Tesis de Postgrado
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2024-03-29T14:21:41ZVariabilidad en el nicho trófico del Cormorán Imperial (Leucocarbo atriceps) en las costas de la provincia de Chubut
http://rdi.uncoma.edu.ar/handle/uncomaid/17687
Variabilidad en el nicho trófico del Cormorán Imperial (Leucocarbo atriceps) en las costas de la provincia de Chubut
El nicho trófico, una de las dimensiones del espacio total del nicho de una especie, es un
atributo formado a lo largo de su historia evolutiva y determinado por diversos factores. En las aves marinas, el alimento es un factor determinante de sus historias de vida y la composición de la dieta, en particular, tiene importantes implicancias en el éxito reproductivo. Las variaciones en la dieta pueden ser resultado de diversos factores, como los cambios en los requerimientos energéticos y nutricionales a medida que avanza la temporada reproductiva o las variaciones temporales en la disponibilidad de los recursos alimenticios. El uso de los recursos por parte de una misma especie también puede diferir entre localidades. De la misma forma que las diferentes presiones selectivas modelan la dieta u otros parámetros del comportamiento de una población, también lo hacen sobre las estrategias de alimentación de cada sexo. Entre las aves marinas, muchas especies de cormoranes pueden exhibir una gran flexibilidad en sus estrategias de alimentación, lo que les permite utilizar tanto recursos pelágicos como bentónicos. El Cormorán
Imperial (Leucocarbo atriceps) es un ave marina que reside en Argentina y Chile, desde los 37°S en el litoral Pacífico hasta los 42°S en el litoral Atlántico, incluidas las Islas Malvinas. Es una especie de hábitos costeros que suele ser descripta como oportunista y de hábitos bentónicos, aunque en ocasiones puede aprovechar recursos demersales y epipelágicos. Estudios previos mostraron que el Cormorán Imperial es una especie principalmente piscívora que complementa su dieta con invertebrados marinos tales como crustáceos, poliquetos y cefalópodos, y que la composición de su dieta difiere entre diferentes etapas del ciclo reproductivo. A pesar de que dichos estudios brindaron valiosa información sobre sus requerimientos de alimento, la mayoría de los mismos fueron efectuados a través de métodos que no permitieron evaluar adecuadamente la contribución relativa de las principales presas. Por otro lado, la especie presenta dimorfismo sexual en el tamaño corporal, siendo los machos más grandes y pesados que las hembras, y exhibe diferencias sexuales en los patrones de profundidades de buceo y uso de áreas de alimentación. Esto sugiere que la composición de la dieta podría presentar diferencias entre ambos sexos, algo que no fue contemplado en estudios previos sobre su dieta realizados en la Patagonia argentina. El objetivo general de la tesis fue evaluar la variabilidad en la ecología trófica del Cormorán Imperial durante la temporada de cría en dos de las principales colonias de las costas de la provincia de Chubut, Punta León (43° 04′S, 64°29′O) e Islas Blancas (44°46′S, 65°38′O).
En ambas colonias, se evaluó la composición de la dieta y el nicho isotópico de hembras y machos durante la etapa de incubación y crianza de pichones en la temporada reproductiva 2019, mediante el análisis de un total de 117 muestras de contenido estomacal y 80 de sangre completa, respectivamente. Hembras y machos difirieron significativamente en la composición general de su dieta. Las hembras consumieron mayoritariamente presas bentónicas en todos los casos, mientras que los machos consumieron presas demersales, epipelágicas o bentónicas dependiendo de la etapa reproductiva y colonia. Los machos presentaron una menor diversidad de especies y consumieron presas más grandes que las hembras en todas las etapas del ciclo. El
nicho isotópico de hembras y machos difirió en posición y/o amplitud, dependiendo de la etapa, presentando variaciones en los ejes de nitrógeno y carbono en concordancia con los resultados basados en el análisis convencional de la dieta. Estos resultados muestran que las hembras y los machos exhibieron una partición de los recursos tróficos, aunque los patrones de segregación variaron según las etapas del ciclo reproductivo y la localidad de reproducción.
