Respuestas eco-fisiológicas de Daphnia frente a la radiación ultravioleta y variables ambientales

Los grandes lagos andino-Patagónicos se caracterizan por ser muy profundos, ultraoligotróficos y albergar especies planctónicas con estrategias para enfrentar a bajas calidades y cantidades de nutrientes y altas radiaciones de luz. Por otra parte, en la región también se pueden encontrar numerosos pequeños lagos someros con características diferentes; ya que poseen una mayor concentración de materia orgánica disuelta que disminuye la penetración de luz. A pesar de los contrastes entre estos ambientes, ambos son sensibles a los cambios climáticos globales vinculados a incrementos en las Radiación Ultravioleta (RUV) y a la temperatura; lo que producirá que los organismos exhiban respuestas frente a estos cambios. El objetivo de esta Tesis fue analizar las estrategias fisiológicas, tanto nutricionales, reproductivas y de defensa que poseen organismos planctónicos del género Daphnia frente a escenarios actuales y futuros de incremento en la RUV y en la temperatura fundamentalmente. Una vez que llega a la superficie de la Tierra, la luz del sol penetra la superficie del agua y se atenúa a medida que llega a mayor profundidad. Las partículas y materia orgánica disuelta son las que mayor efecto ejercen en la atenuación de radiaciones de luz. Las longitudes de onda que comprenden entre los 280 y 380 nm de luz se caracterizan por su gran reactividad con las moléculas orgánicas y la generación de subproductos reactivos (EROs, “especies reactivas de oxígeno”) que a su vez reaccionan con los organismos del ambiente, generando daño celular. El estrés oxidativo es el desbalance entre la manifestación de EROs y la capacidad biológica del sistema de neutralizarlos. Para hacer frente a este fenómeno, los organismos tienen que aumentar sus defensas, como pueden ser las enzimas y los pigmentos, para lograr neutralizar la reactividad de las EROs y su potencial daño celular. Esta Tesis fue organizada en 6 capítulos. En el primero se presentan e introducen los conceptos teóricos enfocándolos hacia la pregunta de esta Tesis; asimismo se presentan las hipótesis planteadas y los objetivos generales y específicos. En el segundo capítulo se analiza en Daphnia commutata el efecto de la RUV en la actividad de una enzima involucrada en el proceso de muda. En el tercer capítulo se analiza el efecto interactivo entre la calidad de alimento, la temperatura y la RUV en la actividad enzimática de defensa contra el estrés oxidativo de D. commutata y en una enzima encargada de hacer disponibles nutrientes en particular P (fósforo). En el cuarto capítulo se analiza la respuesta enzimática antioxidante de D. dadayana frente a la exposición a RUV y se evalúa la importancia de la melanina como pigmento foto-protector de la RUV y el estrés oxidativo. En el quinto capítulo se analiza el efecto de la RUV en la respuesta plástica de D. dadayana frente a la presencia de depredadores invertebrados. Por último, en el sexto capítulo se incluyen las conclusiones finales de la Tesis. La quitobiasa (QB) es una enzima encargada de degradar la quitina del exosqueleto en artrópodos para que pueda desprenderse adecuadamente de la nueva cutícula en el momento de la muda. En este momento el zooplancton se encuentra expuesto y vulnerable, además de encontrarse sincronizado en Daphnia con el desprendimiento de huevos partenogenéticos. Por esta razón, en el segundo capítulo se evaluó el efecto de la RUV en la enzima QB y el consecuente efecto en el proceso de muda de D. commutata. Para llevar a cabo esto, se expuso a neonatos de Daphnia de la misma cohorte a 2 h de RUV por día durante 8 días y se extrajeron ejemplares a diario para las determinaciones de la actividad de la QB. Si bien los resultados no muestran una disminución de la actividad de QB cuando se expone Daphnia a una dosis diaria de RUV si se observa una desincronización, tanto para la actividad de QB como para la sincronización de la cohorte para mudar. Este efecto de la RUV en la sincronización de la muda se podría ver reflejado, no sólo en el crecimiento, sino también en la reproducción, ya que los neonatos tendrían dificultades para poder salir del nuevo caparazón. Se analizó cómo D. commutata responde a la combinación de factores de estrés utilizando la actividad de la fosfatasa alcalina (AFA) como un proxy del requerimiento de P y a la Glutation-S-Transferasa (GST) como un biomarcador del estrés oxidativo. Se realizaron experimentos de laboratorio donde a neonatos de D. commutata se les proporcionó tres calidades de alimento (baja, media y alta) bajo dos temperaturas distintas (10 ºC y 20 ºC) y se los dejó crecer durante una semana. El día siete fueron expuestos a RUV y luego reservados para medir su actividad enzimática antioxidante (GST) y la respuesta en la AFA. Se observó que la calidad del alimento que obtiene el zooplancton afecta sus respuestas frente a factores de estrés, como la RUV y la temperatura. Los resultados muestran que cuando Daphnia se encuentra con baja calidad de alimento y a una temperatura de 20 ºC se ve limitada su actividad antioxidante. Bajo estas condiciones se registra una baja capacidad de respuesta frente al efecto de la radiación ultravioleta en comparación con el mismo tratamiento con media y buena calidad de alimento. Por otra parte, también disminuye la capacidad de adquirir P del alimento (AFA) y este efecto se ve incrementado aún más por la exposición a RUV. En cambio, a 10 ºC, hay una clara respuesta al incrementar la AFA en las calidades de alimento baja y media en comparación con alta calidad, significando que con buena calidad de nutrientes no es necesario utilizar la AFA para adquirir más nutrientes. La calidad del alimento resulta un factor muy importante bajo escenarios futuros donde según las predicciones del cambio climático podría aumentar la temperatura y la incidencia de RUV en los ambientes acuáticos. Los pigmentos fotoprotectores son la primera barrera contra el posible daño de las RUV. En la región se observaron individuos melánicos de Daphnia, por lo cual en el cuarto capítulo se planteó analizar la respuesta plástica de aumento de la concentración de melanina vs la actividad de antioxidantes frente a la exposición a RUV. Para ello se expusieron neonatos del cladócero melánico D. dadayana a RUV por 2 horas todos los días, durante una semana. A través de fotografías laterales se midió la intensidad del pigmento del caparazón de Daphnia día a día y al finalizar el experimento se midió la actividad de GST para determinar el nivel de estrés oxidativo de Daphnia. Los resultados muestran que hay un incremento de la concentración de melanina en el tiempo. Por otro lado, la actividad de GST no presenta diferencias significativas entre control y tratamiento de RUV. Este resultado podría estar reflejando la efectividad de la melanina que sintetiza D. dadayana ya que no hay un daño visible por exposición a las dosis de RUV suministradas en estos organismos. Las defensas plásticas frente la depredación intrazooplanctónica significan una inversión de energía ya que generalmente involucran estructuras morfológicas, siendo éstas inducidas por señales químicas (kairomonas) que los depredadores liberan al medio. D. dadayana se registra en la región con formas con o sin yelmo, por lo cual en el último capítulo se planteó, evaluar el costo de la producción de yelmo, a través de la actividad de GST, cuando D. dadayana con y sin yelmo se encuentra expuesta a RUV. Para llevar a cabo este objetivo se expusieron hembras con huevos partenogenéticos a señal química del copépodo depredador Parabroteas sarsi para inducir la defensa morfológica en forma de yelmo en los neonatos. En primer lugar, se logró verificar que la liberación de kairomonas por parte de P. sarsi efectivamente induce la formación de yelmo, lo cual explicaría la existencia de los dos dos morfos de D. dadayana en la naturaleza. Por otra parte, continuando con el experimento una vez nacidos, los neonatos fueron expuestos a RUV durante 3 días para observar el desarrollo de la estructura anti-depredación y la actividad de GST en organismos que necesitan invertir nutrientes en las defensas. Los resultados muestran que D. dadayana no tuvo problemas en mantener el yelmo cuando es expuesto a RUV y que su tamaño se incrementa un 25% más que en individuos sin señal de depredador. Sin embargo, el costo en producir una defensa plástica no reveló un aumento del estrés oxidativo cuando son expuestos a RUV en comparación con el control sin defensa. Las conclusiones generales de esta Tesis indican que las RUV condicionan numerosas respuestas de las poblaciones de Daphnia en Patagonia norte sobre todo en organismos transparentes sin pigmentos melánicos. Estos cladóceros habitan lagos profundos y con presencia de depredadores visuales (peces), por lo tanto, su única estrategia para evitar la exposición a las RUV es permanecer en regiones oscuras (hipolimnion) durante el día. Sin embargo, también se observó que las respuestas frente al estrés pueden variar en función de la temperatura y la calidad de alimento. Por otra parte, las especies melánicas que aparecen en lagunas someras (D. dadayana) parecen exhibir un grado bajo de estrés frente a la exposición directa de RUV. Además, las estrategias morfológicas frente a la depredación intrazooplanctónica no afecta sus niveles de respuesta frente al estrés lumínico. Por último, las actividades enzimáticas resultan biomarcadores muy sensibles para visualizar efectos celulares en el zooplancton y son una herramienta muy eficaz a la hora de determinar efectos sub-letales como los generados por la RUV y otros factores ambientales como los estudiados en este trabajo.Fil: Wolinski, Laura. Universidad Nacional del Comahue. INIBIOMA. Laboratorio de Limnología. CONICET; Argentina

