total spicule extracts contain additional 70 kDa proteins. The 27 kDa proteins cross-reacted with anti-silicatein antibodies. The extracts of spicules from the hexactinellid Monorhaphis displayed proteolytic activity like the silicateins from the demosponge S. domuncula. Since the proteolytic activity in spicule extracts from both classes of sponge could be sensitively inhibited by E-64 (a specific cysteine proteinase inhibitor), we used a labelled E-64 sample as a probe to identify the protein that bound to this inhibitor on a blot. The experiments revealed that the labelled E-64 selectively recognized the 27 kDa protein. Our data strongly suggest that silicatein(-related) molecules are also present in Hexactinellida. These new results are considered to also be of impact for applied biotechnological studies.

Estimation of soil organic partition coefficients: from retention factors measured by soil column chromatography with water as eluent

The retention factors (k) of 104 hydrophobic organic chemicals (HOCs) were measured in soil column chromatography (SCC) over columns filled with three naturally occurring reference soils and eluted with Milli-Q water. A novel method for the estimation of soil organic partition coefficient (K-oc) was developed based on correlations with k in soil/water systems. Strong log K-oc versus log k correlations (r>0.96) were found. The estimated K-oc values were in accordance with the literature values with a maximum deviation of less than 0.4 log units. All estimated K-oc values from three soils were consistent with each other. The SCC approach is promising for fast screening of a large number of chemicals in their environmental applications. (C) 2002 Elsevier Science B.V. All rights reserved.

Influence of methanol on retention of hydrophobic organic chemicals in soil leaching column chromatography

The influence of methanol in methanol-water mixed eluents on the capacity factor (P), an important parameter which could depict leaching potential of hydrophobic organic chemicals (HOCs) in soil leaching column chromatography (SLCC), was investigated. Two reference soils, GSE 17201 obtained from Bayer Landwirtschaftszentrum, Monheim, Germany and SP 14696 from LUFA, Spencer, Germany, were used as packing materials in soil columns, and isocratic elution with methanol-water mixtures at different volume fractions of methanol (phi) were tested. Shortterm exposure of the column (packed with the GSE 17201 soil) to the eluents increased solute retention by a certain (23% log-unit) degree evaluated through a correlation with the retention on the same soil column but unpreconditioned by methanol-containing eluents. Long-term exposure of soil columns to the eluents did not influence the solute retention. A log-linear equation, log k' = log k'(w) - Sphi, could well and generally describe the retention of HOCs in SLCC. For the compounds of homologous series, logk'(w), had good linear relationship with S, indicating the hydrophobic partition mechanism existing in the retention process. (C) 2002 Elsevier Science Ltd. All rights reserved.

Linear solvation energy relationships regarding sorption and retention properties of hydrophobic organic compounds in soil leaching column chromatography

The capacity factors of a series of hydrophobic organic compounds (HOCs) were measured in soil leaching column chromatography (SLCC) on a soil column, and in reversed-phase liquid chromatography on a C-18 column with different volumetric fractions (phi) of methanol in methanol-water mixtures. A general equation of linear solvation energy relationships, log(XYZ) = XYZ(0) + mV(1)/100 + spi* + bbeta(m) + aalpha(m), was applied to analyze capacity factors (k'), soil organic partition coefficients (K-oc) and octanol-water partition coefficients (P). The analyses exhibited high accuracy. The chief solute factors that control log K-oc, log P, and log k' (on soil and on C-18) are the solute size (V-1/100) and hydrogen-bond basicity (beta(m)). Less important solute factors are the dipolarity/polarizability (pi*) and hydrogen-bond acidity (alpha(m)). Log k' on soil and log K-oc have similar signs in four fitting coefficients (m, s, b and a) and similar ratios (m:s:b:a), while log k' on C-18 and log P have similar signs in coefficients (m, s, b and a) and similar ratios (m:s:b:a). Consequently, log k' values on C-18 have good correlations with log P (r > 0.97), while log k' values on soil have good correlations with log K-oc (r > 0.98). Two K-oc estimation methods were developed, one through solute solvatochromic parameters, and the other through correlations with k' on soil. For HOCs, a linear relationship between logarithmic capacity factor and methanol composition in methanol-water mixtures could also be derived in SLCC. (C) 2002 Elsevier Science Ltd. All rights reserved.

