Neuroendocrinologia do comportamento social no ciclídeo africano Oreochromis mossambicus: mecanismos reguladores e modulação social da reprodução

A reprodução em teleósteos é controlada pelo eixo hipotálamo-pituitária-gónada (HPG) que modula a gametogénese, o desenvolvimento dos caracteres secundários e a expressão do comportamento reprodutor. A informação sobre fatores endógenos e exógenos é integrada no cérebro e a atividade do eixo HPG é regulada, fazendo com que traços comportamentais sejam expressos no momento e no contexto certos. Fatores exógenos relacionados com condições físicas do ambiente (e.g. temperatura e fotoperíodo) têm o papel principal no controlo da reprodução. No entanto, o estatuto social e o contexto social têm sido menos estudados. Mecanismos hormonais e neuroendócrinos são muito conservados ao longo dos vertebrados, fazendo dos peixes um bom modelo para o estudo da endocrinologia do comportamento. Os objetivos gerais deste trabalho consistem em determinar de que forma o contexto social interfere na expressão do comportamento e o papel de mecanismos hormonais e neuroendócrinos nesse processo, sendo abordados dois mecanismos, os androgénios e os neuropéptidos arginina vasotocina (AVT) e Isotocina (IT), dando-se especial relevância à AVT. A tilápia moçambicana (Oreochromis mossambicus) foi o modelo usado. A a sua biologia é bem conhecida, é muito adaptável a condições artificiais, e que tem uma importância económica crescente. Esta espécie possui um sistema social elaborado, com machos a organizarem-se em arenas reprodutoras, onde escavam depressões no substrato, para as quais atraem as fêmeas para a reprodução. Todos os trabalhos apresentados nesta dissertação tiveram como como sujeito focal o macho. Esta tese está organizada quatro capítulos. No capítulo I- Introdução geral, é apresentada uma revisão da literatura relevante para enquadrar o presente trabalho. Os capítulos II e III englobam os 4 artigos científicos que foram redigidos, denominados de artigo 1 a 4, consoante a ordem em que são apresentados na tese. O capítulo II, intitulado “Modulação social da reprodução”, é apresentado um estudo (artigo 1) que aborda o efeito do ambiente social no comportamento e no estado fisiológico da tilápia moçambicana. Com este trabalho pretendia-se perceber qual o efeito do contexto de instabilidade social nos níveis plasmáticos hormonais e a influência destes contextos na criação de padrões de comportamento. Gerou-se com sucesso um cenário de instabilidade social, através da substituição de machos dominantes entre replicados, por oposição ao contexto social estável em que os animais foram retirados e reintroduzidos no mesmo aquário. Em contexto social instável verificou-se tal como esperado, um aumento do comportamento agonístico. Apesar da agressividade não ter sido acompanhada pelo aumento dos níveis hormonais, os resultados sugerem que os androgénios funcionam como fator de reforço da integração na criação de padrões comportamento em contexto social instável, mostrando assim uma otimização do comportamento em períodos de instabilidade social. No capítulo III, intitulado “Mecanismos reguladores do comportamento social”, são apresentados três artigos e foi dividido em duas secções. Na primeira é abordado o papel dos androgénios (artigo 2) e na segunda o papel da AVT e IT (artigo 3 e 4) na regulação do comportamento social. Em relação ao estudo do papel dos androgénios (artigo 2), pretendeu-se estudar o efeito da falta de androgénios em circulação na exibição do comportamento agonístico e reprodutor. Para tal, procedeu-se à castração de machos de tilápia. A remoção integral das gónadas baixou os níveis de androgénios em cerca de 90% para a testosterona e quase 100% para 11KT e provocou uma completa abolição do comportamento reprodutor (construção do ninho, coloração nupcial e corte), no entanto o comportamento agonístico não foi afetado. Revelou-se desta forma que o mecanismo de regulação do comportamento reprodutor e agonístico é diferente, com os androgénios como agentes mediadores do comportamento reprodutor e moduladores do comportamento agonístico, uma vez que a literatura existente relaciona os androgénios com o comportamento agonístico nesta espécie. O estudo da regulação da AVT e IT em função do estatuto social foi efetuado com duas abordagens diferentes, resultando em dois artigos científicos (artigo 3 e 4). A primeira tinha como objetivo perceber se a AVT e IT estava distribuída por todo o cérebro em quantidades mensuráveis ou apenas em alguma área específica, além de perceber qual a diferença dos níveis cerebrais e glândula pituitária entre machos dominantes e subordinados. Procedeu-se ao doseamento da AVT e IT no cérebro através de cromatografia de fase líquida (high performance liquid cromatography, HPLC) em machos dominantes e subordinados (com o estatuto estabilizado há pelo menos 5 semanas). O cérebro foi dividido em 7 áreas [bolbos olfativos, telencéfalo, teto ótico, diencéfalo, cerebelo, rombencéfalo e pituitária (considerada como área cerebral para efeitos comparativos)]. Verificou-se que a área que apresentou uma maior concentração de neuro péptidos (AVT e IT) foi a pituitária, seguida dos bolbos olfactivos e finalmente as restantes áreas. A existência destes neuropéptidos no bolbo olfactivo sugere que a AVT e IT estão implicadas no mecanismo de reconhecimento social. Esta relação tem particular importância para esta espécie uma vez que a Tilápia usa o mecanismo do olfacto, por exemplo para o reconhecimento do estado reprodutivo das fêmeas. Machos subordinados apresentaram concentrações de AVT superiores na pituitária, o que sugere a influência da AVT num processo fisiológico específico relacionado com a subordinação. Uma vez que machos subordinados armazenam menos urina do que machos dominantes (machos dominantes armazenam grandes quantidades de urina que libertação de forma pulsátil, de forma dependente do contexto, aumentando o número de pulsos na presença de machos rivais ou fêmeas pré-ovuladas). A AVT pode estar a exercer um efeito antidiurético nos machos subordinados diminuindo assim a produção de urina. Machos dominantes apresentaram valores superiores de IT no rombemcéfalo, sugerindo que a isotocina pode estar relacionada com o comportamento social em dominantes. Para avaliar o efeito do estatuto na organização dos grupos neuronais produtores de AVT (situados na área pré-ótica) foram criadas condições semelhantes à situação anterior, neste caso foram contabilizados os neurónios imunorreativos à AVT na área pré-ótica e medida a área dos corpos celulares em machos dominantes, subordinados e fêmeas. Os grupos neuronais da área pré-ótica são constituídos por células parvocelulares (pPOA), magnocelulares (mPOA) e gigantocelulares (gPOA). A literatura relaciona uma maior expressão de células pPOA em machos subordinados e gPOA em dominantes, no entanto os resultados do artigo 4 mostraram que machos subordinados aumentaram a área dos corpos celulares de todos os grupos neurais, e todos os grupos apresentam projeções para pituitária (apesar de projetarem para outra áreas) sugerindo que este aumento generalizado do tamanho das células implica um aumento da produção de AVT direcionada para a pituitária. As células (principalmente a área dos corpos celulares) correlacionaram-se negativamente com o comportamento agressivo e positivamente com o comportamento de fuga, sugerindo uma inibição geral do comportamento reprodutor e agonístico em machos subordinados. O tamanho das células mPOA está inversamente associado ao peso do rim o que sugere um efeito deste grupo neural no rim provavelmente implicado no mecanismo antidiurético em machos subordinados.