Respuestas eco-fisiológicas de Daphnia frente a la radiación ultravioleta y variables ambientales

Los grandes lagos del norte de la Patagonia Andina se caracterizan por ser muy profundos, ultraoligotróficos y albergar especies zooplanctónicas con estrategias para enfrentar a bajas calidades y cantidades de alimento y altas radiaciones de luz. Por otra parte, en la región también se pueden encontrar numerosos pequeños lagos someros con características diferentes; ya que poseen una mayor concentración de materia orgánica disuelta que disminuye la penetración de luz. A pesar de los contrastes entre estos ambientes, ambos son sensibles a los cambios climáticos globales vinculados a incrementos en la Radiación Ultravioleta (RUV); lo que produce que los organismos exhiban respuestas frente a estos cambios. El objetivo de esta Tesis fue analizar las estrategias fisiológicas que poseen dos especies planctónicas del género Daphnia (D. commutata y D. dadayana) frente a escenarios actuales y futuros de incremento en la RUV en interacción con otros factores. Estas dos especies habitan ambientes contrastantes, D. commutata es característica de lagos profundos y transparentes mientras que D. dadayana de lagos someros y con mayor concentración de materia orgánica disuelta. Una vez que llega a la superficie de la Tierra y a un cuerpo de agua, una parte de la luz solar penetra la columna de agua atenuándose a medida que llega a mayor profundidad. Además de la propia molécula de agua, la materia orgánica disuelta y la particulada son los factores que mayor efecto ejercen en la atenuación de la luz. En particular, las longitudes de onda que comprenden entre los 280 y 380 nm se caracterizan por su gran reactividad con el agua y con moléculas orgánicas generando subproductos reactivos de oxígeno (EROs, ?especies reactivas de oxígeno?) que causan daño celular afectando a los organismos. El estrés oxidativo resulta del desbalance entre la manifestación de EROs y la capacidad biológica del sistema de neutralizarlos. Para hacer frente a este estrés, los organismos pueden exhibir diferentes estrategias. Dentro de ellas pueden aumentar sus defensas, como por ejemplo las enzimas antioxidantes o los pigmentos fotoprotectores, con la finalidad de neutralizar la reactividad de las EROs y su potencial daño celular. Esta Tesis fue organizada en 6 capítulos. En el primero se presentan e introducen los conceptos teóricos a analizar a lo largo del trabajo, las hipótesis planteadas y los objetivos generales y específicos. En el segundo capítulo se analiza en Daphnia commutata el efecto de la RUV en la actividad de una enzima involucrada en el proceso de muda. En el tercer capítulo se analiza también en D. commutata, el efecto interactivo de la RUV con la calidad de alimento y la temperatura sobre una enzima antioxidante (Glutation S-Transferasa, GST) y otra encargada de hacer disponible un nutriente limitante como el fósforo (fosfatasa alcalina). En el cuarto capítulo se analiza la respuesta enzimática antioxidante de Daphnia dadayana frente a la exposición a RUV y se evalúa la importancia de la melanina como pigmento fotoprotector. En el quinto capítulo se analiza también en D. dadayana si la respuesta a la RUV se afecta por el desarrollo de estructuras anti-depredatorias (yelmo). Por último, en el sexto capítulo se incluyen las conclusiones finales de la Tesis.La quitobiasa (QB) es una enzima encargada de degradar la quitina del exosqueleto en artrópodos para que pueda desprenderse adecuadamente de la nueva cutícula en el momento de la muda. En ese momento el zooplancton se encuentra expuesto y vulnerable. Por esta razón, en el segundo capítulo se evaluó el efecto de la RUV en la enzima QB y el consecuente efecto en el proceso de muda de D. commutata. Para llevar a cabo esto, se expuso a neonatos de D. commutata de la misma cohorte a 2 h de RUV por día durante 8 días y se extrajeron ejemplares a diario para las determinaciones de la actividad de la QB. Los resultados obtenidos indicaron que la RUV produce una desincronización, tanto para la actividad de QB como para la sincronización de la cohorte para mudar. También se observó una disminución en el crecimiento de los individuos expuestos a RUV en particular a los cuatro días de exposición. Este efecto de la RUV en la sincronización de la muda se podría ver reflejado, no sólo en el crecimiento, sino también en la reproducción, ya que los neonatos tendrían dificultades para poder salir del nuevo caparazón.Mediante un experimento de laboratorio se analizó cómo D. commutata responde a la combinación de factores de estrés utilizando la actividad de la fosfatasa alcalina (AFA) como un proxy del requerimiento de fósforo y a la Glutation-S-Transferasa (GST) como un biomarcador del estrés oxidativo. Los experimentos de laboratorio consistieron en criar durante una semana individuos de D. commutata desde neonatos con tres calidades de alimento (baja, media y alta) y a dos temperaturas distintas (10 ºC y 20 ºC). El día siete fueron expuestos a RUV y luego medir la actividad enzimática antioxidante (GST) y la respuesta en la AFA. Se observó que la calidad del alimento afecta las respuestas frente a factores de estrés, como la RUV y la temperatura. Los resultados mostraron que cuando D. commutata se encuentra con baja calidad de alimento y a una temperatura de 20 ºC se ve limitada su actividad antioxidante. Bajo estas condiciones se registró una baja capacidad de respuesta frente al efecto de la radiación ultravioleta en comparación con el mismo tratamiento con media y buena calidad de alimento. Por otra parte, también disminuyó la capacidad de adquirir fósforo del alimento (AFA) y este efecto se vio incrementado aún más por la exposición a RUV. En cambio, a 10 ºC, hubo una clara respuesta al incrementar la AFA en las calidades de alimento baja y media en comparación con alta calidad. La calidad del alimento resultó un factor muy importante para los escenarios futuros donde según las predicciones del cambio climático podría aumentar la temperatura y la incidencia de RUV en los ambientes acuáticos.Los pigmentos fotoprotectores son la primera barrera contra el posible daño causado por la RUV. En la región se observaron