Nucleus isthmi and control of breathing in amphibians

Despite recent advances, the mechanisms of neurorespiratory control in amphibians are far from understood. One of the brainstem structures believed to play a key role in the ventilatory control of anuran amphibians is the nucleus isthmi (NI). This nucleus is a mesencephalic structure located between the roof of the midbrain and the cerebellum, which differentiates during metamorphosis; the period when pulmonary ventilation develops in bullfrogs. It has been recently suggested that the NI acts to inhibit hypoxic and hypercarbic drives in breathing by restricting increases in tidal volume. This data is similar to the influence of two pontine structures of mammals, the locus coeruleus and the nucleus raphe magnus. The putative mediators for this response are glutamate and nitric oxide. Microinjection of kynurenic acid (an ionotropic receptor antagonist of excitatory amino acids) and L-NAME (a non-selective NO synthase inhibitor) elicited increases in the ventilatory response to hypoxia and hypercarbia. This article reviews the available data on the role of the NI in the control of ventilation in amphibians. (C) 2004 Elsevier B.V. All rights reserved.

Ocorrência e distribuição espacial e temporal das larvas de anuros (Amphibia) em diferentes sistemas aquáticos da Ilha Grande (Rio de Janeiro)

Os girinos dos anuros podem ocorrer em inúmeros tipos de sistemas hídricos, desde ambientes relativamente simples e previsíveis, como na água acumulada em epífitas ou uma poça temporária, até hábitats aquáticos permanentes mais complexos, como os riachos. A interação entre os fatores ambientais bióticos e abióticos existentes nesses diferentes ambientes com os fatores históricos é essencial para explicar a estrutura das comunidades dessa fase de vida dos anuros. O entendimento sobre como estes fatores atuam e sua importância nos conduz a uma maior compreensão do que parece influenciar positivamente ou negativamente o estabelecimento dos girinos nos seus diferentes ambientes. Inicialmente, fornecemos uma discussão detalhada da importância desses fatores. Em seguida, avaliamos a estrutura da assembléia dos girinos e a sua estratégia de ocupação espacial e temporal em relação ao uso de diferentes sistemas aquáticos, temporários e permanentes (poças, terrenos alagados, riachos e ambientes artificiais) em uma área de Mata Atlântica na Ilha Grande (Rio de Janeiro). Posteriormente, propomos um experimento para avaliar como os girinos característicos de diferentes tipos de habitats hídricos respondem à condição adversa de ausência de água livre. Depois, é sugerida uma chave artificial de identificação para os girinos da Ilha Grande, com base nas espécies contempladas neste estudo. Por fim, apresentamos a descrição do girino de Proceratophrys tupinamba, provendo algumas informações sobre sua distribuição temporal e uso de microhabitats. Registramos girinos de 12 espécies de anuros, o que correspondeu a 71% dos anfíbios da Ilha Grande com larvas exotróficas em ambientes aquáticos. O espectro de habitats hídricos utilizados variou consistentemente entre as espécies. Girinos de Aplastodiscus eugenioi e Scinax trapicheiroi foram aqueles que utilizaram a maior quantia de tipos de habitats, ambos com cinco registros. A maioria das espécies teve suas maiores abundâncias em um ou dois tipos de corpos dágua onde ocorreu, portanto poucas destas espécies demonstram ter sido generalistas no uso de tipos de habitats aquáticos. A maior riqueza de espécies ocorreu em poças temporárias, em riachos intermitentes e no ambiente antropizado da calha artificial. Quando consideramos em termos de habitats hídricos, a maior riqueza ocorreu nas poças temporárias, nos riachos intermitentes, nos riachos permanentes e na calha artificial. Em nem todos os meses um determinado tipo de recurso hídrico manteve a sua riqueza máxima de girinos. Observamos que um mesmo tipo de sistema hídrico pode comportar espécies típicas de ambientes lênticos e outras adaptadas a ambientes lóticos, dependendo da estrutura em que o corpo dágua apresenta naquele período, como os riachos intermitentes, por exemplo. Entre os fatores abióticos medidos, o PH, o oxigênio dissolvido, a correnteza, a largura e a profundidade dos corpos dágua explicaram de forma mais importante a ocorrência e abundância das diferentes espécies de girinos. Portanto, consideramos que fatores ecológicos desempenham um importante papel na determinação da distribuição de girinos dentro e entre habitats que estes organismos ocupam. O experimento proposto mostrou que os tempos de sobrevivência entre as onze espécies contempladas e também entre os indivíduos de diferentes tamanhos em uma mesma espécie variaram consideravelmente. Isto é sugestivo de que estas espécies apresentam diferentes estratégias para tolerar uma condição de independência de água livre. Os fatores que pareceram mais influenciar negativamente na sobrevivência dos girinos foram: hábito nectônico, pequeno tamanho dos indivíduos, ocupação de ambientes lênticos e temporários e modo reprodutivo não-especializado. Alternativamente, os girinos com melhor desempenho em uma condição de independência de água livre foram de espécies de tamanho comparativamente grande ou médio, ocuparam preferencialmente ambientes lóticos e permanentes, apresentaram modos reprodutivos especializados e os hábitos dos girinos foram principalmente bentônicos. Neste contexto, pode se conjecturar que os girinos das espécies que utilizam ambientes permanentes sejam mais resistentes à condição de independência de água livre do que aquelas de habitats efêmeros. Considerando especial atenção para a biodiversidade dos anfíbios, a Ilha Grande apresenta uma elevada concentração de espécies endêmicas. Esta respeitável diversidade de anfíbios para a área estudada está relacionada com a cobertura vegetal de Mata Atlântica e a grande quantidade de corpos dágua na Ilha, tanto temporários quanto permanentes. A influência destas condições favoráveis para os anfíbios na região está demonstrada também na diversidade de modos reprodutivos, onde 13 dos 39 modos reprodutivos já descritos foram notados para os anfíbios da Ilha Grande. Este conjunto de fatores reafirma esta como uma das mais importantes áreas para a conservação da biodiversidade de anfíbios para o estado do Rio de Janeiro. Comparando a descrição do girino de Proceratophrys tupinamba com P. appendiculata, observamos algumas diferenças na proporção do corpo. Os girinos da espécie descrita foram mais abundantes durante a estação chuvosa (outubro-março), sendo esta distribuição positivamente relacionada com a precipitação média mensal. Os girinos são bentônicos e ocorrem mais frequentemente em porções de menor correnteza do riacho. Eles foram encontrados com maior freqüência expostos na areia, que também representou o microhabitat mais disponível entre aqueles no córrego estudado.