Retention behavior of hydrophobic organic chemicals as a function of temperature in soil leaching column chromatography

To study the transport mechanism of hydrophobic organic chemicals (HOCs) and the energy change in soil/solvent system, a soil leaching column chromatographic (SLCC) experiment at an environmental temperature range of 20-40 degreesC was carried out, which utilized a reference soil (SP 14696) packed column and a methanol-water (1:4 by volume ratio) eluent. The transport process quickens with the increase of column temperature. The ratio of retention factors at 30 and 40 degreesC (k'(30)/k'(40)) ranged from 1.08 to 1.36. The lower enthalpy change of the solute transfer in SLCC (from eluent to soil) than in conventional reversed-phase liquid chromatography (e.g., from eluent to C-18) is consistent with the hypothesis that HOCs were dominantly and physically partitioned between solvent and soil. The results were also verified by the linear solvation energy relationships analysis. The chief factor controlling the retention was found to be the solute solvophobic partition, and the second important factor was the solute hydrogen-bond basicity, while the least important factors were the solute polarizability-dipolarity and hydrogen-bond acidity. With the increase of temperature, the contributions of the solute solvophobic partition and hydrogen-bond basicity gradually decrease, and the latter decreases faster than the former. (C) 2002 Elsevier Science Ltd. All rights reserved.

Perspectivas de degradação de fezes bovinas pelo besouro coprófago africano, Digitonthophagus gazella, e espécies sul-americanas (Coleoptera; Scarabaeidae e Aphodiidae).

Este trabalho teve por objetivo determinar as espécies de besouros coprófagos das famílias Scarabaeidae e Aphodiidae presentes em pastagens cultivadas no cerrado sul-mato-grossense, com o intuito de conhecer aquelas com potencial promissor para uso no controle integrado dos parasitos bovinos associados às MFs, em Campo Grande, MS. Adicionalmente, foi também avaliada a única espécie exótica, D. gazella, quanto ao comportamento de sua população em meio aos coleópteros coprófagos nativos.

Proposta de manejo de Memora peregrina - a Ciganinha.

A "ciganinha", cientificamente conhecida como Memora peregrina (Miers) Sandwith (Bignoniaceae), presente em diversas áreas de cerrado do Brasil Central, vem sendo um sério problema como invasora de pastagens cultivadas, em especial, quando estas já se encontram em adiantado estado de degradação. Nunes (1999) descreve-a como um arbusto, com ramos semilenhosos, entouceirado, ereto, que atinge a altura entre 100 e 150 centímetros. Apresenta inflorescências vistosas com flores amarelas semelhantes às do ipê-amarelo, o que contribuía para que, até recentemente, fosse catalogada apenas como planta ornamental (LORENZI; SOUZA, 1995). O principal período de florada ocorre na primavera e no verão, embora a presença de flores pode ser observada, praticamente, em qualquer época do ano. Sua reprodução se dá por sementes aladas, contidas em camadas sobrepostas no interior de uma cápsula com aspecto de uma longa vagem e, também, por processo vegetativo. Esse último ocorre pela ativação de gemas latentes presentes no caule, tanto em sua parte aérea quanto na subterrânea, em resposta ao seu eventual fracionamento ou quando este sofre lesões de qualquer natureza, especialmente por tratos mecânicos. Pouco se conhece sobre M. peregrina, porque mesmo em pastagens com gramíneas nativas e/ou naturalizadas, como Paspalum notatum (grama batatais ou mato-grosso), Melinis minutiflora (capimgordura) ou Hyparrhenia rufa (capim-jaraguá), manejadas há décadas com roçadeiras ou fogo, essa planta não é considerada problema. A ciganinha só assumiu o status de praga anos depois da implantação de pastagens cultivadas com uso de arados, grades de aração e subsoladores, sendo, em muitos casos, indicadora de pastagens degradadas ou em processo de degradação.

