Effects of land use and physicochemical water quality on grass shrimp, Palaemonetes pugio, and its parasitic isopod, Probopyrus pandalicola, in South Carolina, USA tidal creeks

Grass shrimp, Palaemonetes pugio, are a common inhabitant of US East and Gulf coast salt marshes and are a food source for recreationally and economically important fish and crustacean species. Due to the relationship of grass shrimp with their ecosystem, any significant changes in grass shrimp population may have the potential to affect the estuarine system. Land use is a crucial concern in coastal areas where increasing development impacts the surrounding estuaries and salt marshes and has made grass shrimp population studies a logical choice to investigate urbanization effects. Any impact on tidal creeks will be an impact on grass shrimp populations and their associated micro-environment whether predator, prey or parasitic symbiont. Anthropogenic stressors introduced into the grass shrimp ecosystem may even change the intensity of infections from parasitic symbionts. An ectoparasite found on P. pugio is the bopyrid isopod Probopyrus pandalicola. Little is known about factors that may affect the occurrence of this isopod in grass shrimp populations. The goal was to analyze the prevalence of P. pandalicola in grass shrimp in relation to land use classifications, water quality parameters, and grass shrimp population metrics. Eight tidal creeks in coastal South Carolina were sampled monthly over a three year period. The occurrence of P. pandalicola ranged from 1.2% to 5.7%. Analysis indicated that greater percent water and marsh coverage resulted in a higher incidence of bopyrid occurrence. Analysis also indicated that higher bopyrid incidence occurred in creeks with higher salinity, temperature, and pH but lower dissolved oxygen. The land use characteristics found to limit bopyrid incidence were limiting to grass shrimp (definitive host) populations and probably copepod (intermediate host) populations as well.

Note on the occurrence of a terrestrial isopod, Hemilepistus klugii (Brandt) in Baluchistan, Pakistan

During a computer-aided search of the Crustacea collection in the Department of Invertebrate Zoology at the Smithsonian Institution (USNM), a record was found for the existence of Hemilepistus klugii (Brandt, 1833) in Pakistan.

A new parasitic isopod of the genus Norileca (Crustacea, Cymothoidae) from the Arabian Sea

A new species Norileca borealis belonging to the family Cymothoidae is described in detail and illustrated. The new species is distinguished from the other members of the genus by the details of maxilla 2, maxilliped, pleotelson and pereopod 1.

Trophic relationship between the parasitic isopod ichthyoxenus japonensis and the fish carassius auratus auratus as revealed by stable isotopes

Stable carbon and nitrogen isotope analysis was used to investigate the host-parasite trophic relationship between the parasitic isopod Ichthyoxenus japonensis and one of its freshwater fish host Carassius auratus auratus from Lake Fuxian, China. No significant differences in delta C-13 and delta N-15 were observed between the heterosexual pairs of I. japonensis in the same host. delta C-13 and delta N-15 of I. japonensis were significantly lower than those of its host fish, and the isotopic ratios of the isopod increased with the increase of host fish isotopic signatures. Unlike isotopic fractionation patterns generally observed among consumers and their diets, isopod parasite was delta C-13 and N-15 depleted relative to the muscle tissue of this host fish. Differential isotopic fractionation patterns in the isopod parasite and the fish may be attributed to differences in parasite and host metabolism.