En Punta León, se evaluaron también los cambios en la composición de la dieta de hembras y machos entre las etapas de incubación, cuidado de pichones chicos (< 15 días) y crianza de pichones grandes (≥ 28 días) durante la temporada reproductiva 2019. Además, se evaluaron las diferencias en el nicho isotópico entre los periodos de incubación y crianza de pichones de hembras y machos en tres temporadas reproductivas consecutivas, del 2017 al 2019. Se analizaron un total de 57 contenidos estomacales para la temporada 2019 y un total de 112 muestras de sangre completa para las temporadas 2017 (n = 34), 2018 (n = 41) y 2019 (n = 37). La composición de la dieta en términos de importancia en peso varió a medida que avanzó la temporada reproductiva.
Ambos sexos mostraron cierto nivel de flexibilidad en el uso de recursos bentónicos,
demersales y epipelágicos, incluso a nivel individual, mostrando los machos mayor flexibilidad en las estrategias de alimentación. El tamaño de las presas consumidas aumentó a medida que avanzó la temporada, con un incremento más marcado también en los machos. En las tres temporadas, la amplitud del nicho isotópico de las hembras fue similar entre los periodos de incubación y pichones, mientras que la de los machos fue mayor en el periodo de incubación. La posición del nicho, en cambio, sólo difirió entre sexos en el 2019. Los resultados señalan que tanto la composición de la dieta como el nicho isotópico de hembras y machos varían temporalmente, y la magnitud de los cambios entre los periodos puede diferir entre temporadas reproductivas.
Finalmente, en la colonia de Islas Blancas se evaluaron los patrones de segregación sexual en la ecología trófica del Cormorán Imperial durante la etapa de incubación en 2019, mediante el análisis simultáneo de los patrones horarios de alimentación, las áreas de alimentación, las profundidades de buceo y el nicho isotópico. Se instrumentaron 5 hembras y 5 machos con geoposicionadores satelitales (GPS; registros de posición) y registradores de tiempo y profundidad (TDR; registros de profundidad), y al momento de la recaptura se tomó una muestra de sangre a cada individuo para evaluar el nicho isotópico a través del plasma. Hembras y machos presentaron segregación en los horarios de alimentación, las hembras se alimentaron principalmente por la mañana mientras que los machos por la tarde. Ambos sexos se alimentaron dentro de la
bahía donde se ubica la colonia, pero las hembras se alimentaron en áreas someras hacia el norte y sur de la colonia y los machos en áreas al sur de la colonia en aguas más profundas. A pesar de que los individuos utilizaron un sector costero reducido, se encontró una clara segregación espacial entre ambos sexos. Hembras y machos bucearon en rangos de profundidades similares, pero las hembras realizaron un mayor número de buceos y los machos bucearon en general a mayores profundidades máximas. No se detectaron diferencias significativas entre sexos en las métricas del nicho isotópico basado en el análisis de plasma. El Cormorán Imperial presentó segregación sexual en las dimensiones espaciales y temporales del nicho trófico, consistente con los resultados arriba presentados sobre la composición de la dieta en la misma etapa del ciclo reproductivo.
Los resultados hallados ponen en evidencia la variabilidad en la ecología trófica del Cormorán Imperial, así como la flexibilidad en el uso de los recursos en el gradiente bentónico-pelágico. El presente trabajo aporta nuevos conocimientos sobre varios parámetros del nicho de hembras y machos en diferentes etapas del ciclo reproductivo y colonias, evidenciando la necesidad de evaluar la composición de la dieta de la especie teniendo en cuenta al sexo de los individuos. Los patrones observados muestran el papel diferencial de los sexos en las tramas tróficas marinas y podrían exponer a hembras y machos a presiones ambientales y antropogénicas diferentes según la etapa del ciclo reproductivo en que se encuentren.; The trophic niche, one of the dimensions of a species’ total niche space, is an attribute
shaped throughout its evolutionary history and determined by several factors. In seabirds, food is a determinant factor of their life histories and diet composition, in particular, has important implications for their breeding success. Variations in diet can result from several factors, such as changes in energy and nutritional requirements as the breeding season progresses or temporal variations in the availability of food resources. Resource use by the same species may also differ among localities. Just as different selective pressures shape the diet or other behavioral parameters of a population, they also shape the feeding strategies of each sex. Among seabirds, many cormorant species can exhibit great flexibility in their foraging strategies, allowing them to utilize both pelagic and benthic resources. The Imperial Cormorant (Leucocarbo atriceps) is a seabird distributed in Argentina and Chile, from 37°S on the Pacific coast to 42°S on the Atlantic coast, including the Malvinas Islands. It has coastal habits and is usually described as opportunistic and benthic, although sometimes it can take advantage of demersal and epipelagic resources. Previous studies have shown that the Imperial Cormorant is a mainly piscivorous species that complements its diet with marine invertebrates such as crustaceans, polychaetes and cephalopods, and that diet composition differs among stages of the breeding cycle. Although these studies provided valuable information on their food requirements, most of them were carried out using methods that did not allow an adequate evaluation of the relative contribution of main prey. On the other hand, the species shows sexual dimorphism in body size, with males being larger and heavier than females, and exhibits sexual differences in diving patterns and use of feeding areas. This suggests that diet composition could present differences between both sexes, something that was not contemplated in previous diet studies carried out in argentine Patagonia. The general goal of the thesis was to evaluate the variability in the trophic ecology of the Imperial Cormorant during the breeding season in two of the main colonies located on the
coasts of the province of Chubut, Punta León (43° 04′S, 64°29′W) and Islas Blancas (44°46′S, 65°38′W).