individuos melánicos de Daphnia, por lo cual en el cuarto capítulo se planteó analizar la respuesta plástica de aumento de la concentración de melanina vs la actividad de antioxidantes frente a la exposición a RUV. Para ello se expusieron o no (tratamiento y control) individuos del cladócero melánico D. dadayana desde neonatos, a RUV por 2 horas todos los días, durante una semana. A través de fotografías laterales se midió la intensidad del pigmento del caparazón de D. dadayana día a día y al finalizar el experimento se midió la actividad de GST para determinar el nivel de estrés oxidativo de D. dadayana. Los resultados mostraron que hay un incremento de la concentración de melanina en el tiempo cuando D. dadayana está expuesta a RUV, indicando el carácter inducible de esta defensa. Por otro lado, la actividad de GST no presentó diferencias significativas entre control y tratamiento de RUV. Este resultado podría estar reflejando la efectividad de la melanina que sintetiza D. dadayana ya que no hubo diferencias en la actividad antioxidante por exposición a las dosis de RUV suministradas.Las defensas frente a la depredación intra-zooplanctónica significan una inversión de energía sobre todo cuando involucran estructuras morfológicas, siendo éstas inducidas por señales químicas (kairomonas) que los depredadores liberan al medio. Daphnia dadayana fue registrada en la región patagónica con formas con o sin yelmo. En el quinto capítulo se planteó analizar si la producción del yelmo afectaba a la respuesta frente a la RUV a través de la actividad de GST. Para llevar a cabo este objetivo se expusieron hembras con huevos partenogenéticos a señal química del copépodo depredador Parabroteas sarsi para inducir la defensa morfológica en forma de yelmo en los neonatos. En primer lugar, se logró verificar que la presencia de P. sarsi efectivamente induce la formación de yelmo, lo cual explicaría la existencia de los dos morfos de D. dadayana en la naturaleza. En presencia de P. sarsi, D. dadayana incrementó su tamaño en un 25% debido al yelmo. Sin embargo, el costo de producir esta defensa no reveló diferencias significativas en la respuesta de GST cuando es expuesta a RUV.Las conclusiones generales de esta Tesis indican que la RUV condiciona numerosas respuestas en las poblaciones de Daphnia de Patagonia Norte sobre todo en aquellas especies no melánicas como D. commutata. Estos cladóceros habitan lagos profundos y transparentes y con presencia de depredadores visuales (peces), por lo tanto, el melanismo no es una estrategia posible frente a la RUV. A pesar que para evitar la exposición a la RUV permanecen durante el día en regiones profundas afoticas durante la noche también quedan expuestas a EROS generadas por la RUV durante el día. Por lo tanto, las respuestas frente al estrés de esta especie resultan vitales para el mantenimiento de las redes tróficas lacustres. En tal sentido, la RUV afecta el crecimiento de esta especie a través de la desincronización de la muda y las respuestas antioxidantes se vieron afectadas también por la temperatura y la calidad de alimento. En contraposición, las especies melánicas que habitan lagunas someras (D. dadayana) parecen exhibir un bajo grado de estrés frente a la exposición directa de RUV. Además, las estrategias morfológicas frente a la depredación intra-zooplanctónica no afecta sus niveles de respuesta frente al estrés lumínico. Por último, las actividades enzimáticas resultan biomarcadores muy sensibles para visualizar efectos celulares en el zooplancton y son una herramienta muy eficaz a la hora de determinar efectos sub-letales como los generados por la RUV y otros factores ambientales como los estudiados en este trabajo.North-Andean Patagonian large and deeplakes are ultra-oligotrophicsystems where zooplanktonic species develop different strategies to cope with low food quantity and quality and high exposure to Ultraviolet radiation (UVR). Additionally, the Patagonian region has many small and shallow lakes with high dissolved organic matter concentration and thus, low light penetration. However, both environments are sensitive to global climate change, particularly to increase in UVR that will affecttheir biota. The objective of this Thesis was to analyze the physiological responsesof two planktonic species of the genus Daphnia(D. commutataand D. dadayana) under present and future scenarios of increasingUVR, interacting with other factors.These two species inhabitcontrasting systems. D. commutatalives in deep and transparent lakes while D. dadayanainhabits small shallow lakes with high concentration of dissolved organic matter. When sunlight reaches the surface of aquatic systems, part of it is reflected and part penetrates the water. Once in the water column, the light is absorbed by the molecule of water and by the dissolved and particulate organic matter. In particular, shortwavelengths (280-380 nm) are characterized by its high reactivity with water and organic molecules, producing reactive oxygen species (ROS) that damage cells and affect the organisms. The oxidative stress results when the ambient ROS exceeds the biological capacity to neutralize them. Among the strategies to act against these ROS, organisms can increase different defense mechanisms, as photoprotective pigments, and antioxidant enzymes, in order to neutralize the ROS avoiding cell damage. This Thesis was organizedin sixchapters. The first one presents the main theoretical conceptsand topics of the study, thehypotheses,and thegeneral and specificobjectives.In the second chapter, we analyzed the effect of UVR on the enzymatic activityinvolved inthe molting process ofD. commutata.In the third chapter, we analyzed, inD. commutata, how two enzymatic systems (the antioxidant GST and the Alkaline Phosphate involve in P uptake) were affected by the interaction of UVR with food qualityand temperature. Inthe fourth chapter, the enzymatic antioxidant responseand the importance of melanin as a photo-protective pigmentis analyzedwhenD. dadayanais exposedtoUVR. Inthe fifth chapter, we determine if the develop of antipredator defenses (helmet) affects the response of D. dadayanato UVR. Finally,the lastchapter we include the general conclusions