Ocorrência de besouros coprófagos capturados por dois tipos de atrativos: fonte luminosa e fezes bovinas.

Os besouros coprófagos, popularmente conhecidos como "rola-bostas", ao lado de ácaros e outros insetos predadores ou competidores que atuam nas massas fecais, são grandes parceiros biológicos da pecuária (KOLLER, 1998). Por se alimentarem de fezes, esses besouros constituem a maneira mais prática e economicamente viável da qual se dispõe para remover as massas fecais de bovinos nas pastagens. Além disso, colaboram com a bovinocultura no controle de pragas e parasitos presentes nas fezes bovinas, tais como a mosca-dos-chifres (Haematobia irritans) e diversas espécies de vermes gastrintestinais (nematódeos). Os coleópteros coprófagos podem proporcionar outros benefícios ao enterrar as fezes dos animais porque aceleram a absorção de nutrientes pelo solo (adubação orgânica), o que evita perdas significativas de nitrogênio, um dos nutrientes de maior custo na conservação das pastagens cultivadas (MIRANDA et al., 2000). Outra contribuição importante é que ao cavar galerias os besouros coprófagos melhoram a aeração do solo e contribuem para a infiltração de água, melhorando as características físicas dele (FINCHER, 1981). Logo, a utilização de besouros coprófagos no controle biológico constitui uma alternativa interessante em comparação ao controle químico convencional, tendo em vista a sua abundância e diversidade relatada para diferentes regiões do Brasil (OLIVEIRA et al., 1996; RODRIGUES; MARCHINI, 1998; PEREIRA et al., 2003; MONTEIRO et al., 2006; RONQUI et al., 2006). A lógica da adoção de estratégias integradas de métodos de controle, valorizando o controle natural, reside no fato de que muitos parasitos, especialmente a mosca-dos-chifres (BARROS et al., 2002; 2007), carrapatos e vermes gastrintestinais, estão se tornando resistentes aos produtos empregados no seu controle. Além disso, o uso inadequado e sistemático de pesticidas interfere na sobrevivência de organismos benéficos presentes nas massas fecais, contribuindo para um controle biológico menos eficiente. Entre esses organismos benéficos, talvez os mais prejudicados sejam os besouros coprófagos. No presente estudo comparou-se a eficácia de captura entre armadilhas tipo alçapão segundo o modelo descrito e proposto por Lobo et al. (1988), comparando a isca tradicional de fezes bovinas com uma fonte de atração luminosa e utilizando recipiente de captura com 54 cm de diâmetro de abertura. O trabalho foi realizado na Fazenda Experimental da Embrapa Gado de Corte, localizada a 20° 27' S e 54° 37' W e a uma altitude aproximada de 530 metros, em Campo Grande, MS, situada na região central de Mato Grosso do Sul.

Diagnóstico da resistência do carrapato-do-boi a carrapaticidas em Mato Grosso do Sul.