In both colonies, diet composition and isotopic niche of females and males during the incubation and chick rearing stages in the 2019 breeding season were assessed by analyzing a total of 117 stomach contents and 80 whole blood samples, respectively. Females and males differed significantly in their overall diet composition. Females consumed mostly benthic prey in all cases, while males consumed demersal, epipelagic or benthic prey depending on reproductive stage and colony. Males showed lower species diversity and consumed larger prey than females at all stages of the cycle. The isotopic niche of females and males differed in position and/or amplitude, depending on the breeding stage, presenting variations along the nitrogen and carbon axes in agreement with results based on conventional diet analysis. These results show that females and males exhibited a partitioning of trophic resources, although segregation patterns
varied according to the stages of the breeding cycle and breeding locality.
At Punta Leon, changes in female and male diet composition between incubation, young chick (< 15 days) and large chick (≥ 28 days) stages during the 2019 breeding season were also evaluated. In addition, differences in female and male isotopic niches between the incubation and chick rearing periods in three consecutive breeding seasons, from 2017 to 2019, were evaluated. A total of 57 stomach contents were analyzed for the 2019 season and a total of 112 whole blood samples were analyzed for the 2017 (n = 34), 2018 (n = 41) and 2019 (n = 37) seasons. Diet composition in terms of importance by mass changed as the breeding season progressed. Both sexes showed some level of flexibility in the use of benthic, demersal and epipelagic resources, even at the individual level, showing males a greater flexibility in foraging strategies. The size of prey consumed increased as the season progressed, with a more pronounced increase also in males. In all three seasons, the isotopic niche width of females was similar between the incubation
and chick rearing periods, while that of males was greater in the incubation period. Niche
position, on the other hand, only differed between sexes in 2019. The results indicate that both diet composition and isotopic niche of females and males vary temporally, and the magnitude of changes between periods may differ between breeding seasons.
Finally, at the Islas Blancas colony, patterns of sexual segregation in the trophic ecology of the Imperial Cormorant during the incubation stage in 2019 were evaluated by the simultaneous analysis of temporal feeding patterns, feeding areas, diving depths and isotopic niche. Five females and five males were instrumented with GPS loggers (position records) and time-depth recorders (depth records), and at the time of recapture a blood sample was taken from each individual to assess the isotopic niche based on plasma. Females and males segregated in their temporal feeding patterns, with females feeding mainly in the morning and males in the afternoon. Both sexes fed within the bay where the colony is located, but females fed in shallow areas to the north and south of the colony and males in areas south of the colony in deeper water. Despite the fact that individuals used a small coastal sector, a clear spatial segregation was found between both sexes. Females and males dived in similar depth ranges, but females made a greater number of dives and males generally dived to greater maximum depths. No significant differences were detected between sexes in isotopic niche metrics based on plasma analysis. The Imperial Cormorant presented sexual segregation in the spatial and temporal dimensions
of the trophic niche, consistent with the results presented above on diet composition
at the same stage of the breeding cycle.
The results show the variability in the trophic ecology of the Imperial Cormorant, as well as the flexibility in the use of resources in the benthic-pelagic gradient. The present study provides new knowledge on several niche parameters of females and males in different stages of the breeding cycle and colonies, evidencing the need to evaluate the diet composition of the species taking into account the sex of the individuals. The observed patterns show the differential role of the sexes in marine food webs, and may expose females and males to different environmental and anthropogenic pressures depending on the stage of the breeding cycle.
