Atividade Ciências Biológicas

1. Os desafios osmoticos dos ambientes aquático e terrestre Aula 02 Silvia Mitiko Nishida

2. INVERTEBRADOS Aquáticos e Terrestres

3. A maioria dos invertebrados marinhos são isosmóticos em relação ao mar. Não enfrentam o movimento osmótico de água, mas precisam regular a composição de solutos, que é diferente daquela do mar. AMBIENTE MARINHO Libinia emarginata

4. Os invertebrados marinhos são, na maioria, ISOSMOTICOS em relação à água do mar. Entretanto, precisam regular determinados tipos de íons como o Mg ++ e o SO 4 - - mM/Kg de água Cátions Anions Na Mg Ca K Cl SO4 Proteínas Água marinha 478,3 54,5 10,5 10,1 558,4 28,8 - Medusa 474 53,0 10,0 10,7 580 15,8 0,7 Ouriço do mar 474 53,5 10,6 10,1 557 28,7 0,3 Lula 456 55,4 10,6 22,2 578 8,1 150,0 Caranguejo (Maia) 488 44,1 13,6 12,4 554 14,5 - Caranguejo (Carcinus) 531 19,5 13,3 12,3 557 16,5 60 Lagosta 541 9,3 11,9 7,8 552 19,8 33

5. Já vimos que a variação de volume celular é indesejável. Uma tática é a de adicionar e remover, controladamente, osmólitos nos fluidos corporais. Os eletrólitos (Na + ou K +) não são desejáveis porque afetam a velocidade das reações enzimáticas mas solutos orgânicos e neutros como aminoácidos (glicina, alanina, etc.) e outros osmólitos (betaina, TMAO) são muito uteis. Soluto Adicionado (M) Km (um) 40 80 120 160 200 0 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,8 1,0 Lis Arg K K Na Na Glicina Betaina TMAO

6. A medusa precisa manter os níveis de SO 4 mais baixos do que meio para garantir a flutuabilidade, ou seja, regular a densidade do corpo. Ele é um regulador iônico e, ao mesmo tempo, osmoconformador. E precisa eliminar magnésio que competem com o cálcio. Por que 1Kg de cortiça flutua mas 1 Kg de aço, não? Porque mesmo tendo a mesma massa, a cortiça ocupa um volume muito maior, ou seja, a densidade (massa/volume) da cortiça é menor do que a do líquido circundante e, a densidade do aço maior. O nosso corpo é um pouco menos denso do que da água porque há ar nos pulmões e presença de gordura na nossa constituição, flutuamos com facilidade.

7. Entre 200 e 650 mOsm/Kg, o Upogebia é osmorregulador hiperosmotico e o Callianassa , osmoconformador. Acima de 650mOsm/Kg, o Upogebia torna-se conformador usando a glicina como osmolito. Regulação hiperosmótica Osmocoformador

8. Por onde ocorrem as trocas (obrigatórias ou reguladas) de solventes e de soluto? Epitélio de Revestimento Brânquias Pele Nefrídios Trato gastrintestinal 0,5 1,7 0,7 1,5 1,5 0,0 0,0

9. Os invertebrados de água doce são hiperosmóticos e hipertônicos em relação ao meio circundante: SÃO OSMOREGULADORES E IONOREGULADORES ATIVOS. AMBIENTE DE ÁGUA DOCE Todos esses animais ganham água osmoticamente pois a água doce é bastante diluída em relação aos fluidos corporais. O excesso de água é eliminado na urina e como conseqüência, o fluxo urinário é bastante elevado quando comparado com os invertebrados marinhos. A eliminação de água acaba arrastando íons e a urina e o balanço de sais é compensado por mecanismos ativos de captação. Animal Na (mM) K (mM) Cl (mM) Cosm (mOsm) Molusco Pomacea 55,7 3,0 52,0 139 Anelideo Lumbricus 75,6 4,0 42,8 299 Crustaceo Eriocheir 309,0 5,7 279,0 636

10. Eriocheir sinensis (caranguejo mitene-chines) Os adultos vivem em água-doce mas na época da reprodução precisam ir até os estuários para a desova. As larvas migram depois para os rios. O caranguejo chinês é osmorregulador e regulador iônico na água doce. Transitando entre os dois ambientes: água doce e salobra

11. O PREÇO PELA CONSUISTA DO AMBIENTE TERRESTRE

12. Quanto menor em tamanho maior a perda evaporativa de água AMBIENTE TERRESTRE Quanto mais quente o ambiente, maior a taxa evaporativa O grande desafio : ser pequeno, viver no ambiente seco e quente...que soluções adaptativas seriam necessárias?