of the Thesis. During molting, the enzyme chitobiase (CB) is responsible forthe chitindegrading process,allowing the old shell tobe properly detached from the newone. In addition, in cladoceranmolting is synchronizedwith the detachment of parthenogenetic eggs. During this process,zooplankton is exposed and vulnerable to predation. Thus, in the second chapter, we analyzed UVR effect on the CB enzyme activity and the consequent effect on the molting process of D. commutata. We carried out an experiment in which Daphnianeonates from the samecohort grew for eight days with daily exposition of 2 h to UVR and a control (protected from UVR). Each dayof experimentation CB activitywas determined on individuals of each treatment. Results showeda decrease in the CB activity when Daphniawas exposedto UVR. In addition, a desynchronizationwas observedin the CB activity and inmolt synchronizationin the population. Consequently, a decrease in the growth of UVR exposed individuals was observedafter the fourth day of UVR exposure. UVR effect on moltsynchronization could imply a cost, not only in growthbut also in reproduction, sinceneonates would have difficulties to leave theold shell. In the next chapter, we analyzed how D. commutatarespondedto the combination of stress factors using the alkaline phosphatase activity (APA) as a proxy of the P requirement and Glutathione-S-Transferase (GST) as an oxidativestressbiomarker. Laboratory experiments were conducted withD. commutataneonates growing for a week fed withthree food qualities (low, medium and high) under two different temperatures (10 ºC and 20 ºC). On day seven, they were exposedto UVR and then antioxidant enzymatic activity (GST) and APAwere determined. It was observedthatfood qualityaffects responses to stress factors, such as UVR and temperature. The results showedthat when Daphniais underlow food quality at20ºC, its antioxidant activity is limited. Under these conditions,there wasa low response capacity against UVReffectcompared tothe sametemperature with medium and highfood quality. The ability to acquire P from the food (APA) also decreasedunder low food quality at 20 ºCandthis effect is further increased by UVR exposure.On the other hand,treatments at 10 ºCshowed an increase in APA underlow and medium food qualities compared to highquality. The food qualityrepresents animportant factor under future scenarios where, according toclimate changepredictions, temperature and UVRincidence in aquatic environments could increase. Photo-protective pigments are the first barrier against UVR damage. In Patagonia Daphnia dadayanawas observed with melanic individuals. We analyzedtheplastic response ofincreasing melanin concentration in this species and theantioxidantactivity when exposed to UVR. We carried out an experiment where neonates of D. dadayanawere exposedto UVRfor 2 hours every day, duringa weekwith a control protected from short wavelength radiation.Pigment intensity in Daphniacarapace was measureddaily through lateral images.Atthe end of the experiment, GST activity was measuredto determine oxidative stress. The results showed that there wasan increase in melanin concentration over time. On the other hand, GST activity did notshowsignificant differences between control and UVR treatment. This result could enlighten the melanine ffectiveness of D. dadayana carapace, as there wasno measurable response in antioxidant activity when individuals were exposedto UVR. Intra-zooplanktonicpredation defenses aremorphological structuresinducible by chemical signals (kairomones) releasedby predators inthe aquatic environment. These defenses involveanenergycost that hasbeen relatedto a decrease in reproduction. In this chapter,we analyzed if this cost also affectsantioxidant responses.D. dadayanawas recordedwith or without a helmet, thus weevaluated the helmet production cost, through the GST activitywhen D. dadayanawith and without helmet is exposed to UVR. The predatory copepod Parabroteas sarsiwas used toinduce helmet production in neonates. In fact, kairomones releaseby P. sarsieffectively inducedhelmetformationin neonates, which would explain the existence of the twoD. dadayanamorphs in nature. Neonates with and without helmet were exposedto UVRor protected for 3 days in a factorial design. Results showedthat D. dadayanawith and without helmet did not showdifferences in the antioxidant response when exposed to UVR. Thus, this inducible defense did not affect the antioxidant response. In summary, in this work we conclude that UVR is important for several population responses of Daphniain North Patagonia. In particular, the non-melanic species D.commutataresulted more vulnerable to UVR. Unpigmented Daphnia commutatalives in transparent lakes with fish, thus melanism is not a suitable strategy against UVR. Although this species develops dial vertical migration to avoid predation and UVR during day, during night individuals move upwards and are exposed to remaining ROS generated by UVR. UVR interacts with other factors as temperature and food quality affecting the capacity of P assimilation. In addition, UVR may have important effect in the molting process through the negative effect on the enzyme chitobiase. Therefore, UVRresponse in this species would be of particular importance for the maintenance of the lacustrine trophic food web. On the other hand, the melanic species D. dadayana, inhabits shallow and fishless lakes. This species showed low antioxidant response to UVR due to the accumulation of the photoprotective pigmentmelaninduring UVR exposure. Finally, the presence of helmet, aninducible antipredator morphological defense, seems not affectthe enzymatic response to UVR. To conclude, enzymatic activities are sensitivebiomarkers to determine differenteffect at the cellular level in zooplankton and this approach resulted in a very good tool for analyze sublethal effectsas those of UVR.Fil: Wolinski, Laura Isabel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Patagonia Norte. Instituto de Investigaciones en Biodiversidad y Medioambiente. Universidad Nacional del Comahue. Centro Regional Universidad Bariloche. Instituto de Investigaciones en Biodiversidad y Medioambiente; Argentin