Endocrine disruption in the terrestrial isopod porcellio scaber

Nas últimas décadas tem-se assistido a uma preocupação crescente relativamente às possíveis consequências da exposição a compostosxenóbioticos capazes de modular ou causar disrupção do sistema endócrino, os denominados Compostos Disruptores Endócrinos (CDEs). A maioria dos estudos efectuados tem-se centrado principalmente nos efeitos dos CDEs em vertebrados, enquanto que os seus efeitos em invertebrados têmsido negligenciados, embora este grupo represente mais de 95% de todas asespécies animais. Isópodes como o Porcellio scaber, combinam características associadas às mudas e aos processos reprodutivos mediados por mecanismos endócrinosconhecidos com um modo de vida terrestre, tornando-os potenciais espécies sentinela para estudos de disrupção endócrina (DE) em ambientes terrestres. Neste estudo, isópodes machos adultos, machos e fêmeas juvenis e casais foram expostos a concentrações crescentes dedois CDEs, vinclozolina (Vz) e bisfenol A (BPA). Testou-se a hipótese nula que a Vz e o BPA não interferem com o desenvolvimento e reprodução deste isópode terrestre. Foi investigadaa possível ligação entre os efeitos causados pelos compostos propostos e DE assim como a ligação a outros potenciais mecanismos de toxicidade.Parâmetros como concentração de 20-hidroxiecdisona (20E), muda, crescimento, rácios sexuais ediversos parâmetros reprodutivos foram estudados. Adicionalmente, de modo a estudar os alvos moleculares destes tóxicos, analisou-se a expressão proteica do intestino, hepatopâncreas e testículos do isópode após exposição aos químicos. Os resultados demonstram que a Vz e o BPA estimulam o aumento dos níveis de 20E de um modo dependente da dose. Excepção feita para a concentração mais baixa de BPA testada (10 mg/kg solo), para a qual concentrações significativamente mais altas de 20E foram determinadas, sugerindo a ocorrência dos “efeitos de baixas doses típicos de DE” já demonstrados por outros autores. O BPA também distorceu o rácio sexual favorecendo asfêmeas na concentração mais baixa. A mortalidade devido à ecdise incompleta foi relacionada com o hiper-ecdisonismo nas concentrações mais elevadas de Vz. Mais ainda, a Vz tende a atrasar a muda e o BPA a induzi-la. Não obstante, ambos os compostos provocam toxicidade no desenvolvimento,uma vez que foi encontrada uma diminuição generalizada nos parâmetros de crescimento. Os juvenis mostraram ser mais sensíveis à exposição aos tóxicos que os adultos. Estes compostos provocaram ainda toxicidade reprodutiva, com um decréscimo generalizado do “output” reprodutivo. A toxicidadecausada pelos ecdisteróides e o seu papel na síntese de vitelogenina são alguns dos factores chave que poderão influenciar negativamente a reprodução.A Vz e o BPA afectaram a expressão de proteínas envolvidas nometabolismo energético e induziram várias respostas de stress. Interferiram ainda com proteínas intimamente ligadas com o sucesso reprodutivo. Conclui-se assim,que ambos os CDEs propostos provocam toxicidade nodesenvolvimento e na reprodução de P. scaber, tendo sido evidenciada umaligação a DE. Alvos moleculares de natureza não-endócrina foram também revelados, através da expressão diferencial de algumas proteínaspreviamente descritas para invertebrados aquáticos e mesmo alguns vertebrados.

