Estudo comparativo da organização do sistema

Estudo comparativo da organização do sistema digestivo de espécies
representativas da ordem Hemiptera
Camila Silva Leal, Dr. Alberto de Freitas Ribeiro, Alexandre Hiroshi Utiyama
Universidade de São Paulo
[email protected]
Resumo
Insetos da ordem Hemiptera apresentam um sistema luminal de membranas lipoprotéicas associadas
às microvilosidades de seus enterócitos, denominado de membranas perimicrovilares (MPM). As MPM são
observadas em espécies da sub-ordem Heteroptera e acredita-se que elas seriam uma adaptação do ancestral
deste grupo para o hábito sugador de seiva vegetal. Estudos posteriores com o afídeo Acyrthosiphon pisum
(sob-ordem Sternorrhyncha) revelaram um sistema luminal de membranas diferente da MPM convencional, que
foi denominado de membrana perimicrovilar modificada (MPMm). Estudos realizados com a cigarrinha B.
xanthophis (sub-ordem Auchenorrhyncha) revelaram, ainda, um terceiro sistema luminal de membranas, as
membranas luminais em forma de chama (MLC). Estes dados sugerem que o sistema luminal de membranas
em Hemiptera seja mais variado do que se presumia inicialmente. Assim, este trabalho tem como objetivo
estudar a morfologia funcional do sistema digestivo das espécies Dalbulus maidis (Hemiptera: Cicadellidae) e
Mahanarva fimbriolata (Hemiptera: Cercopidae), sob os pontos de vista anatômico, histológico e ultraestrutural.
Para tanto, foram utilizados apenas indivíduos adultos de ambos os sexos para as duas espécies e seguindo
metodologia descrita em Caldeira et al., 2008. O sistema digestivo de D. maidis e M. fimbriolata são
morfologicamente semelhantes ao descrito para B. xanthophis. Anatomicamente, o sistema digestivo
apresentam diferenciações como a câmara de filtração e dois domínios do intestino médio. Do ponto de vista
histológico, são observadas células achatadas no interior da câmara de filtração e células cúbicas no intestino
médio. Análises ultraestruturais revelaram a presença de um sistema luminal de membranas do tipo MLC
associada aos enterócitos. Deste modo, fica patente que o sistema luminal de membranas em Hemiptera não
se restringe apenas ao tipo MPM, como se acreditava anteriormente.
Palavras chave: sistema digestivo, Hemiptera, morfologia
Abstract
Insects from the order Hemiptera present a luminal system of membranes associated to enterocyte
microvilli, called perimicrovillar membranes (PMM). The PMM are observed in members of the Heteroptera
suborder and they would have evolved in the ancestor of the order as an adaptation to a sap-sucking habit.
Further studies with the aphid Acyrthosiphon pisum (Sternorrhyncha suborder) revealed a luminal system of
membranes that significantly differ from PMM, which was called modified perimicrovillar membranes (MPM). A
third type of luminal system of membranes was described in Bucephalogonia xanthophis (Auchenorrhyncha
suborder), the flame-like luminal membranes (FLM). These data suggest that the luminal system of membranes
is more diverse than previously expected. Thus, this work presents a morphofunctional study of the digestive
system of Dalbulus maidis (Hemiptera: Cicadellidae) and Mahanarva fimbriolata (Hemiptera: Cercopidae), from
an anatomical, histological, and ultrastructural perspective. Both adult male and female specimens were used in
this study and the experiments were conducted as described by Caldeira et al., 2008. The digestive systems of
D. maidis and M. fimbriolata are similar to the observed in B. xanthophis. From an anatomical point of view, the
digestive systems present adaptations such as a filter chamber and two midgut domains. Flattened cells are
observed in the filter chamber and cubic cells can be seen in the midgut. Ultrastructural observations revealed a
FLM associated to the enterocyte microvilli. Therefore, it is clear that PMM is not the only type of luminal system
of membranes observed in Hemiptera, as previously presumed.
Keywords: digestive system, Hemiptera, morphology
Introdução
Os insetos constituem a maior classe animal existente e são aptos a ocupar os mais diversos nichos
ecológicos, sendo que muitos grupos se apresentam como pragas aos seres humanos. O estudo da digestão
em insetos se apresenta como uma alternativa ao controle destas pragas e torna-se vital para que, com uma
maior quantidade de informações, seja possível encontrar formas de combate menos prejudiciais ao ser
humano e ao ambiente. (Terra 1983; Ribeiro et al., 1990).
O sistema digestivo dos insetos pode ser dividido em três regiões anatômicas: o intestino anterior, o
intestino médio e o intestino posterior (Wigglesworth, 1972; Chapman, 1998; Terra 1990). O principal sítio de
digestão do animal acontece no intestino médio. Com exceção das ordens Hemiptera e Thysanoptera (Terra,
1996; 2001; Lehane, 1997), há uma membrana acelular no interior do ventrículo, a membrana peritrófica (MP),
que compartimentaliza o processo digestivo e aumenta sua eficiência (Terra, 2001). Nos grupos Hemiptera e
Thysanoptera, não há uma MP, mas sim um complexo sistema luminal de membranas lipoproteicas associado
às microvilosidades. Em algumas espécies, este sistema de membranas, denominado membranas
perimicrovilares (MPM), reveste as microvilosidades dos enterócitos ao longo de todo o ventrículo (Lane &
Harrison, 1979), delimitando, assim, um compartimento entre as microvilosidades e a MPM (Silva et al., 1995;
Terra, 2001).