Efecto de la erupción del Complejo Volcánico Puyehue-Cordón Caulle en el zooplancton crustáceo de los lagos andinos

We studied the effect of volcanic ash on the crustacean zooplankton (mainly cladocerans) in the Andean North-Patagonian lakes that were affected by the eruption of the Puyehue-Cordón Caulle complex. The study was carried out at three different scales: sub cellular, population and ecosystemic. Cladocerans are filter feeding organisms that cannot distinguish between food (algae less than 30 µm) and suspended ash, therefore when feeding they ingest this material. The ash affected negatively the individuals at a biochemical level, increasing the oxidative stress reacting enzymes like Glutation-S-transferase and the biomarker Acetyl cholinesterase. At the population level, we recorded a decrease in survival and fecundity, in particular, when ash concentration exceeded 8 mg/L, we observed that individuals did not reach adulthood. At the ecosystem level, we recorded a significant decrease of the intermediate trophic level (primary consumers) although producers were positively enhanced by the eruption. The absence of these primary consumers may affect upper trophic levels like fishes. Later, in the year following the eruption, we observed the resurgence of zooplankton populations suggesting a fast recovery from the initial conditions.En este trabajo analizamos el efecto de las cenizas en el zooplancton crustáceo (cladóceros en particular) de lagos andinos norpatagónicos afectados por la erupción volcánica del Complejo PuyehueCordón Caulle. Los estudios se llevaron a cabo en tres escalas diferentes, subcelular, poblacional y ecosistémica. Los cladóceros son organismos filtradores que no pueden discriminar eficientemente entre el alimento (algas de tamaño menor a 30 µm) y la presencia de cenizas, por lo cual éstas son ingeridas. Las cenizas en suspensión impactaron negativamente en los individuos a nivel bioquímico incrementando el estrés oxidativo, provocando cambios en enzimas como la Catalasa y Glutatión-S-transferasa así como en el biomarcador Acetilcolinesterasa. A nivel poblacional se registró una disminución en la supervivencia y en la fecundidad con concentraciones crecientes de cenizas. En particular con valores de concentración de cenizas superiores a los 8 mg/L se observó que los individuos no llegaban a la edad de primera reproducción. A escala ecosistémica se verifica una disminución significativa del nivel trófico intermedio de consumidores primarios a pesar del incremento del nivel de los productores. La ausencia de este nivel trófico podría redundar en cambios en niveles tróficos superiores como los peces. Por último, la recuperación de las poblaciones del zooplancton fue verificada al año subsiguiente de la erupción, lo que sugirie una restauración rápida de las condiciones originales.Fil: Balseiro, Esteban Gabriel. Universidad Nacional del Comahue. Centro Regional Universitario Bariloche. Laboratorio de Limnologia; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Patagonia Norte. Instituto de Investigación en Biodiversidad y Medioambiente; ArgentinaFil: Souza, María Sol. Universidad Nacional del Comahue. Centro Regional Universitario Bariloche. Laboratorio de Limnologia; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Patagonia Norte. Instituto de Investigación en Biodiversidad y Medioambiente; ArgentinaFil: Serra Olabuenaga, Ignacio. Universidad Nacional del Comahue. Centro Regional Universitario Bariloche. Laboratorio de Limnologia; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Patagonia Norte. Instituto de Investigación en Biodiversidad y Medioambiente; ArgentinaFil: Wolinski, Laura. Universidad Nacional del Comahue. Centro Regional Universitario Bariloche. Laboratorio de Limnologia; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Patagonia Norte. Instituto de Investigación en Biodiversidad y Medioambiente; ArgentinaFil: Bastidas Navarro, Marcela Alejandra. Universidad Nacional del Comahue. Centro Regional Universitario Bariloche. Laboratorio de Limnologia; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Patagonia Norte. Instituto de Investigación en Biodiversidad y Medioambiente; ArgentinaFil: Laspoumaderes, Cecilia. Universidad Nacional del Comahue. Centro Regional Universitario Bariloche. Laboratorio de Limnologia; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Patagonia Norte. Instituto de Investigación en Biodiversidad y Medioambiente; ArgentinaFil: Modenutti, Beatriz Estela. Universidad Nacional del Comahue. Centro Regional Universitario Bariloche. Laboratorio de Limnologia; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Patagonia Norte. Instituto de Investigación en Biodiversidad y Medioambiente; Argentin