Influence of speciation in the bioavailability of cadmium to an isopod

Devido às actividades antropogénicas várias substâncias químicas têm sido introduzidas no meio ambiente em concentrações que de outro modo não ocorreriam de forma tão elevada naturalmente. Assim, o conhecimento acerca das características de um químico, tais como, o potencial para se acumular em diferentes níveis tróficos, a sua mobilidade dentro do ecossistema, a toxicidade específica e a bioacumulação, é fundamental para compreender os seus efeitos nos ecossistemas. Esta tese investiga a influência de especiação, na biodisponibilidade do cádmio (Cd) para o isópode Porcellio dilatatus, incluindo os efeitos de especiação do metal: (i) na assimilação do Cd, (ii) no modo como o Cd se distribui internamente no organismo, e (iii) como a sobrevivência e a reprodução são afectadas em isópodes terrestres. Num primeiro ensaio laboratorial avaliou-se a importância da transferência trófica na assimilação do Cd em P. dilatatus. Para tal analisou-se a eficiência de assimilação (EA) do Cd em isópodes, adicionado superficialmente ao alimento (alface) na forma de Cd(NO3)2 e contaminando o meio de crescimento da alface. A hipótese era de que a alface contaminada biologicamente através do cultivo em meio hidropónico contaminado teria uma maior proporção de complexos com proteína ou conjugado na forma de Cd (ex. Cd cisteína). A EA de Cd foi maior entre os isópodes que foram alimentados com o sal (71%, SE = 7%), do que entre os isópodes que se alimentaram de alface contaminada biologicamente (52%, SE = 5%), demonstrando-se assim num teste laboratorial que é provável que a especiação do Cd influencie a taxa de assimilação e acumulação do Cd. Na experiência alimentar que se seguiu, estudou-se em detalhe a especiação do metal comparando as EA do Cd conjugado com cisteína (Cd(Cys)2) e na forma de Cd(NO3)2, com os quais se contaminou gelatina com alface. A utilização de Cd-cisteína, proporcionou uma forma experimental para explorar a biodisponibilidade do Cd complexado dentro do tecido biológico. Como esperado, a EA de Cd em isópodes alimentados com nitrato de Cd (64%, SE = 5%) foi maior do que no caso de isópodes alimentados com o conjugado de cisteína (20%, SE = 3%). De seguida estudou-se a distribuição subcelular das espécies de Cd assimilado através de um processo de fraccionamento. Supunha-se que as diferenças de especiação de Cd reflectiria diferentes estratégias de compartimentalização, com consequências ao nível da detoxificação, armazenamento celular e distribuição subcelular do metal. O “sequestro” na forma de metal biologicamente detoxificado (BDM = proteínas estáveis ao calor - HSP e grânulos ricos em metal - RMG) foi maior nos isópodes alimentados com Cd(NO3)2, sugerindo que são mais eficientes na detoxificação de Cd (22%) do que quando alimentados com Cd(Cys)2 (15%). Foi também demonstrado que os isópodes alimentados com Cd(Cys)2 possuíam níveis de armazenamento de Cd superior nas fracções sensíveis ao metal (MSF = organelos e proteínas desnaturadas pelo calor - HDP) consideradas fracções potencialmente vulneráveis e afectando os isópodes em termos de toxicidade. As diferentes distribuições internas que se seguiram à assimilação e detoxificação das diferentes espécies de Cd foram finalmente avaliadas em termos da sobrevivência e reprodução dos isópodes. O tratamento com Cd(Cys)2 teve maior mortalidade, provavelmente devido à maior disponibilidade de Cd ingerido com implicações ao nível dos processos fisiológicos. Os isópodes alimentados com Cd(NO3)2 armazenaram o Cd nos MRG, como estratégia de detoxificação, sendo mais eficientes a detoxificar o Cd ainda que aumentando a concentração total do metal que se tornou menos tóxico para o isópode. Desta forma, o Cd nos grânulos não estava disponível para os processos fisiológicos e deixou de ser tóxico. Isso poderia estar relacionado com a resistência e tolerância aos metais devido à capacidade dos isópodes compartimentalizarem o Cd no hepatopâncreas, que actua como um mecanismo de detoxificação e contribui para a tolerância a altos níveis de cádmio. Em termos de parâmetros reprodutivos, observou-se uma redução de gestações e duração da gestação na presença de ambas as espécies de metal, mas no caso do Cd(Cys)2 as gravidezes não se concluíram. O número de jovens produzido por fêmeas alimentadas com Cd(NO3)2 foi menor do que no controlo, mas os pesos dos juvenis foram superiores. Finalmente sugere-se assim que esta abordagem seja considerada em estudos do movimento trófico de metais nas cadeias alimentares dado que se espera que a especiação de metais implique diferentes fluxos, dentro de uma dada cadeia trófica.

Single and joint effects of natural and chemical stressors to the terrestrial isopod Porcellionides pruinosus