História natural das serpentes dos gêneros Echinanthera e Taeniophallus (Echinantherini)

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Diversidade de anfíbios anuros na Serra da Mantiqueira na região do Pico dos Marins

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Diversidade e distribuição dos anfíbios anuros do núcleo Curucutu, Parque Estadual da Serra do Mar, SP

Pós-graduação em Ciências Biológicas (Zoologia) - IBRC

Tadpole mouthpart depigmentation as an accurate indicator of chytridiomycosis, an emerging disease of amphibians

Chytridiomycosis is an emerging infectious disease of amphibians caused by the fungal pathogen Batrachochytrium dendrobatidis, and its role in causing population declines and species extinctions worldwide has created an urgent need for methods to detect it. Several reports indicate that in anurans chytridiomycosis can cause the depigmentation of tadpole tnouthparts, but the accuracy of using depigmentation to determine disease status remains uncertain. Our objective was to determine for the Mountain Yellow-legged Frog (Rana muscosa) whether visual inspections of the extent of tadpole mouthpart depigmentation could be used to accurately categorize individual tadpoles or R. muscosa populations as B. dendrobatidis-positive or negative. This was accomplished by assessing the degree of mouthpart depigmentation in tadpoles of known disease status (based on PCR assays). The depigmentation of R. muscosa tadpole mouthparts was associated with the presence of B. dendrobatidis, and this association was particularly strong for upper jaw sheaths. Using a rule that classifies tadpoles with upper jaw sheaths that are 100% pigmented as uninfected and those with jaw sheaths that are <100% pigmented as infected resulted in the infection status of 86% of the tadpoles being correctly classified. By applying this rule to jaw sheath pigmentation scores averaged across all tadpoles inspected per site, we were able to correctly categorize the infection status of 92% of the study populations. Similar research on additional anurans is critically needed to determine how broadly applicable our results for R. muscosa are to other species.