Ensamble de peces pequeños de los submareales rocosos norpatagónicos : composición, relaciones tróficas y efecto del ambiente sobre su estructura
http://rdi.uncoma.edu.ar/handle/uncomaid/17658
Ensamble de peces pequeños de los submareales rocosos norpatagónicos : composición, relaciones tróficas y efecto del ambiente sobre su estructura
En este trabajo se describe la composición y abundancia del ensamble de peces pequeños de los submareales rocosos que habitan en el golfo San José y los efectos de diversas variables ambientales sobre su estructura. Se analiza la dieta y caracteriza el nicho trófico de algunas de las especies de peces que componen el ensamble en los golfos Nuevo y San José y se realiza una evaluación de la incidencia en la dieta de la contaminación urbana por microplásticos en ambientes submareales cercanos a la ciudad de Puerto Madryn. La franja submareal de los golfos norpatagónicos ha sido estudiada desde diversas miradas pero se destaca la ausencia de información básica sobre los peces pequeños que la habitan. Este grupo comprende especies de reducida talla (<15 cm de largo total) y, en general, un comportamiento críptico y asociado al fondo. La estructura de un ensamble de organismos puede variar tanto en el espacio como en el tiempo, de acuerdo a características físicas del hábitat y cambios estacionales. Estudiar las relaciones tróficas entre los organismos de una comunidad es un componente importante de la ecología de los peces y puede ser un importante descriptor de la estructura de un ensamble de organismos. Además, existen factores ambientales de cambio global como el aumento de la temperatura producto del cambio climático, contaminación e introducción de especies invasoras que también son responsables de cambios en la estructura de los ensambles de especies. En particular, uno de los factores de cambio que ha cobrado relevancia en los últimos tiempos es el de la contaminación plástica. Sin embargo, su interacción con el ambiente y organismos aún ha sido poco estudiada.
En muestreos realizados en el Golfo San José, se registraron 6 especies pertenecientes a las Familias Tripterygiidae, Clinidae, Batrachoididae, Agonidae, Congiopodidae y Serranidae. Las especies numéricamente dominantes y más comunes fueron diablillo Helcogrammoides cunninghami, acorazadito Agonopsis asperoculis y clínido Ribeiroclinus eigenmanni. En los muestreos, también se registraron juveniles <15 cm de Pseudopercis semifasciata, Sebastes oculatus y Acanthistius patachonicus, que por encontrarse en menos del 10% de las estaciones muestreadas fueron descartados del análisis. La variable ambiental más importante en la determinación de la abundancia del ensamble de especies fue la profundidad. A su vez, el tipo de sustrato no fue una variable relevante en la abundancia del ensamble. Sin embargo, la profundidad, junto a los crustáceos y equinodermos fueron las variables que en más ocasiones resultaron relevantes para la mayoría de las especies, cuando se analizó a las especies de manera individual. En términos comunitarios, la biomasa, diversidad y abundancia total del ensamble aumentaron con la profundidad y los crustáceos. En cambio, el número de especies no varió en función de las características ambientales aquí estudiadas. Sólo en el caso de la abundancia, aumentó además con sustratos cubiertos de algas por lo que los peces bentónicos pequeños pueden beneficiarse de la vegetación en términos de recursos alimentarios y oportunidades de refugio.
Para el análisis de la dieta y caracterización del nicho trófico se estudió al diablillo y al clínido en los golfos Nuevo y San José. Las dietas de las especies Patagonotothen sima y P. cornucola fueron descriptas pero no incluidas en los análisis debido a que el número de individuos analizados no fue suficiente para proveer una buena descripción de la dieta. Ambos peces mostraron en general una dieta similar amplia y carnívora. Las inspecciones visuales mostraron mayor grado de eurifagia para el diablillo que para el clínido. Las dos especies de peces se encuentran dentro de un mismo nivel trófico y constituyen un gremio trófico. El análisis de isótopos estables reveló que integrando la nutrición anual, la mayor contribución a la dieta de ambas especies proviene de la cadena alimentaria del fitoplancton y la materia orgánica particulada. De esta manera, los peces se alimentan de manera oportunista consumiendo principalmente crustáceos (malacostracos, ostrácodos, copépodos). A nivel estacional, se encontró que la dieta de ambas especies cambian en el mismo sentido en invierno y verano, siendo que el mayor aporte proviene de la vía fitoplanctónica en verano y en partes iguales de la vía pelágica y fitoplanctónica en invierno. Sin embargo, encontramos que existen pequeñas diferencias entre las dietas de las especies a nivel de ítems presa y superposición del nicho isotópico.