Indução à reprodução e desenvolvimento embrionário e larval do ciclídeo acará-açu Astronotus ocellatus (Agassiz, 1831)

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Comportamento reprodutivo e cooperação no ciclídeo neotropical Laetacara sp

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Identificação e caracterização de sequências repetidas de DNA no genoma do ciclídeo Astronotus ocellatus

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Chemical communication in the Mozambique tilapia: a role for amino acids

The Mozambique tilapia (Oreochromis mossambicus) is a maternal mouthbrooding cichlid from the southern Africa. The olfactory sensitivity of the species to 20 amino acids was assessed using the electro-olfactogram (EOG). We estimated whether the olfactory potency of the polar fraction of male urine can be explained by the presence of identified amino acids. In addition, filtrate and amino acid mixture of the urine of Nile tilapia were used to estimate their olfactory potency for O.mossambicus. Finally, concentrations of the main amino acids were measured in the urine of males of different social status and the correlations between amino acid concentration and hierarchical status were explored. L-cysteine, L-glutamine and L-threonine were the most potent stimuli at M while L-proline and L-aspartate were the least potent. Four groups of amino acids were identified according to their thresholds of detection and three groups – according to the similarity of their ɣ-factors. The estimated threshold of detection for O.mossambicus mixture was higher than that for the filtrate. On the contrary, the threshold of detection for the mixture of Nile tilapia was lower than that for the filtrate The concentration of L-arginine in the urine was positively correlated with fish dominance index. Both L-arginine and L-glutamic acid concentrations had much greater variability in dominant males (DI˃0.5) than in subordinate males (DI˂0.5). The urinary concentrations of L-phenylalanine had similar variability in dominant and subordinate groups. The Mozambique tilapia has olfactory sensitivity to all twenty amino acids tested. The fish showed more acute sensitivity to conspecific urine filtrate than to the heterospecific. Olfactory potency of O.mossambicus filtrate can be largely but not fully explained by the presence of L-arginine, L-glutamic acid and L-phenylalanine. Larginine and L-glutamic acid may indicate the dominance status of the fish and, possibly, individual identity.