Short term fluctuating temperature alleviates Daphnia stoichiometric constraints

Abstract In this study, we analysed how short term temperature fluctuation interacts with nutrient limitation in the vertical migrating Daphnia commutata. We hypothesize that short term (daily) temperature fluctuation will alleviate nutrient limitation. We carried out experiments analysing growth rates, phosphorus and RNA content of D. commutate grown under four different temperature regimes and two P-limited conditions. Our experiments showed that individuals grown under fluctuating temperature grew more than at the mean temperature. We estimated the expected sizes for the 15 °C treatment based on the Q10 and for the fluctuating temperature treatment. These expected sizes for both treatments resulted well below the observed ones. The P and RNA content of individuals grown at 10 °C were significantly higher than those at 20 °C, and when individuals grown at 10 °C were translocated to 20 °C they exerted an increased growth rate. Our results suggest that, under a regime of diel vertical migration, the temperature alternation would allow migrating organisms to alleviate the effect of severe nutrient limitation maintaining population growth. Under a scenario of global warming, where epilimnetic temperatures will increase, lake temperature will interact with nutrient limitation for consumers, but, organisms may be able to face these changes if they can still regularly move from a cold hypolimnion to a warmer epilimnion

Effect of chronic UVR exposure on zooplankton molting and growth

Molting is a crucial physiological process in arthropods development, growth, and adult reproduction, where the chitinolytic enzyme chitobiase (CB) and the apoptosis process (caspase-3 activity) play crucial roles. Both molecular endpoints have been observed to be affected by different toxics that may be present in aquatic environments. However, the role of ultraviolet radiation (UVR) in the molting process remains with poor evidence and the possible effect of the previous exposure on F1 generation is unknown. Here, we conducted laboratory experiments with chronic UVR exposure to test the effect on the molting process of Daphnia commutata. Our results showed a clear negative effect of the UVR that affected the molting process with a reduction in individual growth. This trend was also observed in CB and caspase-3 activities. Our results also suggest that the UV dose received by the mother and eggs has an additive effect with the dose received by the offspring. These results imply that the cumulative impact of small UVR doses (2 h per day, daily dose: 2520 J m−2 of 340 nm) on mothers and eggs (which cannot be discriminated in our experiments) can have an additive or synergistic effect along with the generations through a potential increase in lethal effect. Finally, the observed desynchronization in the molting process by UVR will affect the fitness of individuals and population dynamics.Fil: Wolinski, Laura Isabel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Patagonia Norte. Instituto de Investigaciones en Biodiversidad y Medioambiente. Universidad Nacional del Comahue. Centro Regional Universidad Bariloche. Instituto de Investigaciones en Biodiversidad y Medioambiente; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Austral de Investigaciones Científicas; ArgentinaFil: Souza, María Sol. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Patagonia Norte. Instituto de Investigaciones en Biodiversidad y Medioambiente. Universidad Nacional del Comahue. Centro Regional Universidad Bariloche. Instituto de Investigaciones en Biodiversidad y Medioambiente; Argentina. Universidad Nacional de Río Negro; ArgentinaFil: Modenutti, Beatriz Estela. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Patagonia Norte. Instituto de Investigaciones en Biodiversidad y Medioambiente. Universidad Nacional del Comahue. Centro Regional Universidad Bariloche. Instituto de Investigaciones en Biodiversidad y Medioambiente; ArgentinaFil: Balseiro, Esteban Gabriel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Patagonia Norte. Instituto de Investigaciones en Biodiversidad y Medioambiente. Universidad Nacional del Comahue. Centro Regional Universidad Bariloche. Instituto de Investigaciones en Biodiversidad y Medioambiente; Argentin