En el tercer capítulo se evaluó la abundancia y el tipo de microplásticos en tres especies de peces (diablillo, clínido y juvenil de róbalo Eleginops maclovinus) y otras dos matrices como línea de base: cholgas (Aulacomya atra) y agua de fondo en tres sitios cercanos a la ciudad de Puerto Madryn (Golfo Nuevo). Los microplásticos estuvieron presentes en las tres matrices para todos los sitios muestreados. Las cantidades medias de ítems observados fueron 1,6 y 0,3 por peso húmedo total en peces y cholgas, respectivamente, y 10,5 por litro en agua de fondo. Las cholgas y los peces presentaron diferencias de tamaño de los microplásticos en comparación con el agua de fondo circundante; los peces también presentaron discriminación de color, sugiriendo la necesidad de más de un bioindicador para realizar el seguimiento de la contaminación por microplásticos. Además, los peces de menor talla tenían más microplásticos en el tracto gastrointestinal que los más grandes.
Estos resultados aportan información ecológica novedosa sobre un grupo poco estudiado que es importante tanto para evaluaciones de impacto ambiental o para el establecimiento de áreas marinas protegidas como para avanzar hacia una mejor comprensión del funcionamiento de los sistemas costeros.; This work describes the composition, abundance and the environmental effects on the structure of the small-fish assemblages that inhabit the subtidal rocky areas of the San José Gulf. The research analyzes the diet and trophic niche of some of the fish species that comprise the assemblage in the Nuevo and San José Gulfs, and assesses the incidence of urban pollution from microplastics on the diet of species that inhabit subtidal environments located nearby Puerto Madryn city. The subtidal strip of these marine environments has been studied from different perspectives, but there is a dearth of basic information on the small fish that inhabit it. This group comprises species of reduced size (<15 cm total length) and generally exhibit a cryptic behavior, associated with benthic habitats. The structure of organism assemblages can vary spatially and temporally, depending on the physical characteristics of the habitat and seasonal changes. Studying the trophic relationships among the organisms in a community is an important aspect of fish ecology and can provide key insights into the structure of an organism assemblage. Moreover, global environmental changes such as temperature increases due to climate change, pollution, and the introduction of invasive species are also responsible for changes in the structure of species assemblages. In particular, plastic pollution has become an increasingly relevant concern in recent times, and yet our understanding of the interaction between microplastics and aquatic organisms remains limited.
The sampling conducted in the San Jose Gulf recorded six fish species belonging to the Tripterygiidae, Clinidae, Batrachoididae, Agonidae, Congiopodidae, and Serranidae families. The numerically dominant and most common species were the triplefin (Helcogrammoides cunninghami), the sculpin (Agonopsis asperoculis), and the clinid (Ribeiroclinus eigenmanni). Juveniles of Pseudopercis semifasciata, Sebastes oculatus, and Acanthistius patachonicus were also registered, but as they were found in less than 10% of the sampled stations, they were excluded from the analysis. The most important environmental variable in determining the assemblage of species abundance was depth. Substrate type was not a relevant variable in the assemblage abundance. However, depth, along with crustaceans and echinoderms, were the variables that most often turned out to be relevant for the majority of the species when analyzed individually. In terms of community structure, the biomass, diversity, and total abundance of the assemblage increased with depth and the presence of crustaceans. However, species richness did not vary according to the environmental characteristics studied here. Only in the case of abundance, it increased with algae-covered substrates, indicating that small benthic fish can benefit from vegetation in terms of food resources and shelter opportunities.
To analyze the diet and trophic niche characterization, the triplefin and clinid were studied in the Nuevo and San José Gulfs. The diets of Patagonotothen sima and P. cornucola were described but not included in the analyses because the number of individuals was not sufficient to provide a good description of the diet. In general, both fish species showed a similar broad and carnivorous diet. Visual inspections showed that the triplefin had a higher degree of euryphagy than the clinid. Both species are within the same trophic level and constitute a trophic guild. Stable isotope analysis revealed that integrating annual nutrition, the greatest contribution to the diet of both species comes from the phytoplankton and particulate organic matter food chain. Thus, the fishes feed opportunistically, consuming mainly crustaceans (malacostracans, ostracods, copepods). At seasonal level, the diet of both species changes in the same direction in winter and summer, with the greatest contribution coming from the phytoplankton pathway in summer and equally from the pelagic and phytoplankton pathways in winter. However, we found small differences between the diets of the species at the prey item level and isotope niche overlap.
