Adaptações a ambientes extremos aula 2
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ECOFISIOLOGIA: ADAPTAÇÕES A AMBIENTES
EXTREMOS
Daniela Andrade Ventura & Thiago Matos Prado
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Daniela Andrade Ventura [email protected]
Programa de Pós-Graduação em Diversidade Animal
ECOFISIOLOGIA Adaptações a Ambientes Extremos
Thiago Matos Prado [email protected]
Salvador, 2012
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PROGRAMAÇÃO
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Mangue
Daniela Ventura e Thiago Prado
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O que é manguezal?
Formações vegetais intertidais características de zonas costeiras abrigadas das regiões tropicais e subtropicais
Conjunto de espécies agrupadas devido às adaptações morfológicas, fisiológicas e reprodutivas
Saenger, 2002
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Onde estão os manguezais?
Saenger, 2002
Tropicais e subtropicais
Diversidade
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Outras características ambientais
Substratos:
Lama
Areia
Cascalho
Corais
Renovação da água intersticial
(eliminação de toxinas)
Alta
produtividade Disponibilidade
de nutrientes
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Os Desafios • Ação das marés
– Água salgada (eliminação de plantas e animais dulcícolas)
– Flutuações periódicas nas condições físico-químicas (estresse)
• Hipóxia
• Altas temperaturas
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Adaptações
• Morfológicas, fisiológicas e comportamentais
• Espaço entre-marés, altitude, substrato.
Zoneamento
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Osmoconformadores x Osmoreguladores
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Osmorregulação
• Homeostase iônica e osmótica
• Manter o interior controlado → proteger os tecidos internos das grandes variações ambientais
• Fatores determinantes do fluxo de substâncias
– Gradiente de concentração, área superficial e espessura da membrana envolvida, permeabilidade da membrana.
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A Fauna
• Residentes do mangue?
– Abrigo
– Busca de alimento
– Substrato para fixar-se
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Invertebrados terrestres
• Alta riqueza e abundância
• Dieta variada
• Zoneamento: dossel
• Funções ecológicas
Atta sp.
Pardosa
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Polyrachis sokolova
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“Peixes” • Usam o mangue para buscar alimento
• Parte do ciclo de vida de muitas espécies marinhas
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“Peixes”
Periophthalmus sp.
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Toxotes jaculatrix Habitat: Estuários,
Ásia e Oceania
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Anfíbios • Raros
• Tocas da caranguejo
• Jovens são herbívoros e os adultos carnívoros;
Rana cancrivora
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R. cancrivora
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“Répteis”
• Mais abundantes
• Pele querinatizada
• Excretam urina com alta concentração de sal
• Eliminam através de glândulas especializadas em liberação do sal
Crocodylus porosus Boa constrictor
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Aves • Espécies migratórias
• Adaptações relacionadas à dieta
• Glândulas de sal
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Mamíferos
• Visitantes ocasionais
Procyon cancrivorus Tamandua tetradactyla Nasalis larvatus
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Nasalis larvatus
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Invertebrados aquáticos
• Pneumatóforos e raízes expandem a área de superfície disponível, e fornecer um substrato duro
• A distribuição destes muitas vezes mostra um padrão de zoneamento como a de outros sistemas substrato duro de fundo margens;
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Resistência à dessecação e salinidade em invertebrados aquáticos
Cirripédios (cracas) que podem cessar o batimento dos cirros, através dos quais fazem
circular água para respiração e alimentação
Bivalves podem reduzir o contato com o
meio através do fechamento das valvas Nereis diversicolor : presença de íons de
cálcio mantém uma impermeabilização
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Resistência à hipóxia em Invertebrados aquáticos
• Uca pode sobreviver a condições anóxicas em um período de até 40h; • Sifões bem desenvolvidos em moluscos que vivem na lama
Acumulação de lactato.
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Carcinus
Eriocheir
Concentração do meio (mmol/l)
100 200 300 400 500 600
10
0 2
00
30
0 4
00
50
0 6
00
Co
nce
ntr
ação
do
flu
ído
co
rpó
reo
(m
mo
l/l)
água do mar
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Lidando com a temperatura
Tocas e comportamento
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Ambientes de Frio Extremo
Daniela Ventura e Thiago Prado
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Ambientes de frio extremo
Willmer 2005
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Ambientes de frio extremo
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Ambientes de frio extremo
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Zonas polares
Willmer 2005
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Tundra
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Taiga
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Ambientes de frio extremo
• E quais são os desafios?