Interactive effects of temperature, ultraviolet radiation and food quality on zooplankton alkaline phosphatase activity

Ultraviolet Radiation (UVR) is a stressor for aquatic organisms affecting enzyme activities in planktonic populations because of the increase in reactive oxygen species. In addition, UVR exposure combined with other environmental factors (i.e. temperature and food quality) could have even higher detrimental effects. In this work, we aimed to determine the effect of UVR on somatic Alkaline Phosphatase Activity (APA) and Glutathione S-Transferase (GST) activity on the cladoceran Daphnia commutata under two different temperatures (10 °C and 20 °C) and under three food qualities (carbon:phosphorus ratios: 1150, 850 and 550). APA is a biomarker that is considered as a P deficiency indicator in zooplankton. Since recovery from UVR damage under dark conditions is an ATP depending reaction we also measured APA during recovery phases. We carried out a laboratory experiment combining different temperatures and food qualities with exposition to UVR followed by luminic and dark phases for recovery. In addition, we exposed organisms to H2O2, to establish if the response on APA to UVR was a consequence of the reactive oxygen species produced these short wavelengths. Our results showed that somatic APA was negatively affected by UVR exposure and this effect was enhanced under high temperature and low food quality. Consistently, GST activity was higher when exposed to UVR under both temperatures. The H2O2 experiments showed the same trend as UVR exposure, indicating that APA is affected mainly by oxidative stress than by direct effect of UVR on the enzyme. Finally, APA was affected in the dark phase of recovery confirming the P demands. These results enlighten the importance of food quality in the interacting effect of UVR and temperature, showing that C:P food ratio could determine the success or failure of zooplanktonic populations in a context of global change.Fil: Wolinski, Laura Isabel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Patagonia Norte. Instituto de Investigaciones en Biodiversidad y Medioambiente. Universidad Nacional del Comahue. Centro Regional Universidad Bariloche. Instituto de Investigaciones en Biodiversidad y Medioambiente; ArgentinaFil: Modenutti, Beatriz Estela. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Patagonia Norte. Instituto de Investigaciones en Biodiversidad y Medioambiente. Universidad Nacional del Comahue. Centro Regional Universidad Bariloche. Instituto de Investigaciones en Biodiversidad y Medioambiente; ArgentinaFil: Souza, María Sol. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Patagonia Norte. Instituto de Investigaciones en Biodiversidad y Medioambiente. Universidad Nacional del Comahue. Centro Regional Universidad Bariloche. Instituto de Investigaciones en Biodiversidad y Medioambiente; ArgentinaFil: Balseiro, Esteban Gabriel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Patagonia Norte. Instituto de Investigaciones en Biodiversidad y Medioambiente. Universidad Nacional del Comahue. Centro Regional Universidad Bariloche. Instituto de Investigaciones en Biodiversidad y Medioambiente; Argentin

Galled leaves as an improved resource for benthic detritivores

Galled leaves are very frequent in southern beech (Nothofagus pumilio) forests. We compared the consumption of leaves (galled and ungalled) by two detritivores and the effect of this consumption on detritivore nutrient content. The amphipod Hyalella curvispina and larvae of the caddisfly Monocosmoecus hyadesi were fed with two diet treatments for 30 days: (1) ungalled leaves and (2) galled leaves. Fungal biomass, carbon (C), nitrogen (N), and phosphorus (P) content were measured in leaves and detritivores, and C:N:P molar ratios were calculated. We hypothesized that galls produce changes in litter nutrient content, affecting invertebrate consumption and nutrient content. Galled leaves had higher N and ergosterol content, and lower C:N ratios than ungalled leaves. Galled leaf consumption was higher than the ungalled for both detritivores. The two species differed in the content of N and C (caddisfly > amphipod) and P (caddisfly < amphipod). The N:P ratio of the amphipods was similar to the ungalled leaf ratio and increased when fed on galled leaves. In contrast, the N:P ratio of the caddisflies was considerably higher than the ungalled leaves and decreased when fed on galled leaves. Galls alter nutrient content in leaves and increase fungal biomass. Both detritivore species were highly homeostatic with regard to C:N ratio, but caddisflies could overcome the limited P content by increasing consumption. We highlight the impact of galls on aquatic detritivores, which in turn are relevant in forested streams for recycling organic matter and cascading effects through brown detritus-based aquatic food webs.Fil: Tagliaferro, Marina Beatriz. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Austral de Investigaciones Científicas; ArgentinaFil: Diaz Villanueva, Veronica. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Patagonia Norte. Instituto de Investigaciones en Biodiversidad y Medioambiente. Universidad Nacional del Comahue. Centro Regional Universidad Bariloche. Instituto de Investigaciones en Biodiversidad y Medioambiente; ArgentinaFil: Wolinski, Laura Isabel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Austral de Investigaciones Científicas; ArgentinaFil: Boy, Claudia Clementina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Austral de Investigaciones Científicas; Argentin