In the third chapter, we assess the abundance and type of microplastics in three fish species (triplefin, clinid and juvenile of Eleginops maclovinus) and in two baseline matrices: mussels (Aulacomya atra) and bottom water in three sites nearby Puerto Madryn city (Golfo Nuevo). Microplastics were present in the three matrices for all sites sampled. The average amounts of items observed were 1,6 and 0,3 per total wet weight in fishes and mussels, respectively, and 10,5 per liter in bottom water. Mussels and fishes presented a difference of microplastics size compared with the surrounding bottoms waters; fishes also presented color discrimination, suggesting the necessity of more than one bioindicator to perform microplastic pollution monitoring. Moreover, small fishes had more MPs in their gastrointestinal tracts than bigger ones.
The present work provides new ecological information to a better understanding of the functioning of the coastal systems that serve as input for the management plan of the coastal marine protected areas in order to protect the whole assemblage.
Levaduras de ambientes extremos : caracterizaciones genómicas implicadas en sus adaptaciones
http://rdi.uncoma.edu.ar/handle/uncomaid/17657
Levaduras de ambientes extremos : caracterizaciones genómicas implicadas en sus adaptaciones
Los ambientes extremos albergan una amplia biodiversidad de microorganismos con
adaptaciones únicas que les permiten sobrevivir y prosperar en estas condiciones: los
extremófilos/extremotolerantes. El estudio de estos organismos permite entender y
caracterizar mecanismos de adaptación, información de gran riqueza científica y con un gran potencial biotecnológico. La obtención de secuencias genómicas de organismos
provenientes de estos ambientes, y su comparación con genomas de especies cercanas pero no vinculadas a estas condiciones, constituyen un material de partida rico para dicho
propósito.
En esta Tesis Doctoral se presentan los genomas de 5 especies de levaduras, provenientes de 2 ambientes extremos distintos: Naganishia vishniacii, de valles secos en
Antártida, y 4 especies del género Goffeauzyma, aisladas de drenajes ácidos de rocas con alta concentración de metales en solución. Para ambos grupos y 9 especies de referencia se ensamblaron y anotaron los genomas y se asignaron grupos de ortología al repertorio génico codificado. El análisis comparativo revela una reducción en el material genético para todas las especies extremotoleranes, tanto en cantidad de secuencias codificantes, como en la proporción de grupos funcionales multicopia, coherente con su asociación ambiente-específico y con una optimización en el uso de recursos en contextos de escasez de nutrientes. Estos organismos poseen también una gran cantidad de genes de función desconocida, cuyo estudio podrá proveer nuevas pautas para entender sus adaptaciones.
Presentan una alta redundancia en transportadores de familia Major Facilitator Superfamily (MFS); una mayor representatividad/particularidades en genes vinculados con la biogénesis de la pared/membrana celular, constituyendo la defensa primaria para la tolerancia de estas especies; genes relacionados con la fotoprotección (PIKK) y la xerofilia (Sho1) en N. vishiacii y con la respuesta a daño oxidativo inducido por metales, el mantenimiento de la pared (proteínas RhoGAP) y la precipitación de metales (fosfatasas ácidas) en ambientes ácidos, en las especies del género Goffeauzyma. En estas últimas especies, también resaltan la importancia de las ATPasas de membrana vinculadas con el bombeo de iones y de nitrato reductasas, posiblemente implicadas en la síntesis de nanopartículas metálicas.
El análisis de uso de aminoácidos para N. vishniacii señala modificaciones globales
del proteoma con un enriquecimiento en glutamina y una disminución de prolina,
consistente con una mayor flexibilidad en las proteínas como adaptación a las bajas
temperaturas. Finalmente, no se encontraron evidencias de estrategias de tolerancia (como las proteínas anticongelantes en relación a ambientes fríos y las metalotioneína en la detoxificación de metales), caracterizadas para otros microorganismos, lo que indica que los mecanismos de adaptación descritos para diversas especies no son universales.
