Chemical defenses of the tropical marine seaweed Canistrocarpus cervicornis against herbivory by sea urchin

This paper reports on the defensive chemical properties of the marine tropical brown seaweed Canistrocarpus cervicornis against herbivory. A natural concentration of dichloromethane crude extract (DCE) obtained from this seaweed significantly inhibited feeding by the sea urchin Lytechinus variegatus. The major metabolite isolated from this active DCE extract was identified as the (4R,7R,14S)-4α,7α-diacetoxy-14-hydroxydolast-1(15),8-diene that strongly inhibited feeding by the same sea urchin. This result suggests that the dolastane diterpenes class may constitute the defensive system of C. cervicornis against herbivory, and probably also of that of other brown seaweeds endowed with a biosynthetic pathway capable of producing compounds of the dolastane-type, a typical skeleton found in Dyctioteae species worldwide. This is the first report showing this compound-type (dolastane diterpenes) as a chemical defense against herbivory in marine seaweeds. This study constitutes an additional report broadening the known spectrum of action and roles of secondary metabolites of the C. cervicornis and Dyctioteae species.Este artigo demonstra a química defensiva anti-herbivoria da macroalga parda marinha Canistrocarpus cervicornis. Em sua concentração natural, o extrato bruto em diclorometano (DCE) inibiu significativamente o consumo alimentar do ouriço-do-mar Lytechinus variegatus. Deste extrato em DCE foi isolado o metabólito majoritário identificado como o diterpeno (4R,7R,14S)-4α,7α-diacetoxi-14-hidroxidolasta-1(15),8-dieno. Esses resultados comprovam que diterpenos da classe dolastano podem compor o sistema defensivo anti-herbivoria de C. cervircornis e, supostamente, o de outras algas pardas capazes de produzi-los, uma vez que são composto típicos encontrados em esqueletos de Dyctiotas em todo o mundo. Este é o primeiro estudo demonstrando a ação anti-herbivoria desta classe de metabolitos (diterpenos dolastanos) em macroalgas marinhas. Tais informações ampliam o conhecimento sobre o papel desses metabolitos especiais em C. cervicornis e de espécies de Dyctiotae

Feeding-deterrent properties of diterpenes of Dictyota mertensii (Phaeophyceae, Dictyotales)

Os espécimes da macroalga parda Dictyota mertensii coletados em dois diferentes locais no litoral brasileiro e distantes entre si, Búzios (Rio de Janeiro) e Fernando de Noronha (PE), foram avaliados quanto à atuação de seus extratos como defesa química contra o caranguejo Pachygrapsus transversus, e o ouriço do mar Lytechinus variegatus. O extrato dos espécimes de D. mertensii de Búzios inibiu o consumo por ambos P. transversus e L. variegatus. O fracionamento dos extratos dos espécimes de D. mertensii de Búzios e F. de Noronha avaliados em ensaios complementares revelaram uma fração ativa contendo distintos metabolitos secundários defensivos. Diterpenos do tipo guaiano prenilado foram as substâncias majoritárias em ambas as frações, mas dictyol H e epoxipachydictyol A foram os mais abundantes em Búzios e F. de Noronha, respectivamente, seguidos por componentes minoritários. Nossos resultados mostram uma produção diferencial de metabolitos secundários em duas populações distintas e distantes de D. mertensii no litoral brasileiro e sugerem que as defesas químicas desta macroalga marinha não são uma característica qualitativa absoluta desta espécie e pode representar uma especialização ecológica eficaz para prevenir a herbivoria.Crude extracts of the brown seaweed Dictyota mertensii (Martius) Kützing collected at two distant and different places on the Brazilian coast, Búzios (Rio de Janeiro) and Fernando de Noronha (PE), were evaluated for defensive chemistry against the crab Pachygrapsus transversus, and the sea urchin Lytechinus variegatus. The extract from Búzios specimens of D. mertensii significantly inhibited the consumption by both P. transversus and L. varigetaus. Fractionation of the extracts of specimens of D. mertensii from Búzios and F. de Noronha followed by complementary assays revealed one active fraction from each location, which contained distinct defensive secondary metabolites. In each active fractions prenylated guaiane diterpenes were the major compounds. Dictyol H and epoxypachydictyol A were the most abundant compounds in Búzios and F. de Noronha, respectively, followed by minor components. Our results show a differential production of secondary metabolites in the two distant and different populations of D. mertensii along the Brazilian coast. This suggests that defensive chemicals from this seaweed are not qualitatively absolute characteristics of the species, but may represent an ecological specialization to successfully prevent herbivory

