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Disertación de Maestría
DOI
https://doi.org/10.11606/D.47.2020.tde-08022021-144046
Documento
Autor
Nombre completo
Juliana Hiromi Tashiro
Dirección Electrónica
Instituto/Escuela/Facultad
Área de Conocimiento
Fecha de Defensa
Publicación
São Paulo, 2020
Director
Tribunal
Ventura, Dora Selma Fix (Presidente)
Martins, Marcio Roberto Costa
Yovanovich, Carola Anabel Mariana
Título en portugués
Estudos comparativos da morfologia da retina de Bothrops jararaca e Crotalus durissus (Serpentes, Viperidae)
Palabras clave en portugués
Acuidade visual
Análises estereológicas
Células ganglionares
Ecologia visual
Fotorreceptores
Retina
Serpentes
Variação ontogenética
Resumen en portugués
O sistema visual das serpentes apresenta adaptações associadas ao ritmo circadiano, uso de habitat, estratégias de caça e dieta adotada pelas espécies. As serpentes da família Viperidae, Bothrops jararaca e Crotalus durissus, ocupam ambientes florestados e de campo aberto, respectivamente. B. jararaca apresenta variações ontogenéticas na dieta e uso de habitat: filhotes se alimentam de vertebrados ectotérmicos e utilizam estrato arbóreo, enquanto adultos se alimentam de roedores e ocupam estrato terrestre. Por outro lado, C. durissus tem hábitos terrestres e se alimentam de roedores ao longo de toda a vida. Tais diferenças inter- e intraespecíficas fazem destas serpentes um sistema-modelo ideal para testar hipóteses de correlação entre características da retina e aspectos ecológicos das espécies. Neste trabalho foram comparadas a densidade e distribuição de neurônios das retinas, e a acuidade visual de B. jararaca e C. durissus adultas e filhotes. Serpentes B. jararaca (n=24) e C. durissus (n=26) foram obtidas junto ao Instituto Butantan, eutanasiadas com dose letal do anestésico Thionembutal (100 mg/kg), e os olhos foram enucleados e fixados em paraformaldeído 4%. Este projeto teve a aprovação da Comissão de Ética em Pesquisa com Animais do Instituto de Psicologia, Universidade de São Paulo (CEUA-IP nº 1805090417). As retinas foram dissecadas e processadas por imunohistoquímica para marcação de opsinas L/M e S e para a identificação dos diferentes tipos de fotorreceptores, ou coradas pela técnica de coloração de Nissl para identificação das células da camada de células ganglionares (CCG). Análises da densidade celular foram realizadas a partir das retinas íntegras com o software Stereo Investigator, utilizando o método estereológico de fracionamento óptico. As bordas das retinas foram desenhadas e cerca de 200 caixas de amostragem foram dispostas por toda sua extensão, de forma uniforme e randomizada. A acuidade visual foi estimada a partir do pico de densidade de células da CCG e da distância focal dos olhos. O teste estatístico não-paramétrico de Mann-Whitney foi aplicado para a comparação dos valores obtidos. Os resultados mostraram densidade de fotorreceptores maior em filhotes (135.300 ± 29.765 e 133.096 ± 11.496 células/mm² em B. jararaca e C. durissus, respectivamente), comparada aos adultos (72.871 ± 16.053 e 75.267 ± 11.483 células/mm² em B. jararaca e C. durissus, respectivamente). Em ambas espécies a população de fotorreceptores é dominada por bastonetes (90-95% dos fotorreceptores). A proporção de cones foi maior em C. durissus (9,8 ± 0,9% em adultos e 10,9 ± 0,8% em filhotes), comparada a B. jararaca (6,5 ± 0,7% em adultos e 7,5 ± 1,4% em filhotes). Em ambas espécies a população de cones é composta predominantemente por cones L/M (cones simples e duplos), e os cones S perfazem cerca de 10% dos cones. Os valores de densidade média de células da CCG também foram maiores em filhotes (9.773 ± 878 e 9.691 ± 1.005 células/mm² em B. jararaca e em C. durissus, respectivamente), comparado aos adultos (4.877 ± 1.086 e 4.640 ± 722 células/mm² em B. jararaca e C. durissus, respectivamente). Os mapas de isodensidade de fotorreceptores mostraram que em adultos de B. jararaca, cones e bastonetes apresentam uma distribuição em faixa horizontal. Em filhotes foi observada maior densidade de bastonetes na retina dorsal e maior densidade de cones na região ventral. Em adultos e filhotes de C. durissus, os mapas de distribuição de cones mostraram uma faixa horizontal, e os bastonetes apresentaram maior concentração na retina dorsal. Nas duas espécies, os cones L/M acompanharam a distribuição de cones totais, enquanto os cones S apresentaram distribuição do tipo area na retina central ou ventral. Os mapas de células da CCG mostraram uma faixa horizontal pouco definida e pico de densidade na região temporal em retinas de B. jararaca adultas, e em filhotes