When eating a prey is risky: Implications for predator diel vertical migration

Diel vertical migration (DVM) is a common behavior in zooplankton to avoid visual predation as well as potentially hazardous light wavelengths. In deep transparent lakes of Patagonia, the dark pigmented mixotrophic ciliate Stentor araucanus inhabits the upper layers of the epilimnion and is resistant to ultraviolet radiation (UVR). Here, we investigated if the ciliate pigment called stentorin increases oxidative stress in its predators. We studied the DVM behavior of Mesocyclops araucanus and the presence of stentorin in field-collected copepods and evaluated in the laboratory the rate at which the copepod releases stentorin. S. araucanus has a C : P ratio ∼ 170 (atomic), which is one half of that of the bulk seston of the lake resulting in a very good food source in a system with very low food quality. Compared to an alternative prey without stentorin, when feeding on Stentor, the copepod suffered high oxidative stress (increased glutathione S-transferase activity) and the reduced glutathion levels increased from dark to visible and ultraviolet radiation. However, we also determined that exposure to only visible light was sufficient to cause oxidative stress. In the field, we observed that M. araucanus displays a larger amplitude DVM than other crustaceans, while the ciliate Stentor remained in the upper levels of the epilimnion. The DVM protects the copepods from stentorin-induced oxidative stress during daytime. Our findings are the first to show that a compound of a zooplankton prey item can influence the vertical behavior of predators in order to minimize the negative effect.Fil: Modenutti, Beatriz Estela. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Patagonia Norte. Instituto de Investigaciones en Biodiversidad y Medioambiente. Universidad Nacional del Comahue. Centro Regional Universidad Bariloche. Instituto de Investigaciones en Biodiversidad y Medioambiente; ArgentinaFil: Wolinski, Laura Isabel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Patagonia Norte. Instituto de Investigaciones en Biodiversidad y Medioambiente. Universidad Nacional del Comahue. Centro Regional Universidad Bariloche. Instituto de Investigaciones en Biodiversidad y Medioambiente; ArgentinaFil: Souza, María Sol. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Patagonia Norte. Instituto de Investigaciones en Biodiversidad y Medioambiente. Universidad Nacional del Comahue. Centro Regional Universidad Bariloche. Instituto de Investigaciones en Biodiversidad y Medioambiente; ArgentinaFil: Balseiro, Esteban Gabriel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Patagonia Norte. Instituto de Investigaciones en Biodiversidad y Medioambiente. Universidad Nacional del Comahue. Centro Regional Universidad Bariloche. Instituto de Investigaciones en Biodiversidad y Medioambiente; Argentin

Effect of the Puyehue-Cordon Caulle volcanic complex eruption on crustacean zooplankton of Andean lakes

En este trabajo analizamos el efecto de las cenizas en el zooplancton crustáceo (cladóceros en particular) de lagos andinos norpatagónicos afectados por la erupción volcánica del Complejo Puyehue- Cordón Caulle. Los estudios se llevaron a cabo en tres escalas diferentes, subcelular, poblacional y ecosistémica. Los cladóceros son organismos filtradores que no pueden discriminar eficientemente entre el alimento (algas de tamaño menor a 30 μm) y la presencia de cenizas, por lo cual éstas son ingeridas. Las cenizas en suspensión impactaron negativamente en los individuos a nivel bioquímico incrementando el estrés oxidativo, provocando cambios en enzimas como la Catalasa y Glutatión-S-transferasa así como en el biomarcador Acetilcolinesterasa. A nivel poblacional se registró una disminución en la supervivencia y en la fecundidad con concentraciones crecientes de cenizas. En particular con valores de concentración de cenizas superiores a los 8 mg/L se observó que los individuos no llegaban a la edad de primera reproducción. A escala ecosistémica se verifica una disminución significativa del nivel trófico intermedio de consumidores primarios a pesar del incremento del nivel de los productores. La ausencia de este nivel trófico podría redundar en cambios en niveles tróficos superiores como los peces. Por último, la recuperación de las poblaciones del zooplancton fue verificada al año subsiguiente de la erupción, lo que sugirie una restauración rápida de las condiciones originales.We studied the effect of volcanic ash on the crustacean zooplankton (mainly cladocerans) in the Andean North-Patagonian lakes that were affected by the eruption of the Puyehue-Cordón Caulle complex. The study was carried out at three different scales: sub cellular, population and ecosystemic. Cladocerans are filter feeding organisms that cannot distinguish between food (algae less than 30 μm) and suspended ash, therefore when feeding they ingest this material. The ash affected negatively the individuals at a biochemical level, increasing the oxidative stress reacting enzymes like Glutation-S-transferase and the biomarker Acetyl cholinesterase. At the population level, we recorded a decrease in survival and fecundity, in particular, when ash concentration exceeded 8 mg/L, we observed that individuals did not reach adulthood. At the ecosystem level, we recorded a significant decrease of the intermediate trophic level (primary consumers) although producers were positively enhanced by the eruption. The absence of these primary consumers may affect upper trophic levels like fishes. Later, in the year following the eruption, we observed the resurgence of zooplankton populations suggesting a fast recovery from the initial conditions