Chemical defenses of the tropical marine seaweed Canistrocarpus cervicornis against herbivory by sea urchin

This paper reports on the defensive chemical properties of the marine tropical brown seaweed Canistrocarpus cervicornis against herbivory. A natural concentration of dichloromethane crude extract (DCE) obtained from this seaweed significantly inhibited feeding by the sea urchin Lytechinus variegatus. The major metabolite isolated from this active DCE extract was identified as the (4R,7R,14S)-4α,7α-diacetoxy-14-hydroxydolast-1(15),8-diene that strongly inhibited feeding by the same sea urchin. This result suggests that the dolastane diterpenes class may constitute the defensive system of C. cervicornis against herbivory, and probably also of that of other brown seaweeds endowed with a biosynthetic pathway capable of producing compounds of the dolastane-type, a typical skeleton found in Dyctioteae species worldwide. This is the first report showing this compound-type (dolastane diterpenes) as a chemical defense against herbivory in marine seaweeds. This study constitutes an additional report broadening the known spectrum of action and roles of secondary metabolites of the C. cervicornis and Dyctioteae species.Este artigo demonstra a química defensiva anti-herbivoria da macroalga parda marinha Canistrocarpus cervicornis. Em sua concentração natural, o extrato bruto em diclorometano (DCE) inibiu significativamente o consumo alimentar do ouriço-do-mar Lytechinus variegatus. Deste extrato em DCE foi isolado o metabólito majoritário identificado como o diterpeno (4R,7R,14S)-4α,7α-diacetoxi-14-hidroxidolasta-1(15),8-dieno. Esses resultados comprovam que diterpenos da classe dolastano podem compor o sistema defensivo anti-herbivoria de C. cervircornis e, supostamente, o de outras algas pardas capazes de produzi-los, uma vez que são composto típicos encontrados em esqueletos de Dyctiotas em todo o mundo. Este é o primeiro estudo demonstrando a ação anti-herbivoria desta classe de metabolitos (diterpenos dolastanos) em macroalgas marinhas. Tais informações ampliam o conhecimento sobre o papel desses metabolitos especiais em C. cervicornis e de espécies de Dyctiotae

Chemical defenses of the tropical marine seaweed Canistrocarpus cervicornis against herbivory by sea urchin

This paper reports on the defensive chemical properties of the marine tropical brown seaweed Canistrocarpus cervicornis against herbivory. A natural concentration of dichloromethane crude extract (DCE) obtained from this seaweed significantly inhibited feeding by the sea urchin Lytechinus variegatus. The major metabolite isolated from this active DCE extract was identified as the (4R,7R,14S)-4α,7α-diacetoxy-14-hydroxydolast-1(15),8-diene that strongly inhibited feeding by the same sea urchin. This result suggests that the dolastane diterpenes class may constitute the defensive system of C. cervicornis against herbivory, and probably also of that of other brown seaweeds endowed with a biosynthetic pathway capable of producing compounds of the dolastane-type, a typical skeleton found in Dyctioteae species worldwide. This is the first report showing this compound-type (dolastane diterpenes) as a chemical defense against herbivory in marine seaweeds. This study constitutes an additional report broadening the known spectrum of action and roles of secondary metabolites of the C. cervicornis and Dyctioteae species.Este artigo demonstra a química defensiva anti-herbivoria da macroalga parda marinha Canistrocarpus cervicornis. Em sua concentração natural, o extrato bruto em diclorometano (DCE) inibiu significativamente o consumo alimentar do ouriço-do-mar Lytechinus variegatus. Deste extrato em DCE foi isolado o metabólito majoritário identificado como o diterpeno (4R,7R,14S)-4α,7α-diacetoxi-14-hidroxidolasta-1(15),8-dieno. Esses resultados comprovam que diterpenos da classe dolastano podem compor o sistema defensivo anti-herbivoria de C. cervircornis e, supostamente, o de outras algas pardas capazes de produzi-los, uma vez que são composto típicos encontrados em esqueletos de Dyctiotas em todo o mundo. Este é o primeiro estudo demonstrando a ação anti-herbivoria desta classe de metabolitos (diterpenos dolastanos) em macroalgas marinhas. Tais informações ampliam o conhecimento sobre o papel desses metabolitos especiais em C. cervicornis e de espécies de Dyctiotae