foi observada area anisotrópica ventral. Adultos de C. durissus também apresentaram uma faixa horizontal pouco definida e pico de densidade temporal, e filhotes apresentaram uma distribuição difusa, e pico de densidade na região temporal. A acuidade visual estimada foi maior em adultos de C. durissus (2.9 ± 0.2 ciclos por grau, cpg), comparada aos filhotes e a B. jararaca adultas e filhotes, todos com cerca de 2.3 cpg. Os resultados deste estudo apontam para uma plasticidade morfológica das retinas de B. jararaca ao longo da vida, e importantes diferenças estruturais das retinas duas espécies. A maior densidade de cones em C. durissus pode estar associada a utilização de campos abertos, com maior luminosidade em comparação com ambientes florestados ocupados por B. jararaca. A faixa visual de cones e bastonetes em adultos de B. jararaca deve favorecer uma visualização panorâmica do ambiente e auxiliar no forrageamento em condições fotópicas e escotópicas. Em filhotes de B. jararaca, as diferenças na distribuição de cones e bastonetes podem estar associadas ao uso do estrato arbustivo e a estratégia de caça por espreita: a maior densidade de bastonetes na região dorsal deve proporcionar maior sensibilidade no campo de visão inferior, enquanto a maior densidade de cones na retina ventral deve proporcionar melhor acuidade do campo de visão superior em condições fotópicas, e favorecer a visualização de potenciais predadores aéreos. Em adultos e filhotes de C. durissus, a maior densidade de bastonetes na retina dorsal também deve proporcionar maior sensibilidade do campo de visão inferior em condições de baixa luminosidade, enquanto a faixa visual formada por cones pode favorecer o forrageamento em condições fotópicas ou mesópicas. O pico de densidade de células da CCG na retina temporal de B. jararaca adultas e de C. durissus adultas e filhotes deve beneficiar a resolução espacial no campo de visão frontal, e auxiliar no comportamento de bote para defesa ou captura de presas endotérmicas. Por outro lado, em filhotes de B. jararaca, a maior densidade de células da CCG na retina ventral deve beneficiar a observação de objetos no campo de visão superior. Este trabalho é pioneiro em identificar diferenças na morfologia da retina de serpentes viperídeas a partir de uma abordagem ontogenética e interespecífica. Com base nos resultados obtidos, é possível inferir como a plasticidade morfológica deste tecido neural pode estar associada a aspectos diversos da ecologia comportamental das espécies. Este estudo abre uma série de possibilidades para novas investigações relacionadas a ecologia visual e comportamental de serpentes
Título en inglés
Not informed by the author
Palabras clave en inglés
Ganglion cells
Ontogenetic variation
Photoreceptors
Retina
Snakes
Stereological analysis
Visual acuity
Visual ecology
Resumen en inglés
The visual system of snakes has adaptations associated with the circadian rhythm, habitat use, hunting strategies and diet of the different species. The snakes from the Viperidae family, Bothrops jararaca and Crotalus durissus occupy forested and open field environments, respectively. B. jararaca displays ontogenetic changes in diet and habitat use: juveniles feed on ectothermic vertebrates and use arboreal strata, while adults feed on rodents and occupy terrestrial strata. On the other hand, C. durissus has terrestrial habits and feeds on rodents throughout its entire life. Considering such inter- and intraspecific differences, these snakes represent an ideal model system to test hypotheses of correlation between the characteristics of the retina and ecological aspects of the species. In this study, we compared the density and distribution of neurons and the visual acuity of adults and juveniles of B. jararaca and C. durissus. B. jararaca (n=24) and C. durissus (n=26) were obtained at the Butantan Institute, euthanized with a lethal dose of the Thionembutal anesthetic (100 mg/kg), and the eyes were enucleated and fixed in 4% paraformaldehyde. This project was approved by the Ethics Committee on Animal Research of the Institute of Psychology, University of São Paulo (CEUA-IP nº 1805090417). The retinas were dissected and processed by immunohistochemistry to label L/M and S opsins and identify different types of photoreceptors, or stained by the Nissl technique to identify the ganglion cell layer (GCL) cells. Analyzes of neuron density were performed from whole-mounted retinas, using a stereological approach and the optical fractionation method, with the Stereo Investigator software. The edges of the retinas were drawn and about 200 counting frames were