Todos los rasgos genómicos caracterizados en esta Tesis mediante una estrategia
bioinformática robusta permiten explicar la asociación de estas especies a sus ambientes
restrictivos.; Extreme environments host a wide biodiversity of microorganisms with unique
adaptations that enable them to survive and thrive in such conditions – these are known as extremophiles. Studying these organisms provides insights into and characterizes
mechanisms of adaptation, offering valuable scientific information of significant
biotechnological potential. Obtaining genomic sequences from organisms inhabiting these
environments and comparing them with genomes of phylogenetically related species not
associated with those conditions provides a rich starting material for this purpose.
This Doctoral Thesis presents the genomes of 5 yeast species from 2 distinct extreme
environments: Naganishia vishniacii from dry valleys in Antarctica, and 4 species of the
Goffeauzyma genus isolated from acidic rock drainages with high metal concentrations.
Genomes were assembled, annotated, and gene orthology groups were assigned for both
taxa as well as 9 reference species. Comparative analysis reveals a reduction in genetic
material for all extremophilic species, both in the quantity of coding sequences and the
proportion of multicopy functional groups. This reduction is consistent with their
environment-specific associations and resource optimization in nutrient-scarce contexts.
These organisms also possess a significant number of genes with unknown functions, the
study of which may provide new insights into their adaptations. They exhibit a high
redundancy in Major Facilitator Superfamily (MFS) transporter genes, a greater
representation of genes linked to cell wall/membrane biogenesis – forming the primary
defense for species tolerance – and genes related to photoprotection (PIKK) and xerophily
(Sho1) in N. vishniacii, as well as genes associated with metal-induced oxidative damage
response, maintenance of the cell wall (RhoGAP proteins), and metal precipitation (acid
phosphatases) in acidic environments in Goffeauzyma species. Also in that species, the
importance of membrane ATPases linked to ion pumping and nitrate reductases, potentially involved in metal nanoparticle synthesis is highlighted.
Amino acid usage analysis for N. vishniacii indicates global proteome modifications
characterized by an enrichment of glutamine and a decrease in proline, consistent with
greater protein flexibility as an adaptation to low temperatures. Ultimately, the absence of
evidence for classical tolerance strategies (such as antifreeze proteins for cold environments and metallothioneins for metal detoxification) suggests that the adaptation mechanisms described for various species are not universal.
All the genomic traits characterized in this Thesis through a robust bioinformatic
strategy help explain the association of these species with their restrictive environments.
Neurogénesis adulta y regeneración neuronal en peces teleósteos
http://rdi.uncoma.edu.ar/handle/uncomaid/17654
Neurogénesis adulta y regeneración neuronal en peces teleósteos
Si bien durante muchos años se consideró al sistema nervioso como una estructura fija sin ningún tipo de plasticidad, hoy en día se sabe que el cerebro posee numerosos mecanismos de plasticidad, incluyendo la neurogénesis adulta.
Este proceso consiste en la generación e incorporación de nuevas neuronas en circuitos cerebrales de organismos adultos, a partir de células madre neurales. En particular los peces poseen amplios reservorios de células madre neurales, distribuidos a lo largo de todo su sistema nervioso. Esta abundante neurogénesis adulta, junto con una respuesta inmune no cicatrizante posibilita a estos organismos regenerar tejido nervioso dañado. No obstante, poco se conoce sobre los factores que pueden actuar como moduladores de ambos procesos. En esta tesis se analizó de qué manera, los cambios en el entorno (ambiental y social) de los peces impactan en el proceso de neurogénesis adulta, tanto en condiciones normales como en respuesta a un daño, utilizando como modelos de investigación dos especies de peces teleósteos, Oncorhynchus mykiss (trucha arcoíris) y Danio rerio (pez cebra).
Para estudiar si la neurogénesis adulta en el telencéfalo de los peces es susceptible a modulaciones de la actividad circuital, se utilizó como modelo de estudio a Oncorhynchus mykiss (trucha arcoíris). Inicialmente, buscamos establecer una relación estructura-función entrenando a los peces en un paradigma cognitivo de evitación activa (EA). El 50% de los individuos mostró una buena performance para aprender la consigna mientras que la otra mitad tuvo un mal desempeño. Utilizando la expresión de c-fos para evaluar la activación neuronal, pudimos establecer las regiones telencefálicas implicadas en este proceso de aprendizaje. Encontramos que la región Dorso-medial (Dm) del telencéfalo fue una de las regiones más activadas por este desafío. Dado que la región Dm del telencéfalo esta implicada en procesamiento de información emocional, decidimos explorar la hipótesis de que el aislamiento social inducirá una disminución de actividad cerebral en Dm, y consecuentemente una disminución de la neurogénesis adulta. Luego de 4 semanas en aislamiento social se observó una marcada disminución en los niveles de neurogénesis adulta en la región Dm telencefálica de los peces. A su vez, este tratamiento indujo un grave déficit en el desempeño cognitivo de O.mykiss en el test de EA. Los resultados reafirman la existencia de una relación estructura-función entre la región Dm y el aprendizaje en un test de EA.