Bradshaw 2003
Disponibilidade de água líquida
Disponibilidade de alimento
Baixa temperatura
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• Frequente em endotérmicos
– Ambientes térmicos
uniformes
– Forrageamento não rentável
Migração
Willmer 2005
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Willmer 2005
![Page 44: Adaptações a ambientes extremos aula 2](https://reader038.fdocument.pub/reader038/viewer/2022102606/55c037c2bb61ebc0368b47eb/html5/thumbnails/44.jpg)
Migração
• Elevedas latitudes
– Fotoperíodo
• Estímulo dos órgãos reprodutores
• Acúmulo de gordura
• Regiões temperadas
– Precipitação
Alves 2007
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Migração
Alves 2007
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Migração
Instituto Baleia Jubarte, 2007
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Formação de Micro-habitats
– Microhabitats ENDO
Willmer 2005
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Hill 2012
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Hábito Gregário
• Aumento da eficácia:
– Diferença entre temperatura do ar e temperatura corporal
– Número de indivíduos participantes
Willmer 2003
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Hábito Gregário
• Pinguim-imperador
– Redução da perda de peso
– Redução da perda de calor
Willmer 2005
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Substâncias Anticongelantes
– Adição de solutos extras ao sangue
• Açúcar
• Sal
• Glicerol
Williams et al. 2002
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• Glicoproteínas anticongelantes (AFGPs)
• Peixes antárticos e árticos
– Evolução independente
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Um peixe diferente...
![Page 56: Adaptações a ambientes extremos aula 2](https://reader038.fdocument.pub/reader038/viewer/2022102606/55c037c2bb61ebc0368b47eb/html5/thumbnails/56.jpg)
Um peixe diferente...
Near et al. 2006
Notothenia coriiceps
![Page 57: Adaptações a ambientes extremos aula 2](https://reader038.fdocument.pub/reader038/viewer/2022102606/55c037c2bb61ebc0368b47eb/html5/thumbnails/57.jpg)
Um peixe diferente...
Moylan & Sidell. 2000
Peixe de sangue vermelho Ventrículo vermelho
Presença de mioglobina
Peixe-gelo Coração de cor creme
Coração e frequência maiores
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Substâncias Anticongelantes
Rana sylvatica
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Isolamento Térmico
Kozlu et al. 2011; Pough et al. 2008; Bradshaw 2003
Chionis alba
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Isolamento Térmico
![Page 62: Adaptações a ambientes extremos aula 2](https://reader038.fdocument.pub/reader038/viewer/2022102606/55c037c2bb61ebc0368b47eb/html5/thumbnails/62.jpg)
Isolamento Térmico • Tecido adiposo branco
• Tecido adiposo marrom
– Tecido termogênico
– Fonte de calor
rápida e maciça
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Isolamento Térmico
![Page 64: Adaptações a ambientes extremos aula 2](https://reader038.fdocument.pub/reader038/viewer/2022102606/55c037c2bb61ebc0368b47eb/html5/thumbnails/64.jpg)
Controle da Perda De Calor
![Page 65: Adaptações a ambientes extremos aula 2](https://reader038.fdocument.pub/reader038/viewer/2022102606/55c037c2bb61ebc0368b47eb/html5/thumbnails/65.jpg)
Controle da Perda De Calor
• Heterotermia regional
– Sistema contra-corrente
Willmer
Sangue arterial quente
Sangue venoso frio
O calor é transferido das artérias para as
veias, evitando assim a perda de calor
![Page 66: Adaptações a ambientes extremos aula 2](https://reader038.fdocument.pub/reader038/viewer/2022102606/55c037c2bb61ebc0368b47eb/html5/thumbnails/66.jpg)
O calor é transferido das artérias para as
veias, evitando assim a perda de calor
![Page 67: Adaptações a ambientes extremos aula 2](https://reader038.fdocument.pub/reader038/viewer/2022102606/55c037c2bb61ebc0368b47eb/html5/thumbnails/67.jpg)
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Controle da Perda De Calor
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Controle da Perda De Calor
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Hipotermia Controlada
Hill 2012
Temperatura corporal baixa
Escape das demandas energéticas Redução da perda de água
HIBERNAÇÃO
TORPOR
ESTIVAÇÃO
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![Page 73: Adaptações a ambientes extremos aula 2](https://reader038.fdocument.pub/reader038/viewer/2022102606/55c037c2bb61ebc0368b47eb/html5/thumbnails/73.jpg)
Regiões de Altitude Elevada
Daniela Ventura e Thiago Prado
![Page 74: Adaptações a ambientes extremos aula 2](https://reader038.fdocument.pub/reader038/viewer/2022102606/55c037c2bb61ebc0368b47eb/html5/thumbnails/74.jpg)
Regiões De Altitude Elevada
Willmer 2005
![Page 75: Adaptações a ambientes extremos aula 2](https://reader038.fdocument.pub/reader038/viewer/2022102606/55c037c2bb61ebc0368b47eb/html5/thumbnails/75.jpg)
Regiões De Altitude Elevada
• E quais são os desafios?
