DESCUBRIMIENTODE UNA NUEVA ESTRUCTURA ACCESORIA AL ORGANO RECEPTOR DE INFRAROJOS EN SERPIENTES DEL GENERO CROTALUS

Wilmar Bolıvar-G, Marta M. Antoniazzi, Taran Grant *, Carlos Jared*

1 Departamento de Biologıa, Programa de Posgrado y Grupo de Investigación en Ecología Animal, Universidad del Valle, Cali, Valle del Cauca, Colombia, 2 Laboratorio de

Biología Celular, Instituto Butantan, Sao Paulo, Sao Paulo, Brasil, 3 Departamento de Zoología, Instituto de Biociencias, Universidad de Sao Paulo, Sao Paulo, Sao Paulo, Brasil.

ABSTRACTO:

Los pozos faciales de las serpientes de cascabel, víboras, puntas de lanza, lachesis y otras crotalus americanas y asiáticas son órganos receptores infrarrojos (IR) altamente inervados y densamente vascularizados.

Durante más de un siglo, los estudios se han centrado en una pequeña muestra de especies modelo de América del Norte y Asia. Basado en una encuesta ampliada de crotalus de Centroamérica y América del Sur. Reportamos una estructura accesoria sobresaliente compuesta por papilas bien definida que se proyectan desde la parte anterior anexa a la órbita. Las papilas son continuas con la cámara interior del órgano receptor IR y los datos histológicos ultra estructurales sugieren que poseen una red nerviosa bien desarrollado y vascularización extensa; sin embargo, carecen de las masas nerviosas características-IR sensibles terminales que se encuentran en la membrana IR receptiva. La función de las papilar IR papilas es desconocida.

INTRODUCCION:

Las serpientes de cascabel, víboras, puntas de lanza, lachesis y otras crotalus americanas y asiáticas se caracterizan singularmente por poseer una fosa profunda en la cara en la región loreal entre el ojo y fosa nasal (Figuras 1A, B) Desde Noble y Schmidt [1] se ha demostrado la función de detección de calor de los pozos faciales de las crotalus, el mecanismo de detección de infrarrojos se ha resuelto con notable precisión, dando lugar a una comprensión compleja de este y su funcional y evolutiva importancia [2-4].

Internamente, la fosa facial se compone de cámaras externas e internas separadas por una membrana delgada-IR receptivo [5] (Figura 1C).

La cámara interior llena de aire se extiende a través de posteriad, un conducto que se abre dentro de la órbita anterior anexa [5,6] para igualar la presión atmosférica dentro de la cámara [2].

La fosa es inervada por los ganglios oftálmico y maxilar del nervio trigémino, y la membrana de la fosa está incrustada con únicas masas IR-sensibles terminales nerviosas (TNMS) [7-9].

La detección de la radiación infrarroja ocurre a través del receptor transitorio termo sensible de canales potenciales TRPA1 en las fibras nerviosas sensitivas que inervan la membrana de la fosa

Además de estar densamente inervada la membrana esta vascularizada por una densa cama de capilares para cumplir las altas demandas de energía y oxígeno y permitir el rápido intercambio de calos por receptores para inmediatamente regresar a T° normales. La superficie externa de la membrana posee pocas fosas o microalveolos que permiten longitudes de ondas largas que pasan y estimulan receptores mientras que filtran cortas longitudes de onda visibles del espectro

La superficie de la parte interior de la cámara interior está organizada en cúpulas de diferentes tamaños que ayudan a prevenir los reflejos de los rayos infrarojos de nuevo en la membrana.

Estudios previos de la estructura del órgano receptor de ir centraron su función en pocas especies de 4 géneros (Gloydius y Trimeresurus de Asia y Agkistrodon y Crotalus de América del norte) se sabe poco acerca de los órganos receptores ir de las 200 especies restantes de crotalus

En la realización de un estudio amplio del órgano receptor de IR en América central y del sur se descubrió una nueva estructura accesoria ampliamente inervada, vascularizada y continúa con el órgano receptor IR pero que carece de TNMS IR- sensible presente en el foso de la membrana.

MATERIALES Y METODOS:

Para mayor comodidad, seguimos la taxonomía genérica de Fenwick et al. [13], que reconoce cinco géneros para Bothrops (para una taxonomía alternativa ver [14]). Examinamos Bothriechis schlegelii, Bothropoides yarará, Bothrops asper, Bothrops brazili y Crotalus durissus con la luz y microscopía electrónica. Por microscopía de luz (LM), también muestras fijadas se deshidrataron en etanol y incrustado en metacrilato de glicol (Leica). Secciones (3-4 mm) eran cortado en un micrótomo Leica RM 2255 y se tiñeron con toluidina blue-fucsina [15].

