UNIVERSIDADE ESTADUAL DO OESTE DO PARANÁ CENTRO DE ENGENHARIAS E CIÊNCIAS EXATAS PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM RECURSOS PESQUEIROS E ENGENHARIA DE PESCA VITOR SENDIN MAGALHÃES Desenvolvimento embrionário do Pimelodus britskii em três diferentes temperaturas de incubação Toledo 2014 VITOR SENDIN MAGALHÃES Desenvolvimento embrionário do Pimelodus britskii em três diferentes temperaturas de incubação Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação Stricto Sensu em Recursos Pesqueiros e Engenharia de Pesca – Nível de Mestrado, do Centro de Engenharias e Ciências Exatas, da Universidade Estadual do Oeste do Paraná, como requisito parcial para a obtenção do título de Mestre em Recursos Pesqueiros e Engenharia de Pesca. Área de concentração: Recursos Pesqueiros e Engenharia de Pesca. Orientador: Prof. Dr. Éder André Gubiani Toledo 2014 FOLHA DE APROVAÇÃO VITOR SENDIN MAGALHÃES Desenvolvimento embrionário do Pimelodus britskii em três diferentes temperaturas de incubação Dissertação apresentada ao Programa de Pós-graduação Stricto Sensu em Recursos Pesqueiros e Engenharia de Pesca – Nível de Mestrado, do Centro de Engenharias e Ciências Exatas, da Universidade Estadual do Oeste do Paraná, como requisito parcial para a obtenção do título de Mestre em Recursos Pesqueiros e Engenharia de Pesca, pela Comissão Julgadora composta pelos membros: COMISSÃO JULGADORA Prof. Dr. Éder André Gubiani Universidade Estadual do Oeste do Paraná (Presidente) Prof. Dr. Paulo Vanderlei Sanches Universidade Estadual do Oeste do Paraná Prof(a). Dr(a). Andrea Bialetzki Universidade Estadual de Maringá Aprovada em: 06 de junho de 2014. Local de defesa: Auditório do GERPEL/Campus de Toledo. AGRADECIMENTO(S) Primeiramente gostaria de agradecer aos meus pais Rogério e Mércia e minha irmã Helena pelo constante incentivo pelos estudos, por apoiarem minhas decisões e pelos grandes conselhos. Aos meus orientadores de graduação, Evelise Fragoso, Lorena Oporto e Henrique Paprocki por me iniciarem na ciência, pela amizade e por sempre estarem dispostos a ajudar. Ao meu irmão Leandro por me iniciar nos estudos em peixes, pois sem o seu incentivo inicial talvez eu não seguiria em frente. Mais ainda, obrigado por ser meu amigo. Ao meu outro irmão Fabrício, agradeço pelas filosofias, que sempre nos fazem crescer como profissionais e pessoas. Obrigado por ser essa pessoa sincera. Ao PREP pelas disciplinas e pelo apoio durante essa minha passagem. Ao GERPEL e seus integrantes pela amizade e apoio. Ao Dr. Éder André Gubiani pela confiança depositada, pela paciência, pelos ensinamentos e mais ainda por sua orientação. Ao Dr. Robie Allan Bombardelli, agradeço pela confiança depositada em minha pessoa, mesmo sem ter me conhecido, pela ajuda e incentivo para realizar esse mestrado, obrigado por me tornar um profissional melhor. Finalmente a todos os membros do LATRAAC muito obrigado pela amizade adquirida, pelas risadas acumuladas, pelos trabalhos realizados, pelo suor derramado, sem vocês eu não poderia realizar esse trabalho, Muito Obrigado. Desenvolvimento embrionário do Pimelodus britskii em três diferentes temperaturas de incubação RESUMO O objetivo deste estudo foi caracterizar o desenvolvimento embrionário do Pimelodus britskii em laboratório, utilizando três temperaturas distintas. O experimento foi conduzido utilizando 14 indivíduos (sete machos e sete fêmeas), induzidos com extrato pituitário de Carpa (EPC) nas seguintes concentrações: 7,7 mg de EPC para os machos e 5,5 mg de EPC para as Fêmeas. Contadas 210 unidades térmicas acumuladas, os ovócitos foram recolhidos por extrusão e os gametas masculinos foram obtidos a partir da maceração das gônadas. A fertilização deu-se pelo método a seco, e os ovos foram incubados em três tratamentos, sendo eles: 20, 24 e 28°C. A partir desse momento, iniciaram-se as coletas dos ovos, sendo