13. Animais de superfície seca e encerada Animais de pele úmida

14. Barreira tegumentar contra as perdas evaporativas

15. ARTROPODOS Não possuem nefrídios; A osmolaridade dos fluidos corporais é regulada no intestino posterior. Produzem fezes secas. TÚBULOS DE MALPIGHI Derivados o TGI que exercem funções osmorreguladoras

16. VERTEBRADOS AQUÁTICOS Peixes Marinhos e Dulcícolas

17. Vertebrados Aquáticos

18. Rim funcional das lampreias, Peixes e anfíbios Rim funcional dos répteis, aves e mamíferos

19. 1.000.000 nefrons em cada rim Capacidade ampla de diluir e concentrar a urina RIM DE MAMÍFERO

20. Os teleósteos são osmorreguladores hiposmóticos e ionoreguladores. AMBIENTE MARINHO

21. Osmolaridade da água doce Todos os peixes de água doce são osmorreguladores hipeorsmóticos e ionorrguladores AMBIENTE ÁGUA DOCE

22. TELEÓSTEO MARINHO MAR Na+ 460 mM Cl- 540 mM 1000 mOsm FLUIDO CORPORAL Na+ 180 mM Cl - 160 mM 337 mOsm

23. TELEÓSTEO DE ÁGUA DOCE ÁGUA DOCE Na+ 0.3 mM Cl- 0.28 mM 1.0 mOsm FLUIDO CORPORAL Na+ 142 mM Cl- 107 mM 293 mOsm

24. osmoconformador osmoconformer Osmoregulador Osmoregulador Concentração Água doce Mar Agnatas Elasmob. Marinhos Teleósteos marinhos Teleósteos Dulcicolas Na+ ( Mm) 0,3 460 554 269 180 142 K+ ( Mm) 0,02 10 6,8 4,3 4 2 Ca2 + ( Mm) 0,2 10 8,8 3,2 3 6 Mg2 + ( Mm) 0,45 53 23,4 1,1 1 3 Cl - ( Mm) 0,28 540 532 258 160 107 Urea ( Mm) - - 3 376 8 - TMAO ( Mm) - - - 78 - - Osmolaridade (mOsm) 1 1000 1002 1075 337 293

25. Mecanismo de concentração urinária Vertebrados Terrestres

26. Existe um compromisso funcional entre o uso de uma estrutura como órgão de trocas gasosas e a troca obrigatória de solutos e água através desta... Alta permeabilidade aos gases respiratórios Alta permeabilidade aos solutos e a água O volume de sangue que perfunde as brânquias diminui quando a demanda respiratória cai... Por quê? Tanto a pele dos anfíbios quanto as brânquias dos peixes estão envolvidas no transporte ativo de sais.

27. Quanto menor o tamanho do corpo, maior será a perda de água

29. Perdas evaporativas cutâneas

30. EXPERIMENTE! a) Molhe a superfície do corpo com água. Observe. O que você sentiu? b) Molhe novamente e agora abane o local. Observe. E agora? Quais são as diferenças? Entendeu o que significa sensação térmica ? T= 2º C e vento está a 40 km/h A sensação térmica será como T = -13º C!! A nossa região serrana proporciona-nos isso

31. Xenopus laevis Hyla cinerea Scaphiopus holbrooki Os anfíbios anuros possuem “grau de terrestrialidade relativa”

32. Anuros apresentam uma postura típica em situações de desidratação. Algumas espécies produzem um muco seroso, que espalham sobre a pele, reduzindo drasticamente a taxa de perda de água por evaporação.

33. Algumas espécies adicionam camadas mortas de pele sobre a superfície do corpo durante a estivação (casulo), reduzindo as taxas de perda de água por evaporação.