Social isolation and aggressiveness in the Amazonian juvenile fish Astronotus ocellatus

Testamos o efeito do isolamento social sobre a agressividade no peixe amazônico, Astronotus ocellatus. Dez peixes juvenis foram transferidos de um aquário de agrupamento (60 x 60 x 40 cm) contendo 15 indivíduos (sem discriminação de sexo) para um aquário de isolamento (50 x 40 x 40 cm). A agressividade foi testada por meio de ataques e exibições direcionadas à imagem do peixe no espelho. O comportamento foi filmado durante 10 min em 4 momentos: 30 min, 1 dia, 5 dias e 15 dias após o isolamento. Nós analisamos a motivação agressiva por meio da latência para início do comportamento agonístico e pela freqüência dos ataques totais e específicos direcionados ao espelho. A latência para o comportamento agonístico reduziu ao longo do isolamento e houve uma tendência de aumento da freqüência de mouth fighting (um ataque de alta intensidade de agressão), mostrando-nos um aumento na motivação agressiva. Os resultados estão de acordo com os encontrados para ciclídeos juvenís de Haplochromis burtoni, mas discordam com os encontrados para Pterophylum scalare (acará bandeira). Sugerimos que o aumento da agressividade em A. ocellatus pode ser mediado pelo efeito de exposição prévia, da residência prévia ou por processos envolvendo reconhecimento de co-específicos.

Reproductive behavior and parental roles of the cichlid fish Laetacara araguaiae

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Analysis of propagule pressure and genetic diversity in the invasibility of a freshwater apex predator: the peacock bass (genus Cichla)

Uma importante etapa na biologia da invasão é acessar variáveis biológicas que podem predizer o sucesso de invasão. O estudo da genética, evolução e interações entre invasores e espécies nativas no ambiente invadido pode prover uma oportunidade única para o estudo dos processos em genética de populações e a capacidade de uma espécie ampliar seu habitat. Nesse trabalho, nos utilizamos dados de marcadores de DNA microssatélites para testar se a variação genética é relacionada a pressão de propágulo na invasão bem sucedida do predador de topo (o ciclídeo Amazônico Cichla) nos rios do Sudeste Brasileiro. Populações invasoras de Cichla vem impactando negativamente diversas comunidades de água doce no Sudeste brasileiro deste 1960. A redução da variação genética foi observada em todas populações invasoras, tanto para Cichla kelberi (CK) como Cichla piquiti (CP). Por exemplo, a heterozigose foi menor no ambiente invadido quando comparada com as populações nativas da bacia Amazônica (CP HE = 0.179/0.44; CK HE = 0.258/0.536 respectivamente). Assim, apesar do sucesso da invasão de Cichla no sudoeste do Brasil, baixa diversidade genética foi observada nas populações introduzidas. Nós sugerimos que uma combinação de fatores, como as estratégias reprodutivas de Cichla, o efeito de "armadilha evolutiva" e a hipótese de resistências biótica superam o efeito que a diversidade genética depauperada exerce, sendo aspectos-chave na invasão desse predador de topo de cadeia.

Escolha entre isolar-se ou interagir socialmente reduz estresse na tilápia-do-Nilo

Pós-graduação em Aquicultura - FCAV

Biologia reprodutiva de fêmeas de laetacara araguaiae (labriformes: cichlidae)

Pós-graduação em Ciência e Tecnologia Animal - FEIS

A influência do enriquecimento ambiental no comportamento agressivo da tilápia do Congo Tilapia rendalli

O enriquecimento ambiental tem sido proposto como uma prática para melhoria do bem-estar de animais de cativeiro ou de produções zootécnicas. No caso de animais territoriais e agressivos, ao se enriquecer o ambiente, aumenta-se a quantidade de recursos a se defender, bem como o valor do território em disputa, aumentando as interações agressivas. Esse aspecto foi mostrado recentemente para o peixe ciclídeo tilápia-do-Nilo (Oreochromis niloticus). Do ponto de vista comparativo, isso pode ser um fenômeno espécie-específico. Para avaliar isso devemos observar se em condições similares outro peixe ciclídeo sofre a mesma influência do enriquecimento do ambiente. Assim, seguindo a lógica do confronto obtido para tilápia-do-Nilo, aventamos a hipótese de que as atividades agressivas aumentam em função do enriquecimento. Este estudo avaliou essa hipótese para a tilápia do Congo Tilapia rendalli. Como principal resultado, observamos que a latência para iniciar a luta é menor no ambiente enriquecido, mas a frequência de ataques é maior no ambiente não enriquecido (controle). Além disso, observamos clara definição hierárquica por meio da sinalização de submissão (corpo com listras escuras) e dominância (corpo claro sem listras) na condição sem enriquecimento do ambiente. Concluímos que ao contrário da tilápia-do-Nilo, na tilápia do Congo o enriquecimento do ambiente leva a diminuição da agressividade sem clara definição da hierarquia de dominância

Social isolation in a group living fish impairs cognition

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

Organização genômima e análise da expressão do gene hnRNP Q-like (Heterogeneous nuclear ribonucleoprotein A-like) retroinserido no cromossomo B de Astatotilapia latifasciata

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Influência de diferentes substratos sobre a composição, a densidade e as interações tróficas do zooplâncton em lagoas de policultivo de camarão-de-água-doce Macrobrachium amazonicum e tilápia-do-nilo Oreochromis niloticus

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)