finalizado no momento em que, não foram observados ovos viáveis. Um teste t foi realizado para verificar possíveis diferenças na taxa de eclosão entre os tratamentos. O término da eclosão foi de 22 horas na temperatura de 24°C, 18 horas na temperatura de 28°C e na temperatura de 20°C todos os ovos foram inviáveis. Não houve diferença significativa entre na taxa de eclosão entre os tratamentos de 24 e 28°C (p = 7660). Os seguintes estágios de desenvolvimento foram observados: Zigoto, Clivagem, Gastrulação, Nêurula e Eclosão. Palavras-chave: Embriologia, Morfologia, Peixes. Embryonic development of Pimelodus britskii in three different incubation temperatures ABSTRACT The aim of this study was to characterize the embryonic development of Pimelodus britskii in the laboratory, using three different temperatures. The experiment was conducted using 14 individuals (seven males and seven females), induced with carp pituitary extract (CPE) in the following concentrations: 7,7 mg of CPE for males and 5,5 mg CPE for females. Counted 210 accumulated thermal units, the oocytes were collected by extrusion and the male gametes were obtained from the maceration of the gonads. Fertilization was conducted by the dry method, and the eggs were incubated in three treatments: 20, 24 and 28 °C. From that moment started the collection of eggs, being finalized at the moment, no viable eggs were observed. A ttest was performed to verify possible differences in hatching rate between treatments. Hatching was 22 hours at 24° C, 18 hours at 28° C and temperature at 20° C all eggs were unviable. There was no significant difference between hatching rate between treatments of 24°C and 28°C ( p = 7660). The following stages of development were observed: Zygote, Cleavage, Gastrulation, Neurula and hatching. Keywords: Embryology, morphology, fish. Dissertação elaborada e formatada conforme as normas da publicação científica Disponível Neotropical Ichthyology. em: <http://www. http://www.ufrgs.br/ni/>* SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO 09 3 MATERIAL E MÉTODOS 10 4 RESULTADOS 12 5 DISCUSSÃO 17 6 CONCLUSÃO 19 7 LITERATURA CITADA 19 9 Introdução Taxas de crescimento acelerado são típicos dos primeiros momentos de vida dos peixes, sendo que, as condições ideais para o desenvolvimento embrionário variam de acordo com a espécie (Rodrigues-Galdinho et al, 2009). A temperatura é um fator que influencia na taxa de crescimento, tempo de desenvolvimento, tamanho de eclosão e formação e função dos tecidos (Kamler, 1992; Saka et al, 2004; Gabillard et al, 2005). Estudos sobre o desenvolvimento embrionário, em peixes, são úteis para identificar os eventos cronológicos da formação de um novo indivíduo (Valbuena, 2012). As informações obtidas podem ser utilizadas no desenvolvimento da piscicultura (Matkovic et al, 1985) e, em ambientes naturais, relacionando o local de captura dos ovos com as áreas de desova, fornecendo indícios sobre o período reprodutivo de populações naturais (Agostinho et al, 2003). Além disso, a identificação de ovos e larvas in situ é uma importante ferramenta para estudos ecológicos, revelando informações para a criação de planos de manejo com intuito conservacionista (Reynalte-Tataje et al, 2004). O cultivo, a nível comercial, de espécies de peixes neotropicais esta em desenvolvimento. A fim de, aprimorar o processo produtivo de espécies nativas, com potencial para o mercado, são necessários mais estudos sobre a biologia básica dessas espécies, (Ninhaus-Silveira et al, 2006). Além disso, o conhecimento prévio do desenvolvimento embrionário, aliado as condições do ambiente, auxilia no manejo dos embriões nas incubadoras, minimizando as perdas durante essa fase de desenvolvimento do indivíduo (Alves & Moura, 1992). Tais estudos também são aplicáveis em técnicas de melhoramento genético e/ou controle de sexo, como a ginogenese