No Brasil, casos de resistência do carrapato-do-boi [Rhipicephalus (Boophilus) microplus] aos acaricidas organofosforados têm sido relatados a partir do início dos anos de 1970 e, aos piretróides, no fi nal dos anos de 1980. Desde então, as reclamações de produtores quanto a esse problema vêm se avolumando em todas as regiões pecuárias. Por isso, torna-se importante conhecer bem a real situação de sua resistência e caracterizar adequadamente seu controle a fi m de torná-lo mais efi ciente e reduzir seu custo. Este estudo objetivou avaliar a suscetibilidade de populações de R. (B.) microplus em relação a acaricidas de distintas classes e caracterizar seu controle no Estado de Mato Grosso do Sul. Para tanto, foram realizados bioensaios toxicológicos com carrapatos obtidos em bovinos de propriedades de gado de corte e de leite em onze das principais regiões produtivas do Estado: Três Lagoas, Dourados, Alto Taquari, Iguatemi, Baixo Pantanal, Campo Grande, Bodoquena, Paranaíba, Aquidauana, Nova Andradina e Cassilândia. A escolha das propriedades amostradas priorizou aquelas com histórico de problemas críticos no controle químico dos carrapatos, mas, na ausência deles em condições de realizar os testes com tal precedente histórico, as fazendas foram escolhidas por consulta conforme a disponibilidade de carrapatos. Nos testes de suscetibilidade foi utilizada a técnica de imersão de teleóginas (cinco minutos), com posterior avaliação de parâmetros biológicos. Na imersão foram utilizados doze acaricidas comerciais (totalizando sete princípios ativos pertencentes a quatro classes distintas): amitraz; diazinon; cipermetrina; clorpirifós + cipermetrina + citronelal; diclorvós (DDVP) + clorfenvinfós; cimiazole + cipermetrina; etion + cipermetrina; DDVP + clorpirifós; clorpirifós + cipermetrina; cipermetrina + clorpirifós + butóxido de piperonila + citronelal e cipermetrina + clorfenvinfós. Após a imersão (lotes de no mínimo 10 teleóginas por produto), as teleóginas foram secas e mantidas em câmara climatizada por 30 dias para a avaliação de parâmetros reprodutivos, tais como: peso da postura (no 16o dia), taxa de eclosão e efi ciência reprodutiva (no 40o dia). Foram considerados eficazes os produtos cuja efi cácia foi igual ou superior a 95%, critério este estabelecido pelo Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento (Mapa) para o registro de novos produtos. Em todas as propriedades foi verificada resistência a pelo menos um produto carrapaticida, havendo diversas propriedades com resistência de até 100% a um ou mais princípios ativos. Constatou-se que a efi cácia dos produtos piretróides nas populações amostradas foi, em geral, inferior a 70%, não sendo recomendado seu uso nas propriedades visitadas. Dentre os doze produtos avaliados, apenas dois produtos, DDVP 60% + clorfenvinfós 20% (97,68%) e Cipermetrina 15% + clorpirifós 25% + butóxido de piperonila 15% + citronelal 1% (100%), apresentaram efi cácia média superior a 95% e devem controlar satisfatoriamente as infestações pelo carrapato em condições de campo. Paralelamente, observou-se que os pecuaristas utilizam, também, produtos não autorizados ou sem registro ofi cial e efetuam diferentes combinações de produtos a seu dispor, incluindo produtos caseiros ou específi cos para uso agrícola, em função da ausência de um programa nacional de controle do carrapato bovino.

Surtos da mosca-dos-estábulos, Stomoxys calcitrans, em Mato Grosso do Sul: novo problema para as cadeias produtivas da carne e sucroalcooleira?

No presente documento é registrada a ocorrência de infestações preocupantes pela mosca-dos-estábulos, Stomoxys calcitrans L. (Diptera: Muscidae), em propriedades pecuárias próximas de usinas sucroalcooleiras na região Sul de Mato Grosso do Sul, no ano de 2009. A biologia do inseto; sua importância epidemiológica, econômica e veterinária e; possíveis alternativas de controle são apresentadas e discutidas. Entre as alternativas de controle sugere-se, em especial, o revolvimento completo duas vezes por semana do material de compostagem nas usinas e a drenagem do local onde é executada, assim como o enterrio parcial da palha pós-colheita da cana-de-açúcar com uso de cultivador. Nas propriedades pecuárias recomenda-se a limpeza de locais de criação da mosca, representado por acúmulo de dejetos de animais domésticos e ou de resíduos alimentares, especialmente em confinamentos e leiterias, dentre outras recomendações. Somente com ações integradas será possível resolver o problema e contribuir para o desenvolvimento sustentável de duas importantes cadeias produtivas do agronegócio brasileiro.

Atualização sobre o controle estratégico do carrapato-do-boi.

Detecção da resistência. Classe dos carrapaticidas. Ciclo biológico do carrapato R. microplus. Controle estratégico. Cuidados no controle.