Estudo morfológico comparativo do mecanismo de defesa química cutânea em duas espécies de sapos amazônicos (Rhinella marina e Rhaebo guttatus)

Translated title
Comparative study of the cutaneous chemical defensive system in two species of amazonian toads (Rhinella marina and Rhaebo guttatus)

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Publication type
Master's thesis
Language
Portuguese
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Open Access
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Abstract
The skin of amphibians is characterized by the presence of a large number of granular glands (or poison glands). These glands can be distributed throughout the whole body, or can accumulate in certain areas, strategically placed against predator action. This is the case of the parotoid macroglands of toads (Family Bufonidae), which are located dorso-laterally in the post-orbital region. When disturbed, the toads inflate the body and position their parotoids toward the aggressor. Poisoning, however, only occurs if the predator bites the toad and if the gland secretion makes contact mainly with the oral mucosa, configuring the typical amphibian passive defense. Contrary to such passivity, the Amazon toad Rhaebo guttatus is able to voluntarily eject its poison at great distances, through its parotoids. Based on these characteristics, the main objective of this work was the study of the morphology of R. guttatus parotoid through histology and ultrastructure, comparing it with that of Rhinella marina, a sympatric species with typical passive defense. We sought to characterize the structural differences that make possible the voluntary ejection of poison. Additionally, we studied and compared these two species in relation to the defensive behavior, the skin gland morphology, the biochemistry of parotoid secretion (by SDS-PAGE, HPLC and mass spectrometry) and the toxic activity (lethality, edema, nociception, hemorrhage and necrosis) induced by the parotoid secretion in animal models.The histology shows that the parotoid general morphology and the histochemistry of the parotoid contents are very similar in both species. The dermis that frames the secretory units and forms the alveoli is mainly composed of dense collagen fibers, giving to the macrogland a honeycomb appearance. Each alveolus is basically a large syncytial gland, which is connected to the exterior by a duct obstructed by an epithelial plug. Contrary to what occurs with R. marina, the parotoid of R. guttatus is attached to the scapula. This characteristic behavior associated with the behavior of lowering the girdle and inflating the lungs, confers to the animal the possibility of voluntary ejection of the poison. The poison in both R. marina and R. guttatus is composed mainly of proteins, biogenic amines and steroids (bufadienolids), but several molecules are exclusive to each species. When compared to R. marina, the venom of R. guttatus is less lethal and capable of inducing intense edema and nociception. Neither poisons, however, were able to cause hemorrhage or necrosis. R. guttatus was described more than 200 years and there is virtually no information about its biology and natural history. In view of his unusual defense mechanism, it is expected that the chemical arsenal used in its defense is different from other toads with passive defense. Because the behavior of voluntary ejection of poison is only described in R. guttatus, in order to complete this work, it would be important to study the defensive mechanism in other species of this genus. The voluntary ejection of poison would be placed then in a broader context, opening new perspectives of study.
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A pele dos anfíbios é caracterizada pela presença de inúmeras glândulas granulosas (ou de veneno). Tais glândulas podem se distribuir por todo o corpo, ou ainda, acumular-se em determinadas regiões, estrategicamente posicionadas contra a ação de predadores. Esse é o caso das macroglândulas parotóides dos sapos (Família Bufonidae), localizadas dorso-lateralmente na região pós-orbital. Quando importunados, os sapos inflam o corpo e posicionam as suas parotóides em direção ao agressor. O envenenamento, entretanto, só ocorre, se o predador morder o sapo e a secreção das glândulas entrar em contato principalmente com a sua mucosa oral, configurando a defesa passiva típica dos anfíbios. Contrariando tal passividade, o sapo amazônico Rhaebo guttatus é capaz de ejetar seu veneno voluntariamente a grandes distâncias, através de suas parotóides. Com base nessas características, o principal objetivo desse trabalho foi estudar a morfologia das parotóides de R. guttatus através de histologia e ultraestrutura, comparando-a com a de Rhinella marina, espécie simpátrica e de defesa passiva típica. Procurou-se caracterizar as diferenças estruturais que possibilitam ejeção voluntária de veneno. Adicionalmente, foram estudados e comparados entre essas duas espécies o comportamento defensivo, a morfologia das glândulas cutâneas da pele, a bioquímica da secreção das parotóides (através de SDS-PAGE, HPLC e espectrometria de massas), bem como as atividades tóxicas (letalidade, edema, nocicepção, hemorragia e necrose) induzidas por essas secreções em modelos animais. A histologia demonstra que a morfologia geral das parotóides e o seu conteúdo histoquímico são muito semelhantes entre as duas espécies. A derme que sustenta as unidades secretoras formando os alvéolos é composta principalmente por fibras colágenas densas, o que confere à macroglândula uma aparência de favo de mel. Cada alvéolo é, basicamente, uma grande glândula sincicial, que se conecta ao exterior por um duto obstruído por um plug epitelial. Ao contrário do que ocorre em R. marina, a parotóide de R. guttatus é aderida à escápula. Essa característica anatômica associada ao comportamento de baixar a cintura escapular e de inflar os pulmões, deve conferir ao animal a possibilidade de ejetar voluntariamente o veneno. Esse veneno, tanto em R. marina como em R. guttatus é composto basicamente por proteínas, aminas biogênicas e esteróides (bufadienolídeos), apresentando, porém, diversas moléculas exclusivas de cada espécie. Quando comparado com R. marina, o veneno de R. guttatus é menos letal e capaz de induzir edema e intensa nocicepção. Nenhum dos dois venenos, no entanto, foi capaz de causar hemorragia ou necrose. R. guttatus foi descrito há mais de 200 anos e praticamente não existe informações sobre a sua biologia e história natural. Diante do seu inusitado mecanismo de defesa, é de se esperar que o arsenal químico utilizado na sua defesa seja diferente dos outros sapos, com defesa passiva. Como o comportamento de ejeção voluntária de veneno só está descrito em R. guttatus, seria importante para a complementação desse trabalho, estudar o mecanismo defensivo de outras espécies do gênero. A ejeção voluntária de veneno seria, assim, inserida em um contexto mais amplo, abrindo novas perspectivas de estudo.
Reference
MAILHO-FONTANA, Pedro Luiz. Estudo morfológico comparativo do mecanismo de defesa química cutânea em duas espécies de sapos amazônicos (Rhinella marina e Rhaebo guttatus). 2012. 103 p. Dissertação (Mestrado em Ciências - Toxinologia) - Instituto Butantan, São Paulo, 2012.
Mailho-Fontana PL. Estudo morfológico comparativo do mecanismo de defesa química cutânea em duas espécies de sapos amazônicos (Rhinella marina e Rhaebo guttatus) [Comparative study of the cutaneous chemical defensive system in two species of amazonian toads (Rhinella marina and Rhaebo guttatus)] [Master's thesis]. São Paulo: Instituto Butantan; 2012. 103 p. Portuguese
Link to cite this reference
https://repositorio.butantan.gov.br/handle/butantan/3317
Issue Date
2012


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