Environmental contamination and climate changes constitute two of the most serious problems affecting soil ecosystems in agricultural fields. Agriculture is nowadays a highly optimized process that strongly relies on the application of multiple pesticides to reduce losses and increase yield production. Although constituting, per se, a serious problem to soil biota, pesticide mixtures can assume an even higher relevance in a context of unfavourable environmental conditions. Surprisingly, frameworks currently established for environmental risk assessments keep not considering environmental stressors, such as temperature, soil moisture or UV radiation, as factors liable to influence the susceptibility of organisms to pesticides, or pesticide mixtures, which is raising increasing apprehension regarding their adequacy to actually estimate the risks posed by these compounds to the environment. Albeit the higher attention received on the last few years, the influence of environmental stressors on the behaviour and toxicity of chemical mixtures remains still poorly understood. Aiming to contribute for this discussion, the main goal of the present thesis was to evaluate the single and joint effects of natural stressors and pesticides to the terrestrial isopod Porcellionides pruinosus. The first approach consisted on evaluating the effects of several abiotic factors (temperature, soil moisture and UV radiation) on the performance of P. pruinosus using several endpoints: survival, feeding parameters, locomotor activity and avoidance behaviour. Results showed that these stressors might indeed affect P. pruinosus at relevant environmental conditions, thus suggesting the relevance of their consideration in ecotoxicological assays. At next, a multiple biomarker approach was used to have a closer insight into the pathways of damage of UV radiation and a broad spectrum of processes showed to be involved (i.e. oxidative stress, neurotoxicity, energy). Furthermore, UV effects showed to vary with the environment medium and growth-stage. A similar biomarker approach was employed to assess the single and joint effects of the pesticides chlorpyrifos and mancozeb to P. pruinosus. Energy-related biomarkers showed to be the most differentiating parameters since age-classes seemed to respond differently to contamination stress and to have different metabolic costs associated. Finally, the influence of temperature and soil moisture on the toxicity of pesticide mixtures was evaluated using survival and feeding parameters as endpoints. Pesticide-induced mortality was found to be oppositely affected by temperature, either in single or mixture treatments. Whereas chlorpyrifos acute toxicity was raised under higher temperatures the toxicity of mancozeb was more prominent at lower temperatures. By the opposite, soil moisture showed no effects on the pesticide-induced mortality of isopods. Contrary to survival, both temperature and soil moisture showed to interact with pesticides to influence isopods’ feeding parameters. Nonetheless, was however the most common pattern. In brief, findings reported on this thesis demonstrated why the negligence of natural stressors, or multiple stressors in general, is not a good solution for risk assessment frameworks.

Benthic isopod species in the Ross Sea and their distribution in the Southern Ocean

In this study isopod species of the Ross Sea were investigated. Literature until May 2008 was checked to provide an overview of all known and described species in the Ross Sea. This species checklist was then enlarged through material of the 19th Italica expedition in 2004. During this expedition for the first time a small mesh net (500 µm) was used. Nine thousand four hundred and eighty one isopod specimens were collected during this expedition. Through this material the number of isopod species in the Ross Sea increased from 42 to 117 species, which belong to 20 families and 49 genera. Fifty-six percentage of the isopods species collected during the Italica expedition are new to science. The zoogeography of the 117 species was investigated. A non-transformed binary presence-absence data matrix was constructed using the Bray-Curtis coefficient. The results were displayed in a cluster analysis and by nonmetric multidimensional scaling (MDS). This paper gives a first insight into the occurrence and distribution of the isopod species of the Ross Sea.

Parasitic isopod Anilocra apogonae, a drag for the cardinal fish Cheilodipterus quinquelineatus

Cymothoid isopods Anilocra apogonae are regular ectoparasites of the cardinal fish Cheilodipterus quinquelineatus on the Great Barrier Reef. To determine whether this large isopod, attached to the head of the fish, affects the physiology and behaviour of its host, we conducted morphological measurements to obtain a condition index and several laboratory experiments on fish with and without isopods. The condition index did not vary between parasitised and non-parasitised wild fish. However, we found that parasitised fish lost more weight than unparasitised fish when fed a low food ration. Parasitised fish also had a higher rate of oxygen consumption than non-parasitised fish. When maintaining body posture in calm water, parasitised fish had an elevated pectoral fin beat frequency, probably because the isopod attaches asymmetrically, causing an asymmetrical weight balance for which the fish needs to compensate. Moreover, the sustained aerobic swimming speed as well as the swimming endurance at high water speeds were reduced in parasitised fish, possibly because of the drag from the parasite. The results suggest that parasites can have significant effects on fish even if this is not revealed by their body condition index in the wild. The metabolic effects found imply that parasitised fish may have to spend more time foraging to compensate for their higher metabolism. This could expose them to a higher risk of being eaten, a situation made worse by an impaired swimming ability that may reduce their capacity to escape a predator.