Feeding and decoration preferences of the epialtidae crab Acanthonyx scutiforms

Estudos sobre preferência alimentar de herbívoros marinhos são muito importantes para o melhor entendimento da importância biológica e ecológica destes organismos. Caranguejos majídeos são usualmente herbívoros que se camuflam com pedaços de macroalgas e outros materiais para evitar a predação. Para entender melhor os mecanismos de escolha de alimento e decoração do caranguejo decorador Acanthonyx scutiformis, foram realizados dois ensaios de múltipla escolha usando macroalgas frescas e alimentos artificiais contendo extratos brutos das macroalgas Osmundaria obtusiloba, Plocamium brasiliense, Sargassum sp. e Dictyota menstrualis, oferecidas simultaneamente a esta espécie de caranguejo. Em ambos ensaios, a macroalga mais consumida foi O. obtusiloba, seguida por P. brasiliense e Sargassum sp., enquanto D. menstrualis foi menos consumida. É sugerido que A. scutiformis é um consumidor generalista, mas com alguma preferência pela macroalga vermelha perenial O. obtusiloba e a macroalga quimicamente defendida P. brasiliense. Observações sobre o comportamento decorador revelaram a preferência de A. scutiformis por P. brasiliense. Este comportamento decorador pode ser interpretado como um mecanismo para evitar predadores generalistas, uma vez que as preferências por consumo e decoração não foram relacionadas e o caranguejo usou somente pequenos pedaços de algas quimicamente defendidas.Studies on the feeding preferences of marine herbivores are very important for our better understanding of the biology and the ecological role of these organisms. Members of the family Epialtidae are usually herbivores that mask themselves with pieces of seaweed and other materials to avoid predation. In order to better understand the mechanisms of food and decorating choices of the decorator crab Acanthonyx scutiformis, two multiple-choice feeding assays were performed using fresh seaweeds and artificial food containing crude extracts of the four seaweeds Osmundaria obtusiloba, Plocamium brasiliense, Sargassum sp., and Dictyota menstrualis, offered simultaneously to this crab species. In both assays the seaweed most consumed was O. obtusiloba, followed by P. brasiliense and Sargassum sp., while D. menstrualis was the least consumed. It is suggested that A. scutiformis is a generalist feeder, but with some preference for the perennial red seaweed O. obtusiloba and the chemically-defended seaweed P. brasiliense. Decorating behavior observations revealed the preferences of A. scutiformis by P. brasiliense. This decorating behavior can be interpreted as a mechanism to avoid generalist predators, since feeding and decorating preference were not associated and the crab used only small pieces of chemically defended algae

Chemical defense of Hymeniacidon heliophila (Porifera: halichondrida) against tropical predators

Diversos organismos bênticos possuem defesas químicas que ajudam a diminuir a predação. Embora sua eficácia seja comprovada, muitos de seus efeitos são ainda desconhecidos. Múltiplas funções dos metabolitos secundários foram evidenciadas em algumas esponjas e isso pode representar uma vantagem adaptativa, considerando o alto valor energético gasto pelas espécies para produzí-los. O objetivo desse trabalho foi investigar as propriedades defensivas de extratos da esponja Hymeniacidon heliophila contra predadores tropicais: paguros (Calcinus tibicens), ouriços-do-mar (Lytechinus variegatus) e peixes generalistas. Extratos em n-hexano, acetato de etila e acetona/metanol foram usados nos ensaios e todos foram eficientes na redução do consumo por C. tibicen; extratos em n-hexano reduziram o consumo por L. variegatus; e extratos de média polaridade reduziram o consumo por peixes. A variação na ação ou as funções ecológicas múltiplas dos extratos indicam que diferentes tipos de substâncias podem ser associadas ao sistema defensivo produzido por Hymeniacidon heliophila.Various benthic organisms have chemical defenses which reduce their predators' consumption. Although their efficiency may be noticed in many organisms, many of their effects are not well- known yet. Multiple ecological roles of secondary metabolites are shown in some sponges, which may represent an adaptative advantage considering the high amount of energy used to produce these chemical compounds. The goal of this work was to investigate the defensive property of the extracts from the sponge Hymeniacidon heliophila against the tropical predators: hermit crabs (Calcinus tibicens), sea urchins (Lytechinus variegatus) and generalist fishes. Extracts obtained with n-hexane, ethyl acetate and acetone/methanol were used in assays and all of them were effective in reducing the consumption by C. tibicens; n-hexane extract reduced the consumption by L. variegatus; and medium polarity extracts reduced fish consumption. Either the variation in action or the multiple ecological roles of the extracts indicates that different types of compounds can be associated to the defensive system produced by H. heliophila