Estudos realizados no laboratório comprovaram a existência de MPM em duas espécies da sub-ordem
Heteroptera (Ferreira et al., 1988 e Silva et al., 1995; 1996). Entretanto, no afídeo Acyrthosiphon pisum da subordem Sternorrhyncha, não foi constatada uma MPM convencional, mas sim uma variação deste sistema nos
enterócitos, denominada membranas perimicrovilares modificadas (MPMm) (Cristofoletti et al., 2002). Na
tentativa de verificar o tipo de sistema de membranas luminais presente no sistema digestivo da cigarrinha
Bucephalogonia xanthophis (sub-ordem Auchenorrhyncha), foi descoberto um terceiro sistema distinto das
MPM e MPMm, as membranas luminais em forma de chama. Esta recente descrição sugere que o sistema
luminal de membranas em Hemiptera seja mais variado do que se presumia inicialmente (Utiyama, 2011).
Objetivos
O presente projeto está focado, inicialmente, no estudo da morfologia funcional do sistema digestivo de
duas espécies da subordem Auchenorrhyncha: Dalbulus maidis (Hemiptera: Cicadellidae) e Mahanarva
fimbriolata (Hemiptera: Cercopidae), sob os pontos de vista anatômico, histológico e ultraestrutural.
Material e Métodos
Todos os experimentos foram realizados com duas espécies da ordem Hemiptera, subordem
Auchenorrhyncha, a Dalbulus maidis e a Mahanarva fimbriolata. Apenas indivíduos adultos fizeram parte do
estudo. Para os estudos histológicos, foram empregadas técnicas rotineiras no laboratório, envolvendo, em
princípio, a fixação de tecidos em solução de Bouin, inclusão em historesina e coloração com Hematoxilinaeosina. Para as análises ultraestruturais, as peças foram fixadas em Glutaraldeído 3% seguido por tetróxido de
ósmio 1% em cacodilato 0,1 M, pH 7.4, com inclusão em resina de Spurr (ver descrição detalhada da
metodologia em Caldeira et al, 2007).
Resultados
A primeira fase do projeto centrou-se no aprendizado de métodos e técnicas envolvidas em estudos de
morfologia funcional pelo emprego da microscopia de luz. Esta etapa levou à da caracterização anatômica e
histológica dos principais componentes dos sistemas digestivos das espécies de cigarrinha D. maidis e M.
fimbriolata (figuras 1, 2, 3 e 5). Ambas as espécies possuem uma modificação do sistema digestivo
denominada câmara de filtração (CF). Acredita-se que a CF seja o órgão responsável pela concentração de
nutrientes provenientes do alimento ingerido, aumentando a eficiência da absorção pelo intestino médio
(Cheung & Marshall, 1973a, b; Marshall & Cheung, 1974). As duas espécies também apresentam intestino
médio diferenciado em dois domínios: cônico e tubular e quatro túbulos de Malpighi associados ao sistema
digestivo.
Posteriormente, o aprendizado foi voltado à microscopia eletrônica de transmissão. O sistema digestivo
das espécies estudadas, foi segmentado de acordo com suas principais regiões, para análise ultraestrutural. Os
resultados desse estudo determinaram a presença e o tipo de sistema luminal de membrana existente no
intestino médio desses grupos de Hemiptera a partir da visualização de vesículas microvilares e de extensas
redes de membranas prolongando-se das microvilosidades dos enterócitos para a luz do intestino médio
(figuras 4 e 6).
Fig 1 – Representação esquemática do
sistema digestivo de Dalbulus maidis. E –
Esôfago; CF – Câmara de filtração; DC –
Domínio cônico; DT – Domínio tubular; IP –
Intestino posterior; TM – Túbulo de Malpighi;
R – Reto.
Fig 4 – Dalbulus maidis. Ultraestrutura das
membranas luminais. Mv - Microvilosidades;
VM - vesículas microvilares; MLC - Membranas
em forma de chama; ponta de seta preta Membranas saindo das microvilosidades;
ponta de seta branca - microtúbulos.
Fig 2 – Representação esquemática do
sistema digestivo de Mahanarva fimbriolata.
E – Esôfago; CF – Câmara de filtração; DC –
Domínio cônico; DT – Domínio tubular; IP –
Intestino posterior; TM – Túbulo de Malpighi;
R – Reto.
Fig 5– Mahanarva fimbriolata. Histologia
do intestino médio. DC – Domínio cônico;
TM – Túbulo de Malpighi; P - Piloro.
Fig 3 – Dalbulus maidis. Imagem histológica
da câmara de filtração. DT - Domínio tubular;
ponta de seta - túbulos de Malpighi.
Fig 6 – Mahanarva fimbriolata. Imagem
ultraestrutural das membranas luminais. Mv Microvilosidades; L - Lúmen; MLC - Membranas
em forma de chama; ponta de seta - membranas
ainda conectadas aos ápices das Mv.
Conclusões
Os resultados obtidos no presente projeto indicam que o sistema digestivo das espécies Mahanarva
fimbriolata e Dalbulus maidis é, morfologicamente, muito semelhante ao descrito por Utiyama (2011) para
Bucephalogonia xanthophis. O aspecto mais importante detectado neste projeto foi a presença de um sistema
luminal de membranas que aparenta ser muito similar ao observado em B. xanthophis. Com esta observação
fica patente de que o sistema luminal de membranas do tipo membrana perimicrovilar (MPM) não pode ser mais
considerado como sendo o padrão morfológico encontrado entre os hemípteros, como se pensava
anteriormente. Assim, na sub-ordem Auchenorrhyncha verifica-se a ocorrência de um sistema luminal de
membranas de organização diversa, do tipo em forma de chama (MLC), que parece estar presente em
representantes deste grupo.
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