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Tópicos en Ecofisiología de Insectos
DBBE-FCEN-UBA
2016
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Schilman (2007). Ciencia Hoy. 17 (100): 40-45.
Intercambio gaseoso en insectos
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Schilman, PE (2007). Ciencia Hoy. 17 (100): 40-45.
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Fases o períodos de la respiración discontinua
• C (closed) no hay intercambio gaseoso con el medio. Consume O2 de las traqueas y CO2 producido respiración celular es mayormente absorbido por bicarbonato y proteínas de hemolinfa (disminuye presión)
• F (flutter) entra aire a las traqueas por diferencia de presiones
• O (open) cuando se llega a un determinado valor de CO2 se abren los espiráculos
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Orígenes evolutivos de la respiración discontinua en insectos y sus posibles
consecuencias
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Hipótesis sobre la evolución del intercambio gaseoso continuo o discontinuo en insectos.
• Evitar la perdida de agua (Hydric hypothesis; Buck, 1953)
• Mejorar intercambio gaseoso (Chthonic and Chthonic-Hygric hypoythesis; Lighton & Berrigan, 1995)
• Evitar daño oxidativo (Oxidative damage hypothesis; Bradley, 2000; Hetz & Bradley, 2005)
• Propiedades emergentes (Emergent property hypothesis; Chown & Holter, 2000)
• Evitar entrada de patógenos (Strolling arthropods hypothesis; Miller, 1974)
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Lighton, JRB & Turner R (2008) J Exp Biol;211:563-567
The effect of gradual hypoxia on an alate Camponotus vicinus ant,
Resultados contrarios a la hipotesis #1)
Evitar la perdida de agua
(Hydric hypothesis; Buck, 1953)
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Pregunta de los autores
•Evitar daño oxidativo (Oxidative damage hypothesis; Bradley, 2000; Hetz & Bradley, 2005)
Por que algunos insectos muestran respiración discontinua y otros no?
La respiración discontinua serviría para limitar la exposición del insecto al oxígeno y su toxicidad o daño a altas concentraciones
Hipotesis de los autores
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Razonamiento de la Hipótesis
• Comparación de los valores de Po O2 kPa en espiráculos abiertos y niveles normales
– Completamente abierto = 19 kPa O2
– Tendría que ser cercano a 5 kPa
• El oxigeno es toxico
– Resultados de daño oxidativo
– Drosophilas con overexpression de enzimas anti-oxidantes como las Catalasas viven mas
– Daño oxidativo aumento con el aumento de la concentración de oxigeno (Ej. mosca de la fruta)
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Metodos • Polilla Attacus atlas
• Colocando tubos en dos espiraculos, midieron presiones parciales de CO2 y de O2 dentro del sistema respiratorio
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Respiración discontinua
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Ahearn (1970) J Exp Biol; 53: 573-595
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Schilman, Kaiser & Lighton (2008) J Insect Physiol; 54: 192-203
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Escarabajo Eleodes obscura
• Permeabilidad cuticular mas baja medida en un insecto por respirometría de flujo abierto
• No muestra respiración discontinua (RD)
• Describimos la coordinación temporal entre el intercambio gaseoso, perdida de agua, volumen del espacio subelitral y el estado de la apertura pigidial (indicativo de intercambio de gases con el medio)
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Ganancia de agua
• Alimento (contenido de agua de alimentos de insectos varía de 2% en semillas a 99% en savia)
• Tomar agua (niebla en desierto importante)
• Metabolismo (abejas volando, alto metabolismo gran producción de agua metabólica)
• Absorción de vapor de agua (extraen agua de atmósfera no saturada con estructuras orales (ej. garrapata) o rectales (larvas Tenebrio molitor)
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Resistencia a la desecación • A nivel de organismo, en gral. por tres formas:
– Aumentar contenido de agua del cuerpo
– Reducir las tasas de pérdida de agua
– Tolerar perder mayor cantidad de agua
• Cada una integra medidas de procesos fisiológicos múltiples (ej. pérdida de agua a través de la cutícula, respiración y excreción)
• Los costos de regulación fisiológica se pueden reducir en forma comportamental (ej. evitando lugares de alta pérdida de agua)
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Medición estándar de resistencia a la desecación
• Registrar cambio de masa en insectos mantenidos en condiciones de sequedad
• En gral. agua metabólica despreciable
• Medidas útiles:
• Contenido total de agua
• Máxima cantidad de agua perdida antes de morir
• Tiempo hasta máxima cantidad de agua perdida
• Tasa de pérdida de agua
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Perdida de agua a través de la cutícula (cuticular)
Excreción
Enfriamiento por
evaporación
Grooming Perdida de agua a través de los
espiráculos (respiratoria)
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Schilman (2007). Ciencia Hoy. 17 (100): 40-45.
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The hyperoxic switch
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The regression method
• Graficar WLR en función de CO2
• Extrapolación a la intercepción estimado de CWL (sin el componente respiratorio)
• Pendiente estima costo hídrico del intercambio gaseoso
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1 Torr = 0.999999857533699... mmHg 1 mmHg = 1.000000142466321... Torr
Presión de vapor de agua
Es la presión a la cual el vapor de agua esta saturado. A presiones mayores el agua condensa. Es la presión parcial de vapor de agua en cualquier mezcla de gases saturada en agua. Es función de la temperatura y puede determinarse por la relación de Clausius-Clapeyron.
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Resumen cálculos
• Medida de tasa de pérdida de agua (ej. µL h-1)
• Estimar superficie del insecto (ej. cm2)
• Calcular presión de vapor de agua (Torr)
• Dividir WLR por superficie y por presión de agua Gross CP en µL h-1 cm-2 Torr-1
• Si se utiliza sólo el componente cuticular, Corrected CP