The evolution of jumping performance in anurans: morphological correlates and ecological implications

We investigated the evolution of anuran locomotor performance and its morphological correlates as a function of habitat use and lifestyles. We reanalysed a subset of the data reported by Zug (Smithson. Contrib. Zool. 1978; 276: 1-31) employing phylogenetically explicit statistical methods (n = 56 species), and assembled morphological data on the ratio between hind-limb length and snout-vent length (SVL) from the literature and museum specimens for a large subgroup of the species from the original paper (n = 43 species). Analyses using independent contrasts revealed that classifying anurans into terrestrial, semi-aquatic, and arboreal categories cannot distinguish between the effects of phylogeny and ecological diversification in anuran locomotor performance. However, a more refined classification subdividing terrestrial species into `fossorials` and `non-fossorials`, and arboreal species into `open canopy`, `low canopy` and `high canopy`, suggests that part of the variation in locomotor performance and in hind-limb morphology can be attributed to ecological diversification. In particular, fossorial species had significantly lower jumping performances and shorter hind limbs than other species after controlling for SVL, illustrating how the trade-off between burrowing efficiency and jumping performance has resulted in morphological specialization in this group.

Thermal relationships and exercise physiology in anuran amphibians: Integration and evolutionary implications

Thermal and water balance are coupled in anurans, and species with particularly permeable skin avoid overheating more effectively than minimizing variance of body temperature. In turn, temperature affects muscle performance in several ways, so documenting the mean and variance of body temperature of active frogs can help explain variation in behavioral performance. The two types of activities studied in most detail, jumping and calling, differ markedly in duration and intensity, and there are distinct differences in the metabolic profile and fiber type of the supporting muscles. Characteristics of jumping and calling also vary significantly among species, and these differences have a number of implications that we discuss in some detail throughout this paper. One question that emerges from this topic is whether anuran species exhibit activity temperatures that match the temperature range over which they perform best. Although this seems the case, thermal preferences are variable and may not necessarily reflect typical activity temperatures. The performance versus temperature curves and the thermal limits for anuran activity reflect the thermal ecology of species more than their systematic position. Anuran thermal physiology, therefore, seems to be phenotypically plastic and susceptible to adaptive evolution. Although generalizations regarding the mechanistic basis of such adjustments are not yet possible, recent attempts have been made to reveal the mechanistic basis of acclimation and acclimatization. (C) 2007 Elsevier B.V. All rights reserved.

Anurans of a riparian forest in São Carlos, state of São Paulo, Brazil

No presente estudo foi realizado um inventário das espécies de anfíbios anuros que ocorrem em um fragmento de mata ciliar do Córrego do Espraiado, localizado na Universidade Federal de São Carlos (UFSCar), Município de São Carlos, estado de São Paulo, sudeste do Brasil. Durante os meses de março de 2009 a fevereiro de 2010 foram realizadas saídas de campo semanais nas quais foram registradas 13 espécies de anuros. A atividade reprodutiva das espécies de anuros componentes da comunidade estudada mostrou-se sazonal, sendo que houve correlação positiva e significativa entre o número de espécies em atividade reprodutiva e o fotoperíodo. Verificamos que a comunidade estudada mostrou-se mais semelhante a comunidades de anuros de florestas de transição entre Mata Atlântica e Cerrado do que a fragmentos de Cerrado próximos da região.

The amphibians of São Paulo State, Brazil amphibians of São Paulo

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

Reproductive modes and fecundity of an assemblage of anuran amphibians in the Atlantic rainforest, Brazil

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

New primers for the amplification and sequencing of nuclear loci in a taxonomically wide set of reptiles and amphibians

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Humidity levels drive reproductive modes and phylogenetic diversity of amphibians in the Brazilian Atlantic Forest

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

Behavioural defences of anurans: an overview

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

Seasonal variation in body size of tropical anuran amphibians.

Most anurans are considered short lived reproducing only once, with adult size being an important factor contributing to mating success. We sampled anurans with 30 pitfall traps in three forest patches of the northwestern São Paulo State, Brazil, throughout one year. Our objective was to analyze the variation in anuran body size between the dry and rainy season. Our hypothesis is that anurans registered during the rainy season will be larger than conspecifics registered during dry season, since there is a selective advantage in having a larger body size during reproduction activity. The most abundant species registered in the patches were Eupemphix nattereri, Physalaemus cuvieri and Leptodactylus podicipinus. Males and females of E. nattereri and P. cuvieri recorded in the rainy season were larger than of those captured in the dry one. In contrast, males of L. podicipinus were larger in the dry season than in the rainy season. Besides, the operational sex ratio (OSR) in the breeding season was biased towards males in these three species with, respectively, 4.66, 3.2 and 1.87 males per female. Our results suggest that probably body size variation between different seasons is a consequence of individuals' turnover between rainy seasons. Lower individuals captured in the dry season, would be reproductively active adults in the next breeding season.