Las imágenes se obtuvieron en un microscopio Olympus BX51 utilizando una cámara digital Olympus Q-Color 5 y software Pro Image Express 5.0 (Media Cybernetics). Para electrones microscopia, órganos receptores IR se extrajeron y se fijaron en 2,5% glutaraldehído en tampón de fosfato 0,1 M. Para microscopia electrónica de barrido (SEM), las muestras se deshidrataron aumentando el etanol, se secó en un secador de punto crítico usando CO2 como un medio intermedio, y revestida con oro en un dispositivo de pulverización catódica. Las muestras fueron examinadas en un microscopio FEI Quanta 250 Electrónica de Barrido, operando a 10-12.5 kV.

Para microscopia electrónica de transmisión (TEM) las muestras fueron posteriores a la fijada en el 1% de osmio tetróxido, se deshidrataron y se embebieron en resina epoxi. Se cortaron secciones en un ultramicrótomo Leica UC7, contrastado en 2% de acetato de uranilo y citrato de plomo y se examinaron en un microscopio electronico LEO 906E que funciona a 80 kV.

La disección de los microscopios fue utilizada para el examen macroscópico aberturas de los conductos de los siguientes especímenes:

(MZUSP: Museu de Zoologia da Universidade de Sa~o Paulo; UV-C: Coleccio'n de Anfibios y Reptiles de la Universidad del Valle; CD: Coleccio'n de Vertebrados de Docencia de la Universidad del Valle): Atropoides nummifer (MZUSP 2030, 8231); Agkistrodon piscivorus (MZUSP 3020-3022,

9348); Bothriechis schlegelii (UV-C 6665, 5433; CD 334 a 338, 340, 343-345, 347, 349-350, 743-744, 2433, 2493, 2496, 2499, 2500); Bothriopsis bilineata (MZUSP 1436, 3722, 4398, 4456, 8253, 10371 hasta 10372, 13248, 15173, 19033); Bothriopsis taeniata (MZUSP 11234-35, 11253, 11575); Bothrocophias hyoprora (MZUSP 5293); Bothropoides alcatraz (MZUSP 1.453); Bothropoides yarará (MZUSP 5252); Bothrops asper (UV-C 10755, 10762, 10764, 10804, 11328, 13016, 13310, 13825, 15266, 15273, 15276, 15593, 15630, 16268; CD 2434, 2501); Bothrops brazili (MZUSP 4260, 4895, 10534, 11719, 18128, 19295-19298); Bothrops jararacussu (MZUSP 14923); Crotalus durissus (MZUSP 7308; CD 1813, 2344- 2351, 2492, 2494-2495, 2497-2498); Lachesis muta (MZUSP 5330, 5719); Ovophis okinavensis (MZUSP 2278, 7701); Porthidium lansbergi (MZUSP 7733, 7769, 7795); P. nasutum (MZUSP 7480; CD 322, 1665); Rhinocerophis alternatus (MZUSP 1458); R. cotiara (MZUSP 2504).

ESTATUTOS ETICOS:

El permiso se obtuvo de todos los museos pertinentes / instituciones para acceder a las colecciones y especímenes era prestados o examinado en el museo / institución.

RESULTADOS

Se examinó la morfología de los órganos receptores IR de 18 especies de Crotalus que representan la diversidad filogenética de Linajes neotropicales y un género asiático.

En todas las especies examinadas de los géneros neotropicales Bothriopsis, Bothrocophias, Bothropoides, Bothrops, Lachesis, Porthidum y Rhinocerophis la apertura orbital del conducto de la cámara interior se encuentra por debajo de la órbita y está rodeada por papilas cuneiforme bien definidas que varían en longitud, las proyecciones visibles externamente emergen desde la esquina anterior de la órbita (Figura 1). En contraste, la apertura de la órbita del conducto interior de la cámara de Agkistrodon piscivorus, Nummifer Atropoides, schlegelii Bothriechis, Crotalus durissus y ovophis okinavensis es una simple apertura preocular en la órbita superficial anexa debajo de las escalas pre oculares que es consecuente con las observaciones anteriores.