Shield wall:Kelps are the last stand against corals in tropicalized reefs

Communities inhabiting biogeographic transition zones are shifting in composition as a result of progressive warming and heatwaves. In the marine environment, corals are expanding onto higher latitude reefs historically dominated by temperate kelp forests, initiating a shift towards warm affinity coral-dominated states.publishedVersio

ECOLOGIA QUÍMICA MARINHA: ORIGEM, EVOLUÇÃO E PERSPECTIVAS NO BRASIL

MARINE CHEMICAL ECOLOGY: ORIGIN, DEVELOPMENT AND PERSPECTIVES IN BRAZIL. This report reviewed the information about development of marine chemical ecology in Brazil since its origin until May 2011 through analysis of scientific publications and professional formation at different levels. Basic macroalgal studies were predominant, mainly those studies focused on the effect of crude extracts and some pure compounds evaluated as chemical defenses against consumers. The macroalgal approaches also constitute important contributions related to structure and function, intra-population variation, storage and transport of chemical defenses. The number of invertebrate chemical ecology studies although small, verified the presence and activity of secondary metabolites, chemical cues for hosts to associated and chemical defenses in exotic species. Brazilian marine chemical ecology has evolved in accordance to this science in the world, as mostly papers were published in scientific journals of broad accessing. Despite the number of professionals has increased recently, the development of national marine chemical ecology remains slow due to reduced number of PhD formed and that could be head and spread new centers for research and professional formation. Considering the contribution of environmental and genetic factors for the production of chemical cues, the expansion of researches and professional formation, essentially PhDs, must be the basis to understand the pattern of abundance and action of secondary metabolites and their roles in marine community structure. Keywords:  Marine chemical ecology; chemical interactions; chemical defenses; alellopathy.ECOLOGÍA QUÍMICA MARINA: ORIGEN, EVOLUCIÓN Y PERSPECTIVAS EN BRASIL. El presente informe analizó el desarrollo de la ecología química marina en Brasil desde su origen hasta septiembre de 2010, a través del análisis de las publicaciones científicas y de la formación profesional en diferentes niveles. Los estudios básicos con macroalgas fueron predominantes, principalmente aquéllos enfocados en el efecto de extractos y algunas sustancias puras evaluadas como defensas químicas contra consumidores. Los estudios de macroalgas también constituyen importantes contribuciones, relacionadas con la estructura y función, la variación intra-poblacional, el almacenamiento y el transporte de defensas químicas. Sin embargo, el número de estudios de ecología química de invertebrados fue reducido, éstos verificaron la presencia y actividad de metabolitos secundarios, la señalización química para hospederos y defensas químicas en especies exóticas. La ecología química marina brasileña ha evolucionado en consonancia con esta ciencia en el mundo, una vez que predominan las publicaciones en revistas científicas de amplia circulación. A pesar del aumento reciente del número de profesionales en química marina, el desarrollo nacional continua siendo lento debido al número reducido de doctores formados. Considerando la contribución de factores genéticos y ambientales para la producción de señales químicas, la expansión de la investigación y formación profesional, esencialmente de doctores, debe ser la base para la comprensión de los patrones de abundancia y de acción de los metabolitos secundarios y sus funciones en la estructura de las comunidades marinas. Palabras clave: Ecología química marina; interacciones químicas; defensas químicas; alelopatía.Este relatório analisou as informações sobre o desenvolvimento da ecologia química marinha no Brasil desde sua origem até setembro de 2010 através da análise das publicações científicas e formação profissional em diferentes níveis.  Os estudos básicos de macroalgas foram predominantes, principalmente aqueles focados no efeito de extratos e algumas substâncias puras avaliadas como defesas químicas contra consumidores. As abordagens de macroalgas também constituem importantes contribuições relacionadas com a estrutura e função, a variação intra-populacional, armazenamento e transporte de defesas químicas. No entanto, o número de estudos de ecologia química de invertebrados mostrou-se reduzido, os quais verificaram a presença e a atividade de metabólitos secundários, sinalização química para hospedeiros e defesas químicas em espécies exóticas.  A ecologia química marinha brasileira tem evoluído em consonância com esta ciência no mundo, uma vez que predominam as publicações em revistas científicas de ampla circulação. Apesar do número de profissionais da química marinha ter aumentado recentemente, o desenvolvimento nacional continua a ser lento devido ao número reduzido de doutores formados. Considerando a contribuição de fatores genéticos e ambientais para a produção de sinais químicos, a expansão de pesquisas e formação profissional, essencialmente de doutores, deve ser a base para a compreensão do padrão de abundância e de ação dos metabólitos secundários e suas funções na estrutura das comunidades marinhas