ou androgenese (Yamazaki, 1983). Popularmente conhecido como Mandi-pintado, Pimelodus britskii, pertencente à família Pimelodidae, é uma espécie endêmica da bacia do rio Iguaçu, descrita recentemente por Garavello & Shibatta (2007). Na região do baixo Iguaçu apresenta elevados índices de captura, com período reprodutivo entre os meses de setembro a março e os menores indivíduos em reprodução apresentam comprimento padrão de 7 cm para machos e 7,6 cm para fêmeas (Baumgartner et al, 2012). Além disso, é considerada uma 10 espécie onívora, consumindo principalmente peixes, insetos, crustáceos e recursos de origem vegetal (Delariva, Hanh & Gomes, 2007). Estudos sobre a ecologia e biologia reprodutiva dessa espécie são inexistentes, uma vez que sua descrição é recente. Dessa forma, estudos que abordem esses aspectos serão de grande importância para o desenvolvimento da piscicultura, bem como para definir medidas de manejo em ambiente natural. Dessa forma, o objetivo deste trabalho foi comparar o desenvolvimento embrionário de Pimelodus britskii em três diferentes temperaturas de incubação. Material e Métodos Para o desenvolvimento do estudo foram utilizados 14 indivíduos adultos (Sete machos e sete fêmeas) de P. britskii, capturados no rio Iguaçu em 2012 e estocados em viveiros escavados (área = 200 m2, profundidade máxima = 1,8 m) do Instituto de Pesquisa em Aquicultura Ambiental da Universidade Estadual do Oeste do Paraná. Para obtenção dos gametas, os indivíduos foram induzidos com Extrato Pituitário de Carpa EPC segundo os procedimentos de Woynarovich & Hórvath (1983) e mantidos separados em tanques de 2 m x 1 m, com circulação fechada e temperatura controlada em 25°C até o momento da coleta dos gametas. Para isso, os machos receberam duas doses da solução de EPC diluída em soro fisiológico (EPC + soro fisiológico), sendo a primeira dose de 0,7 mg.kg-1 e a segunda de 7,0 mg.kg-1 aplicada depois de 10 horas. Após 210 unidades térmicas acumuladas (UTA’s), os machos foram eutanasiados com solução de benzocaína (250 mg.l-1) de acordo com a Resolução N° 714, de 20 de julho de 2002, do CFMV. Em seguida, os testículos foram macerados, armazenados em tubos falcon e refrigerados em caixa de isopor com gelo durante 30 minutos (Zanerato dados não publicados). As fêmeas também foram induzidas com duas doses da solução hormonal (EPC + soro fisiológico). Porém, ao contrário dos machos, a primeira dose foi de 0,5 mg.kg-1 e, após 10 horas, a segunda dose foi de 5,0 mg.kg-1. Passadas 210 UTA’s, as fêmeas receberam massagem abdominal no sentido encéfalo-caudal e os ovócitos foram coletados em bacia plástica seca e misturados a fim de formar um “pool"de ovócitos de todas as fêmeas, adaptado de Buzollo et al (2011) . 11 Os ovócitos e o sêmen foram misturados e adicionado água para a fertilização. Após a hidratação, os ovos foram transferidos para incubadoras experimentais de 2 Litros, desenvolvidas pelo Laboratório de Tecnologia da Reprodução de Animais Aquáticos Cultiváveis, inseridas em três sistemas distintos com circulação fechada e temperatura controlada com o auxilio de um resfriador de água da marca Gelaqua e uma resistência, ambos com ajuste de temperatura utilizando um termostato. Foram utilizadas três temperaturas distintas (20, 24 e 28 °C) denominados tratamento A, B e C respectivamente e 4 incubadoras em cada sistema, totalizando 12 incubadoras contendo em média, 3000 ovos de P. britskii. Com o auxilio de um termômetro de mercúrio a temperatura de cada sistema foi mensurada a cada hora, com intuito de verificar o correto funcionamento. A fim de registrar as primeiras fases do desenvolvimento, as amostras de ovos foram retiradas, com o auxílio de uma pipeta de vidro (10 ml) a cada 10 minutos, durante as duas primeiras horas após a fertilização e a partir da segunda hora, a cada 30 minutos até o momento da eclosão, adaptado de