LM y SEM reveló que la superficie de las papilas es plana (Figuras 2A, E, F), con el epitelio gradualmente plegable en la base papilar para formar la misma superficie en forma de cúpula como la del conducto adyacente y el fondo de ojo (Figura 2B) La superficie epitelial de la papilas (Figura 2C) es casi indistinguible del foso de la membrana receptora de IR (Figura 2D). En ambos las células epiteliales son poligonales y poseen las mismas diferencias poros o microalveolos distribuidos uniformemente por líneas anchas y lisas. LM y TEM de las papilas de Bothrops asper mostraron que la papilas están cubiertos por un epitelio formado por dos capas de células y una capa superficial cornificada (Figuras 2E, 3A). El interior de las papilas está compuesto de tejido conectivo a través del cual corren capilares y vasos sanguíneos (Figura 2e) y una extensa red nerviosa.

Fibras terminales libres no mielinisadas se distribuyen a través de toda la papila penetrando las células epiteliales y casi llegando a la capa cornea (figura 3A, B) los melanóforos son comunes en el tejido conjuntivo

El receptor ir de la fosa de la membrana de una B.asper mostro el mismo patrón general descrito anteriormente (2,9) con una gruesa capa cornea exterior, un sobresaliente TNMs distribuido por debajo de la capa epitelial externa y muchas fibras nerviosas especialmente mielinisadas se concentran alrededor de los vasos sanguíneos (figuras 3C, D) , aunque un gran número de fibras terminales libres pasan a través de la papilas del órgano receptor IR, de manera similar no se observaron estructuras nerviosas en la papila.

DISCUSIÓN:

La función de las papilas del órgano receptor de IR es desconocida, en general las estructuras de la papila y la papila aumentan el área de la superficie para realizar una variedad de funciones sensoriales y fisiológicas. A pesar de un aumento considerable en la superficie del área epitelial, no hay evidencia de que tejidos o células epiteliales se utilicen para la absorción. Además no hay ninguna indicación de una función secretora asociada con otras células aisladas o grupos de células o de cualquier depósito de compuestos secretores. Funciones principalmente quimioreceptoras y mecanoreceptoras táctiles son posibles pero parecen poco probables dada la localización de las papilas en la esquina anterior de la órbita. Dada la posición alrededor de la abertura de la órbita del conducto de la cámara interior, las papilas podrían servir como una barrera física para evitar que los desechos o ectoparásitos entren en la cámara interior e interfieran con la detección de IR al mismo tiempo permite igualar la presión de la cámara interior. Sin embargo esta hipótesis es incompatible debido a su amplia vascularización y epitelio delgado. El hecho de que las papilas son proyecciones del órgano receptor de IR en el entorno de la órbita, sugiere que podría ser relacionados de alguna manera con el receptor IR, posiblemente funcionando como un segundo detector de IR que proporciona un punto de referencia independiente para complementar la información obtenida por la membrana de la fosa. La extensa vascularización de las papilas que es necesaria para la demanda de energía y oxígeno y de intercambio de calor rápido en la membrana de la fosa receptora de IR (10,11), también es consistente con esta última hipótesis. Sin embargo la recepción de infrarrojos en la membrana ocurre con los TNMs (2) que estan ausentes en las papilas. Una hipótesis alternativa es que las papilas altamente vascularisadas cumplan una función en el intercambio de calor, aunque las comparaciones cuantitativas con estructuras de referencia son necesarias para determinar la significación de la vascularización observada

Claramente el descubrimiento de esta estructura accesoria plantea más preguntas, suponemos que si las papilas del órgano receptor de IR están directamente involucrados en su recepción ¿cómo lograr esa función sin el sensible IR TNMs? Y si no están directamente involucrados en la recepción de IR entonces ¿qué función desempeñan? Estudios anteriores de esta estructura se concentraron en solo unas pocas especies de los géneros asiáticos Gloydius y Trimeresurus y de América del norte Agkistrodon y Crotalus ninguno de los cuales posee papilas. ¿En qué se

diferencia la recepción de IR entre las especies que poseen y carecen de papilas en el órgano receptor de IR? A pesar de los recientes esfuerzos para dilucidar la filogenia de las viperidae (13-14, 16-18) las relaciones aún no están suficientemente claras para determinar con precisión la historia evolutiva de las papilas del órgano receptor IR , sin embargo en casi todas las especies de América del sur se encuentran estas papilas y, por lo tanto, caracterizar una gran proporción de la diversidad de Crotalus ¿Qué papel de esta estructura en la evolución de las crotalus neotropicales, y cuáles son los correlatos ecológicos de la presencia y ausencia de la papilas y variaciones en el tamaño y la forma papilar?

Para responder a estas y muchas más preguntas, amplias encuestas, filogenéticamente informados de diversidad crotalus deben combinarse con los tipos de intensos estudios, incluidos los estudios electrofisiológicos y de comportamiento, de organismos modelo que han caracterizado el último siglo de la investigación sobre la recepción de infrarrojos.