Effects of disturbance area on fouling communities from a tropical environment: Guanabara Bay, Rio de Janeiro, Brazil

Em comunidades incrustantes marinhas, o espaço livre no substrato é um dos principais recursos limitantes para o estabelecimento de novos organismos. Assim sendo, distúrbios físicos que removam biomassa se mostram importantes agentes para a estruturação e dinâmica dessas comunidades. A extensão do distúrbio é uma característica que parece afetar os padrões de recolonização, e desta forma altera a diversidade de espécies. O objetivo deste trabalho foi analisar os efeitos de áreas crescentes de distúrbio em comunidades incrustantes. Para tal, comunidades macrobentônicas incrustantes foram previamente desenvolvidas por 6 meses na Baía de Guanabara (22°52'S, 043°08'W), recebendo uma única vez distúrbios circulares, aleatoriamente posicionados, com áreas crescentes (7 níveis, de 0 a 75% da cobertura removida, 10 réplicas por nível). Amostragens quinzenais foram realizadas após o distúrbio, de modo a acompanhar os padrões de desenvolvimento das comunidades. Na primeira amostragem observou-se que índices máximos de diversidade foram obtidos nas comunidades que receberam níveis intermediários de distúrbio. No entanto, no decorrer do tempo este perfil deu lugar a um pico de diversidade nas comunidades que sofreram os maiores níveis de distúrbio. Notou-se também um incremento contínuo da riqueza e diversidade ao longo do tempo até a 7ª amostragem (110 dias após os distúrbios), com subseqüente redução a partir deste momento. Tais padrões parecem corroborar a Hipótese do Distúrbio Intermediário, embora em médio prazo o perfil da comunidade mude drasticamente, revelando que perturbações físicas representam de fato um importante fator na estruturação de comunidades marinhas de substrato consolidado da Baía de Guanabara, além de realçar a importância de estudos de maior duração na avaliação dos impactos de distúrbios em comunidades marinhas.In marine fouling communities, free space is one of the key limiting resources for settlement of new organisms. In this way, removing biomass through physical disturbances would play an important role in the structure and dynamics of these communities. The disturbance size seems to be a characteristic that influences recolonization patterns, thus affecting species diversity. The aim of this study was to analyze the effects of growing disturbance areas on fouling communities. Fouling panels were allowed to develop for 6 mo. at Guanabara Bay (22°52'S, 043°08'W) prior to a single application of randomly positioned, circular physical disturbances of growing areas (7 levels, from 0 to 75% removed cover, 10 replicates per treatment). Samples were taken fortnightly after the disturbance event, so as to follow the development patterns of the community afterward. At the first sampling the diversity showed maximum indices in communities to which intermediary disturbance levels were applied. However, this profile changed later to a diversity peak in communities with higher disturbance levels. It also showed a continuous increase in richness and diversity through time until the 7th sample (110 days after the disturbance event), with subsequent decrease. Such patterns seem to corroborate the Intermediate Disturbance Hypothesis, despite the drastic profile change with time, revealing that disturbance is indeed an important factor structuring hard bottom communities at Guanabara Bay, and highlighting the importance of longer term studies of disturbance impacts in marine communities