Buzzollo et al (2011). No momento em que, não foram observados ovos viáveis, toda a incubadora foi fixada. A taxa de fertilização foi mensurada somente da última amostra fixada, retirando da conta o ovos das amostras anteriores. Um teste t simples foi realizado com auxilio do programa estatístico GrafhPad plataforma IOS, para verificar possíveis diferenças entre a taxa de eclosão dos tratamentos viáveis. Os ovos amostrados foram fixados em formol tamponado 4%, armazenados em potes plásticos, identificados quanto ao horário de coleta. Depois de 24 horas, as amostras foram lavadas e fixadas em álcool 70% até o momento da análise. As amostras pré-fixadas foram analisadas com o auxílio de um microscópico, sendo realizadas fotografias com uma câmera digital acoplada a esse aparelho. Os estágios embrionários foram classificados quanto ao tipo de desenvolvimento e a idade em horas após fertilização HPF. 12 Resultados O desenvolvimento embrionário de Pimelodus britskii da fertilização até o término da eclosão das larvas durou 22 horas na temperatura de 24°C, 18 horas na temperatura de 28°C e na temperatura de 20°C todos os ovos foram inviáveis, não ocorrendo a eclosão das larvas. Os seguintes estágios de desenvolvimento foram observados: Zigoto, Clivagem, Gastrulação, Nêurula e Eclosão (Tabela 1). Heterogeneidade no desenvolvimento embrionário foi observada em embriões coletados em um mesmo momento. Devido a não eclosão dos ovos no tratamento A, não foi realizada a taxa de fertilização. Em relação aos traventos B e C foi verificada uma taxa de fertilização baixa, sendo em média de 27 e 26% respectivamente. De acordo com o Teste t realizado (p = 7660) não houve diferença significativa entre o número de ovos que chegaram a eclodir entre os tratamentos B e C. Estágios Embrionários: Zigoto: 0:00-0:45h (20°C/A); 0:00-0:35 (24°C/B); 0:00-0:20h (28°C/C) No momento da fertilização os ovos se apresentaram esféricos, translúcidos e levemente amarelados. Pouco tempo após iniciado a incubação, os ovos se aderiram na parede da incubadora. O período de zigoto é caracterizado pela definição do polo animal e vegetal (Figura 1A). Pimelodus britskii possui um ovo do tipo telolécito, em que, o polo animal, composto de citoplasma e núcleo, ocupa cerca de 25% do espaço do ovo, sendo o polo vegetal a parte dominante. 13 Tabela 1: Período e estágio de desenvolvimento do Pimelodus britskii incubados ás temperaturas 20, 24 e 28◦C Horas Após Fertilização HPF Períodos Es tágios 20◦C 24◦C 28◦C Des crição Zigoto 1 00:00 00:00 00:00 Clivagem 2 00:45 00:35 00:20 3 01:10 00:55 00:30 4 01:20 01:05 00:40 4 e 8 células - embrião se divide em 4 ou 8 blastômeros 5 01:30 01:15 00:50 8 e 16 células - embrião se divide em 8 ou 16 blastômeros 6 01:40 01:25 01:00 16 e 32 células - embrião se divide em 16 ou 32 blastômeros 7 02:00 01:45 01:10 32 e 64 células - embrião se divide em 32 ou 64 blastômeros 8 02:30 02:00 01:35 64 células ou mórula - embrião se divide em 64 blastômeros ou ocorre a formação da mórula 9 03:00 02:25 01:55 Mórula - grande aglomerado de células em divisão mitótica no polo animal com aparência de uma amora 10 05:00 04:25 03:25 25 % Epibolia - Migração dás células do polo animal para o polo vegetal. 11 05:50 04:55 03:55 25 a 50% Epibolia 12 06:30 05:25 04:25 50 a 75% Epibolia 13 07:30 06:00 04:55 75 a 90% Epibolia 14 08:30 06:55 05:15 90% Epibolia e Fechamento do blastóporo 15 09:30 07:25 05:45 Fechamento do Blastóporo - cavidade embrionária que irá originar o ânus 16 11:00 08:40 06:55 Nêurula inicial - inicio da formação do sistema nervoso e de sustentação 17 13:30 11:50 08:55 Diferenciação da região cefálica e caudal e formação da capsula óptica 18 - 13:40 10:25 Inicio do desprendimento da cauda e surgimento dos pacotes musculares denominados somitos 19 - 16:25 12:25 Cauda meia livre, surgimento de mais pacotes musculares 20 - 18:50 14:55 Cauda