positioned in a uniform and randomized fashion. The visual acuity was estimated from the peak density of GCL cell and the focal distance of the eyes. A non-parametric statistical test (Mann-Whitney) was used to compare the values obtained. The results showed higher photoreceptor density in juveniles (135,300 ± 29,765 and 133,096 ± 11,496 cells/mm² in B. jararaca and C. durissus, respectively), compared to adults (72,871 ± 16,053 and 75,267 ± 11,483 cells/mm² in B. jararaca and C. durissus, respectively). In both species, the photoreceptor population is dominated by rods (90-95% of the photoreceptors). The proportion of cones was higher in C. durissus (9.8 ± 0.9% in adults and 10.9 ± 0.8% in juveniles), compared to B. jararaca (6.5 ± 0.7% in adults and 7.5 ± 1.4% in juveniles). In both species, the population of cones is composed predominantly by L/M cones (single and double cones), and S cones make up about 10% of the cones. The mean density of cells in the GCL was also higher in juveniles (9,773 ± 878 and 9,691 ± 1,005 cells/mm² in B. jararaca and in C. durissus, respectively), compared to adults (4,877 ± 1,086 and 4,640 ± 722 cells/mm² in B. jararaca and C. durissus, respectively). The photoreceptor isodensity maps showed that in adults of B. jararaca, cones and rods are distributed in a visual streak. In juveniles, a higher density of rods was observed in the dorsal retina, while a higher density of cones is located in the ventral region. In adults and juveniles of C. durissus, cones are distributed in a visual streak, and rods showed a higher concentration in the dorsal retina. In both species, the L/M cones define the distribution of cones, while the S cones are distributed in an area centralis, with higher density in the central or ventral retina. The distribution of GCL cells of B. jararaca showed a poorly defined visual streak and a peak density in the temporal region in adults, while juveniles had an anisotropic ventral area centralis. In C. durissus, adults also had a poorly defined visual streak and a peak density in the temporal region. Juveniles had a diffuse distribution, also with peak density in the temporal region. The estimated visual acuity was higher in adults of C. durissus (2.9 ± 0.2 cycles per degree, cpd), compared to juveniles, and to adults and juveniles of B. jararaca, all with about 2.3 cpd. The results of this study point to the morphological plasticity of the retinas throughout the life of B. jararaca, and important structural differences in the retinas of both species. The higher density of cones in C. durissus may be associated with the use of open field environments, with higher luminosity in relation to the forested environment occupied by B. jararaca. The visual streak of cones and rods in adults of B. jararaca might favor a panoramic view of the environment and benefit active foraging under photopic and scotopic conditions. In juveniles of B. jararaca, differences in the distribution of cones and rods may be associated with the use of the arboreal strata and hunting strategy: higher density of rods in the dorsal retina may provide higher sensitivity in the lower visual field, while a higher density of cones in the ventral retina may provide a better acuity of the upper field under photopic conditions, and improve the view of potential aerial predators. In adults and juveniles of C. durissus, the higher density of rods in the dorsal retina might also provide higher sensitivity of the lower visual field under low light conditions, while the visual streak formed by cones may favor active foraging under photopic or mesopic conditions. The peak density of GCL cells in the temporal retina of adult B. jararaca and adults and juveniles C. durissus should benefit spatial resolution in the frontal visual field, and improve striking to capture endothermic prey. On the other hand, in juveniles of B. jararaca, the higher density of GCL cells in the ventral retina might benefit the observation of objects in the upper visual field. This study is pioneer in identifying differences in the retinal morphology of viperid snakes from an ontogenetic and interspecific perspective. Based on the results, it is possible to highlight how the morphological plasticity of this neural tissue can be associated with different aspects of the species' behavioral ecology. This study opens up a range of possibilities for new investigations related to the visual and behavioral ecology of snakes
 
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Fecha de Liberación
2023-02-08
Fecha de Publicación
2021-02-09
 
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