Bradshaw 2003
Frio
Ventos
Radiação ultravioleta
Atmosfera rarefeita
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Efeitos De Pressão
![Page 77: Adaptações a ambientes extremos aula 2](https://reader038.fdocument.pub/reader038/viewer/2022102606/55c037c2bb61ebc0368b47eb/html5/thumbnails/77.jpg)
Efeitos De Pressão
![Page 78: Adaptações a ambientes extremos aula 2](https://reader038.fdocument.pub/reader038/viewer/2022102606/55c037c2bb61ebc0368b47eb/html5/thumbnails/78.jpg)
Adaptações Do Sistema Cardiorrespiratório
• Volume pulmonar e frequência cardíaca aumentados
• Hemoglobina de alta afinidade
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Adaptações Do Sistema Cardiorrespiratório
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Ambientes Desérticos
Daniela Ventura e Thiago Prado
![Page 82: Adaptações a ambientes extremos aula 2](https://reader038.fdocument.pub/reader038/viewer/2022102606/55c037c2bb61ebc0368b47eb/html5/thumbnails/82.jpg)
Ambientes Desérticos
Willmer 2005
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Ambientes Desérticos
Hill 2012
Disponibilidade de água
Controle dominante sobre processos
biológicos
Precipitação Evento raro e imprevisível
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Ambientes Desérticos
• E quais são os desafios?
Bradshaw 2003
Temperatura ambiental
alta
Baixa umidade
Falta de água livre
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Migração
Willmer 2005; Hill 2012
Espécies independentes do consumo de água
Espécies dependentes do consumo de água
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Migração
Willmer 2005; Hill 2012
Espécies independentes do consumo de água
Espécies dependentes do consumo de água
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ÁGUA METABÓLICA
C6H1206 + 6O2 --> 6CO2 + 6H2O
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Water
balance in
a human
(2,500 mL/day
= 100%)
Water
balance in a
kangaroo rat
(2 mL/day
= 100%)
Ingested
in food (0.2)
Ingested
in food (750)
Ingested
in liquid
(1,500)
Derived from
metabolism (250) Derived from
metabolism (1.8)
Water
gain
Feces (0.9)
Urine
(0.45)
Evaporation (1.46)
Feces (100)
Urine
(1,500)
Evaporation (900)
Water
loss
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Hill 2012
![Page 91: Adaptações a ambientes extremos aula 2](https://reader038.fdocument.pub/reader038/viewer/2022102606/55c037c2bb61ebc0368b47eb/html5/thumbnails/91.jpg)
Willmer 2005; Hill 2012
ÁGUA PRÉ-FORMADA
![Page 92: Adaptações a ambientes extremos aula 2](https://reader038.fdocument.pub/reader038/viewer/2022102606/55c037c2bb61ebc0368b47eb/html5/thumbnails/92.jpg)
![Page 93: Adaptações a ambientes extremos aula 2](https://reader038.fdocument.pub/reader038/viewer/2022102606/55c037c2bb61ebc0368b47eb/html5/thumbnails/93.jpg)
Isolamento Térmico • Pelagem e plumagem grossas
– Barreira ao influxo de calor durante o dia
– Barreira à perda de calor durante a noite
– Reflexão da radiação solar
Hill 2012
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Control group
(Unclipped fur) Experimental group
(Clipped fur)
4
3
2
1
0
Wa
ter
lost p
er
da
y
(L/1
00
kg
bo
dy m
ass)
![Page 95: Adaptações a ambientes extremos aula 2](https://reader038.fdocument.pub/reader038/viewer/2022102606/55c037c2bb61ebc0368b47eb/html5/thumbnails/95.jpg)
Isolamento Térmico
Hill 2012
![Page 96: Adaptações a ambientes extremos aula 2](https://reader038.fdocument.pub/reader038/viewer/2022102606/55c037c2bb61ebc0368b47eb/html5/thumbnails/96.jpg)
Controle Hídrico • Habilidade em concentrar urina
Eckert et al. 2000; Hill et al. 2012
![Page 97: Adaptações a ambientes extremos aula 2](https://reader038.fdocument.pub/reader038/viewer/2022102606/55c037c2bb61ebc0368b47eb/html5/thumbnails/97.jpg)
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Pough 2008
![Page 99: Adaptações a ambientes extremos aula 2](https://reader038.fdocument.pub/reader038/viewer/2022102606/55c037c2bb61ebc0368b47eb/html5/thumbnails/99.jpg)
• Troca de calor nasal em mamíferos e aves
Controle Hídrico
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Willmer 2005
![Page 101: Adaptações a ambientes extremos aula 2](https://reader038.fdocument.pub/reader038/viewer/2022102606/55c037c2bb61ebc0368b47eb/html5/thumbnails/101.jpg)
Controle Hídrico
• Excreção de excesso de sais
Pough 2008
![Page 102: Adaptações a ambientes extremos aula 2](https://reader038.fdocument.pub/reader038/viewer/2022102606/55c037c2bb61ebc0368b47eb/html5/thumbnails/102.jpg)
Nasal salt gland
Nostril
with salt
secretions
Lumen of
secretory tubule
NaCl
Blood
flow Secretory cell
of transport
epithelium
Central
duct
Direction
of salt
movement
Transport
epithelium
Secretory
tubule
Capillary
Vein
Artery
(a) An albatross’s salt glands
empty via a duct into the
nostrils, and the salty solution
either drips off the tip of the
beak or is exhaled in a fine mist.