34. Suamos o tempo todo mas a sudorese aumenta devido a estimulação simpática (ACh) aumentada; calor Aumentando-se a velocidade de fluxo aumenta-se a sudorese Glândulas écrinas: principalmente na palma da mão, pés, axilas e testa. Sem proteínas e gordura. Termorregulação. Glândulas apócrinas: principalmente axilas e regiões pudendas. Drenam pelos folículos. Ancestrais das glândulas de marcação. Controle SNA simpático (catecolaminas)

35. Perdas evaporativas pela respiração pulmonar

37. Os animais que termorregulam ofegando ou suando (sudorese) perdem MUITA água Por que o focinho do cão está sempre úmido e gelado? Por que o cão baba quando está ofegando?

38. As coanas respiratórias são estruturas associadas à conservação de água e calor em endotermos, e aparentemente evoluíram independentemente em aves e mamíferos.

39. Perda de água evaporativa em animais representativos em condições de deserto Espécie Perda de água (mg.cm -2 .h -1 ) Observações Artrópodes Eleodes armata 0,20 30 o C, 0% u.r. Hadrurus arizonensis 0,02 30 o C, 0% u.r. Locusta migratoria 0,70 30 o C, 0% u.r. Anfíbios Cyclorana alboguttatus 4,90 25 o C, 100% u.r. Lepidossauros Gehyra variegata 0,22 30 o C, ar seco Uta stansburiana 0,10 30 o C Aves Amphispiza belli 1,48 30 o C Phalaenoptilus nuttallii 0,86 30 o C Mamíferos Peromyscus eremicus 0,66 30 o C Oryx beisa 3,24 22 o C Homo sapiens 22,32 35 o C, despido

41. Será que já podemos responder as perguntas sobre o dromedário, o cavalo, o homem, a gaivota e o rato do deserto?

43. Os dromedários não suam! Toleram uma perda de água (perdas evaporativas e urina) equivalente a 40% da massa corpórea! Depois, quando tiverem oportunidade, ingerem até 20 a 25% da massa corpórea em água de uma única vez: toleram grande diluição do plasma! Adaptações do dromedário Regulam a temperatura corpórea em 39º C, reduzindo o gradiente térmico com o ambiente. Possuem um rim poderoso que evita ao máximo a perda de água na urina e desviam a uréia (excreta nitrogenado) para o rúmen. Produzem fezes secas (45% de umidade)

44. Porque o cavalo morreu? Para evitar o choque de calor devido ao exercício extenuante o cavalo tentará eliminar o excesso de calor por: 1. respiração rápida (20%) 2. a redistribuição da circulação sanguínea para a pele 3. a transpiração A respiração dará conta dos 20% e o restante será por perda de 10 a 15 L de fluido corporal por hora, ou seja, intensa sudorese. A sudorese causará intensa desidratação e perda de eletrólitos, aumento de osmolaridade e perda de volume. Além disso, haverá intensa produção de ácido lático e redução do pH plasmático. Hipertemia não compensada . Em outras palavras, o sistemas vitais entram em falência aguda.

45. Aves e répteis marinhos bebem água do mar para obterem água, mas, são incapazes de eliminar o excesso de sal pelos rins.. Uma rota alternativa, as glândulas de sal eliminam excesso de sal, às custas de energia metabólica. Os répteis marinhos também usam mesma estratégia. Adaptações da gaivota: por que ela pode beber água do mar?

48. Fontes de ganho e perda de água em um rato canguru Schmidt-Nielsen (1972) Ganhos Perdas Água metabólica 90% Evaporação 70% Água livre com o alimento 10% Urina 25% Ingestão 0% Fezes 5% +100% -100%

50. Se houver uma forma de resfriar o ar exalado, será possível condensar os vapores de água e recuperar parte da água. Ar inalado Ar exalado recuperação Por isso, no frio apresentamos corisa...e no verão seco, é difícil respirar! O rato cangurú que é noturno, obtem essa vantagem pois a noite no deserto é frio.

51. http://www.youtube.com/watch?v=-93c-MiNw4A&feature=related http://www.youtube.com/watch?v=ZUsARF-CBcI&feature=related Rain frog http://www.youtube.com/watch?v=mISMwN-0ggE&feature=related E-book: Endocrines and osmoregulation: a comparative account in vertebrates, Volume 1 Por P. J. Bentley Vertebrate ecophysiology: an introduction to its principles and applications Por Sidney Donald Bradshaw The physiological ecology of vertebrates: a view from energetics Por Brian Keith McNab Dá-lhes Fisiologia! Referencias adicionais