quase livre, inicio dos primeiros movimentos 21 - 19:40 16:00 Cauda livre e inicio da eclosão 22 - 22:30 18:00 Término da eclosão Gastrula Nêurula Eclosão 1 célula - polo animal e polo vegetal definidos, formação do blastodisco 2 células - primeira divisão mitótica formando dois bastômeros, originária do polo animal 2 e 4 células - embrião se divide em 2 ou 4 blastômeros Clivagem: 0:45-3:00h (20°C/A); 0:35-2:25 (24°C/B); 0:20-1:55h (28°C/C) Nesse período ocorreram as divisões mitóticas no polo animal, formando os blastômeros. Para isso, o início ocorreu com a primeira divisão, no sentido vertical, formando duas células irmãs ou blastômeros (Figura 1B), menores que a célula inicial. A segunda divisão, no sentido vertical e perpendicular a primeira, deu origem a 4 blastômeros (Figura 1C). 14 Esse padrão foi se repetindo ao longo das divisões celulares, formando em seguida 8, 16, 32 e 64 blastômeros (Figuras 1D a 1G). Os embriões continuam realizando as divisões celulares, apresentando 128, 256, 512 blastômeros, portanto este estágio é denominado de mórula (Figura H), por ter semelhança com a fruta amora. Figura 1. Estágios embrionários de Pimelodus britskii (zigoto e clivagem). A - zigoto; B - célula em clivagem apresentando 2 blastômeros; C - 4 blastômeros; D - 8 blastômeros; E - 16 blastômeros; F - 32 blastômeros; G - 64 blastômeros; H - Estágio de Mórula; CL(n) - região da clivagem e número de blastômeros; PA - Polo Animal; PV - Polo Vegetal; V - Vitelo. Barra de escala: 100 µm 15 Gastrula: 5:00-9:30h (20°C/A); 4:25-7:25 (24°C/B); 3:25-5:45h (28°C/C) Esse período é caracterizado pela diferenciação dos folhetos embrionários, ectoderme, endoderme e mesoderme, bem como das cavidades celomáticas que irão receber os órgãos. Pode ser classificado pela movimentação das células presentes no polo animal em direção ao polo vegetal, denominado epibolia, sendo finalizada com o fechamento do blastóporo. Neste estudo foi verificado os seguintes estágios: 25% de epibolia (Figura 2A), as células do polo animal começam a migrar para o polo vegetal. 50% de epibolia (Figura 2B) as células do polo animal cobrem metade do embrião e em seguida 75%, 90% de epibolia (Figura 2C e 2D) e o fechamento do blastóporo (Figura 2E). Nêurula: 11:00-13:30h (20°C/A); 8:40-19:40 (24°C/B); 6:55-16:00 (28°C/C) Esse período pode ser dividido em dois, o primeiro de segmentação inicial e o segundo de segmentação final, culminando na eclosão da larva. Nesse período ocorreu a diferenciação celular, a formação do corpo, o aparecimento dos somitos, o desenvolvimento da cavidade ocular, a pigmentação, a formação do sistema circulatório rudimentar e o início da formação do sistema digestório. Os estágios foram classificados da seguinte forma, nêurula inicial (Figura 3A), diferenciação da região cefálica e caudal (Figura 3 B e C), início do desprendimento da cauda (Figura C), cauda meia livre e surgimento dos somitos (Figura D), cauda quase livre (Figura E) e eclosão (Figura F). 16 Figura 2. Estágios embrionários de Pimelodus britskik (gastrulação). A - epibolia em 25% ; B - epibolia em 50% ; C - epibolia em 75% ; D - epibolia em 90% ; E - fechamento do blastóporo; V - vitelo. Barra de escala: 100 µm. 17 Figura 3. Estágios embrionários de Pimelodus britskii (organogênese). A - início da neutralização; B diferenciação da região cefálica e caudal; C - definição da região cefálica e caudal e inicio do desprendimento da cauda; D e E - aumento gradativo do desprendimento da cauda; F - larva eclodida; CO cavidade ocular; RC - região cefálica; RCa - região caudal; S - somitos. Barra de escala: Barra de escala 100 µm. Discussão Os eventos morfológicos identificados durante a embriogenese do Pimelodus britskii, assim como a curta duração do desenvolvimento embrionário, é semelhante ao encontrado em 18 outros teleósteos: Brycon orbignyanus (Ganeco, 2003), Prochilodus lineatus (NinhausSilveira et al., 2006), Pseudoplatystoma coruscans (Marques et al., 2008, Landines et al., 2003). A coloração amarelada é característica dos óvulos de siluriformes (Sato et al., 2003; Marques et al., 2008) e é associado com a presença de pigmentos carotenóides obtidos através do alimento (Buzollo et al, 2011). Esses pigmentos constituem parte do suplemento endógeno de oxigênio, sendo que, o embrião em formação não consegue obter oxigênio do ambiente (Perini et al., 2010). O desenvolvimento assincrônico verificado para P. britskii, neste estudo, parece ser um processo natural. Outros estudos, relacionados à embriologia de peixes, que mantiveram a temperatura de incubação constantes, ainda assim, registraram assincronia no desenvolvimento embrionário (Buzzolo et al, 2011; Arezon et al,. 2002). As características de desenvolvimento embrionário do P. britskii, são muito semelhantes àquelas de Pimelodus maculatus, ao serem submetidos à temperatura de 24°C (Arantes et al., 2012; Buzzollo et al., 2011). Reynalte-Tataje et al. (2004), utilizando temperatura semelhante a esse estudo, na incubação de ovos de Piracanjuba (Brycon orbignyanus), verificaram que o tempo de incubação até a eclosão foi de 18h. Por outro lado, para Brycon cephalus foi registrado menor tempo de incubação a mesma temperatura (Romagosa et al., 2001), padrão observado também para Piau (Leporinus friderici) incubado a uma temperatura de 27,5 °C (Sanches et al, 2001). Já para o Jundiá (Rhamdia quelen), o tempo de eclosão foi de 30h a uma temperatura de 24°C (Pereira et al, 2006). Tais diferenças no desenvolvimento embrionário de peixes teleósteos são bastante influenciadas pela temperatura da água (Ninhaus-Silveira et al., 2006), apesar que, podem estar relacionadas também ao tamanho do ovo (Sargent et al., 1987), ao fluxo da água, à alcalinidade, ao pH (Cussac et al, 1985) e, ainda, por fatores biológicos como a idade, tamanho e condições nutricionais do reprodutor (Buzzolo et al, 2011). O Pimelos britskii não foi tolerante a temperaturas de incubação iguais a 20°C, tal comportamento pode estar associado ao fato que, embriões e larvas de peixes são 19 influenciados pelas condições físicas e químicas do ambiente (Laurence & Howell, 1981). Sendo assim, mudanças no meio, influenciam nos processos metabólicos, podendo afetar a sobrevivência desses organismos (Laurence, 1975), sendo a temperatura da água é uma dos fatores que mais exercem influencia sobre esses aspectos (Rogers & Westin, 1981). O tempo de duração do desenvolvimento embrionário em peixes teleósteos, não parece estar relacionado ao grupo taxônomico, bem como ao grau de tolerância a diferentes temperaturas de incubação. Provavelmente essas diferenças encontradas estão relacionas às características ecológicas da espécie, em que, fatores como a temperatura e o tipo de ambiente, correlacionadas com a estratégia reprodutiva da espécie moldam as características embrionárias (Rodrigues-Galdino et al, 2009). Conclusão A temperatura de incubação para ovos de Pimelodus britskii sugere uma correlação negativa com o tempo de duração do desenvolvimento embrionário, em que, o menor tempo de incubação ocorre no tratamento com 28°C e o maior tempo de incubação no tratamento com 20°C. As temperaturas de incubação de 24 e 28°C não apresentaram diferenças nas taxas de eclosão, entretanto estudos que abordem a formação e sobrevivência das larvas, associado a essas temperaturas, serão úteis para identificar o processo de incubação mais adequado. A temperatura de 20°C, não é indicada para uso comercial, entretanto é uma informação importante para estudos ecológicos. Além disso, contribuímos para melhor compreensão da biologia reprodutiva e ecológica desta espécie. Literatura citada: Agostinho, A. A., A. E. A. M. Vazzoler., L. C. Gomes & E. K. Okada. 1993. 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