(b) One of several thousand
secretory tubules in a salt-
excreting gland. Each tubule
is lined by a transport
epithelium surrounded by
capillaries, and drains into
a central duct.
(c) The secretory cells actively
transport salt from the
blood into the tubules.
Blood flows counter to the
flow of salt secretion. By
maintaining a concentration
gradient of salt in the tubule
(aqua), this countercurrent
system enhances salt
transfer from the blood to
the lumen of the tubule.
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![Page 104: Adaptações a ambientes extremos aula 2](https://reader038.fdocument.pub/reader038/viewer/2022102606/55c037c2bb61ebc0368b47eb/html5/thumbnails/104.jpg)
Produção de cera
![Page 105: Adaptações a ambientes extremos aula 2](https://reader038.fdocument.pub/reader038/viewer/2022102606/55c037c2bb61ebc0368b47eb/html5/thumbnails/105.jpg)
Depressão Metabólica
• Anfíbios em desertos
Estivação em Cyclorana australis com um fino casulo de pele que reduz a perda de
água por evaporação.
![Page 106: Adaptações a ambientes extremos aula 2](https://reader038.fdocument.pub/reader038/viewer/2022102606/55c037c2bb61ebc0368b47eb/html5/thumbnails/106.jpg)
Depressão Metabólica
Caatinga em Rio Grande do Norte Pleurodema diplolistris
![Page 107: Adaptações a ambientes extremos aula 2](https://reader038.fdocument.pub/reader038/viewer/2022102606/55c037c2bb61ebc0368b47eb/html5/thumbnails/107.jpg)
Profundidade em que os indivíduos de Pleurodema diplolistris foram encontrados depois de 4, 6 e 9 meses após última chuva.
Pereira 2009
![Page 108: Adaptações a ambientes extremos aula 2](https://reader038.fdocument.pub/reader038/viewer/2022102606/55c037c2bb61ebc0368b47eb/html5/thumbnails/108.jpg)
DEPRESSÃO METABÓLICA
Umidade relativa (%) e temperatura (°C) medidas a 40 e 80cm de produndidade no solo do local onde foram coletados indivíduos de P. diplolistris durante 90
dias na estiagem de 2006 Pereira 2009
![Page 109: Adaptações a ambientes extremos aula 2](https://reader038.fdocument.pub/reader038/viewer/2022102606/55c037c2bb61ebc0368b47eb/html5/thumbnails/109.jpg)
![Page 110: Adaptações a ambientes extremos aula 2](https://reader038.fdocument.pub/reader038/viewer/2022102606/55c037c2bb61ebc0368b47eb/html5/thumbnails/110.jpg)
Depressão Metabólica
• Hipotermia controlada por períodos de vários dias ou mais durante o verão
– Necessidades alimentares
– Necessidades de O2
– Necessidades de excreção
Hill 2012
ESTIVAÇÃO
Dormência
Estresse hídrico
![Page 111: Adaptações a ambientes extremos aula 2](https://reader038.fdocument.pub/reader038/viewer/2022102606/55c037c2bb61ebc0368b47eb/html5/thumbnails/111.jpg)
• Lepidosiren paradoxa
Depressão Metabólica
ESTIVAÇÃO
• Protopterus aethiopicus
Peixe pulmonado
africano
Formação de casulo
Peixe pulmonado
sul-americano
Não há casulo
![Page 112: Adaptações a ambientes extremos aula 2](https://reader038.fdocument.pub/reader038/viewer/2022102606/55c037c2bb61ebc0368b47eb/html5/thumbnails/112.jpg)
![Page 113: Adaptações a ambientes extremos aula 2](https://reader038.fdocument.pub/reader038/viewer/2022102606/55c037c2bb61ebc0368b47eb/html5/thumbnails/113.jpg)
![Page 114: Adaptações a ambientes extremos aula 2](https://reader038.fdocument.pub/reader038/viewer/2022102606/55c037c2bb61ebc0368b47eb/html5/thumbnails/114.jpg)