En otra serie de ensayos, evaluamos si distintas condiciones ambientales y sociales (ambiente enriquecido y aislamiento social) podían modular una respuesta de regeneración neuronal ante una lesión cerebral. Utilizando como modelo de estudio a Danio rerio (pez cebra), estandarizamos un protocolo para lesionar exclusivamente una porción localizada y limitada de la región Dm del telencéfalo, de aproximadamente un 33% de su superficie. En condiciones control, la proliferación celular en el telencéfalo alcanza su máximo 7 días luego de efectuada una lesión en Dm de acuerdo a lo reportado por otros autores. Los peces mantenidos en ambiente enriquecido, evidenciaron una mayor respuesta proliferativa y neurogénica en Dm, con respecto al grupo control. Por otro lado, los peces mantenidos en aislamiento social, no mostraron cambios en la respuesta regenerativa respecto del grupo control.
En función de los resultados obtenidos tanto con los experimentos realizados en trucha arcoíris como en pez cebra, puede concluirse que existe una relación bidireccional entre el aprendizaje y el ambiente con la neurogénesis constitutiva y regenerativa.
Los procesos de neurogénesis adulta y aprendizaje se encuentran estrechamente relacionados de tal forma que si se interfiere con la generación de nuevas neuronas se comprometen las habilidades cognitivas.; Although for many years the nervous system was considered a fixed structure without any plasticity, it is now known that the brain possesses numerous mechanisms of plasticity, including adult neurogenesis.
This process consists of the generation and incorporation of new neurons into brain circuits of adult organisms from neural stem cells. Fish in particular possess extensive reservoirs of neural stem cells, distributed throughout their nervous system. This abundant adult neurogenesis, together with a non-scarring immune response, enables these organisms to regenerate damaged nerve tissue. However, little is known about the factors that may act as modulators of both processes. In this thesis we analyzed how changes in the environment (environmental and social) of fish impact the process of adult neurogenesis, both under normal conditions and in response to damage using two teleost fish species, Oncorhynchus mykiss (rainbow trout) and Danio rerio (zebrafish), as research models.
To study whether adult neurogenesis in the telencephalon of fish is susceptible to modulations of circuit activity, Oncorhynchus mykiss (rainbow trout) was used as a study model. Initially, we sought to establish a structure-function relationship by training the fish in an active avoidance (AE) cognitive paradigm. Fifty percent of the individuals showed a good performance in learning the task while the other half performed poorly. Using c-fos expression to assess neuronal activation, we were able to establish the telencephalic regions involved in this learning process. We found that the Dorso-medial (Dm) region of the telencephalon was one of the regions most activated by this challenge. Since the Dm is a brain region involved in emotional information processing, we decided to explore the hypothesis that social isolation will induce a decrease of brain activity in Dm, and consequently a decrease of adult neurogenesis. After 4 weeks in social isolation we observed a marked decrease in adult neurogenesis levels in the telencephalic Dm region of the fish. In turn, this treatment induced a severe deficit in the cognitive performance of O.mykiss in the AE test. The results proved the existence of a structure-function relationship between the Dm region and learning in an AE test.
In another series of trials, we evaluated whether different environmental and social conditions (enriched environment and social isolation) could modulate a neuronal regeneration response to brain injury. Using Danio rerio (zebrafish) as a study model, we standardized a protocol to exclusively injure a localized and limited portion of the Dm region of the telencephalon, approximately 33% of its surface area. Under control conditions, cell proliferation in the telencephalon peaks 7 days after injury to the Dm as reported by other authors. Fish kept in an enriched environment showed a greater proliferative and neurogenic response in Dm, with respect to the control group. On the other hand, fish kept in social isolation did not show changes in the regenerative response with respect to the control group.
Based on the results obtained with both rainbow trout and zebrafish experiments, it can be concluded that there is a bidirectional relationship between learning and environment with constitutive and regenerative neurogenesis.
The processes of adult neurogenesis and learning are closely related in such a way that interfering with the generation of new neurons compromises cognitive abilities.