Esponjas (filo Porifera) são consideradas representantes atuais dos primeiros metazoários, com origens evolutivas próximas da transição de uma organização unicelular para aquela multicelular. Toda sua fisiologia é baseada em células especializadas, sem órgãos ou tecidos verdadeiros como encontrados em outros animais. No entanto, a presença de um sistema fortemente integrado pode ser constatada em sua habilidade de contrair o corpo de maneira rítmica e coordenada, ainda que a dinâmica e o controle desse processo sejam pouco conhecidos. Neste trabalho, análises de imagens em time-lapse sob um ciclo claro-escuro (12:12h) e sob luz constante mostram que as espécies Hymeniacidon heliophila e Tethya maza exibem padrões distintos de contrações corpóreas rítmicas, com variações circadianas em suas amplitudes. Diferenças observadas nos perfis das curvas das duas espécies podem ser devidas a diferenças em seus habitats de origem e/ou a diferenças em suas estruturas corpóreas. A manutenção desses ritmos sob luz constante indica a presença de um relógio endógeno em ambos os animais. Entre as vias envolvidas na sinalização desses processos a mais ubíqua é a da melatonina, um hormônio cuja presença tem sido demostrada em muitos filos animais, dos quais o mais basal é o Cnidaria. Considerando a ampla ação da melatonina como um sinalizador circadiano e a ausência de um sistema nervoso em esponjas, não seria surpreendente constatar um papel da molécula na coordenação dos movimentos desses animais. Ademais, o papel da molécula nas respostas imunes também já foi demonstrado ser de ampla distribuição. Nossas tentativas de revelar uma ação da molécula na reagregação celular de H. heliophila via receptores do tipo MT1 e MT2 não foram conclusivas. Alguns fatores que podem ter influenciado nas respostas divergentes da molécula são o estado imunitário e a presença de contaminantes no ambiente de origem do animal. Ainda, outros mecanismos de ação e/ou processos candidatos à ação da melatonina não devem ser descartados. Ainda que preliminares, nossos resultados são o primeiro relato da presença da melatonina no filo mais basal dentre os Metazoa / Sponges (phylum Porifera) are considered current representatives of the first metazoans, with evolutionary origins close to the transition from a unicellular to a multicellular organization. All of its physiology is based on specialized cells, without organs or real tissues as found in other animals. However, the presence of a strongly integrated system can be verified in its ability to contract the body in a rhythmic and coordinated way, althouth the dynamic and the control of this process are little known. In this work, time-lapse image analysis under a light-dark cycle (12:12h) and constant light shows that the species Hymeniacidon heliophila and Tethya maza display different patterns of body contractions, with circadian variations in their amplitudes. These dissimilar contraction profiles of the two species can be due to their original habitats and/or in their body structures. The maintenance of these rhythms under constant light indicates the presence of an endogenous clock in both animals. Among the pathways that participate in this process the most ubiquitous is that of melatonin, a hormone whose presence has been demonstrated in several animals phyla, of which the most basal until now is Cnidaria. Considering the melatonin action as a circadian signal and the absence of a nervous system in sponges, it would not be surprising that this molecule participates in coordination in these animals. In addition, the melatonin role in the immune responses has also been shown to be widely distributed. Our attempts to reveal a molecule action in the H. heliophila cellular reaggregation via MT1 and MT2 receptors were inconclusive. Some of the factors that may have influenced the molecule divergent responses are the immunity condition and the presence of contaminants in the original environment of the animals. Still, other mechanisms and/or processes that are candidates for melatonin action should not be discarded. Although preliminary, our results are the first report of the presence of melatonin in the most basal phylum among the Metazoa

Esponjas (filo Porifera) são consideradas representantes atuais dos primeiros metazoários, com origens evolutivas próximas da transição de uma organização unicelular para aquela multicelular. Toda sua fisiologia é baseada em células especializadas, sem órgãos ou tecidos verdadeiros como encontrados em outros animais. No entanto, a presença de um sistema fortemente integrado pode ser constatada em sua habilidade de contrair o corpo de maneira rítmica e coordenada, ainda que a dinâmica e o controle desse processo sejam pouco conhecidos. Neste trabalho, análises de imagens em time-lapse sob um ciclo claro-escuro (12:12h) e sob luz constante mostram que as espécies Hymeniacidon heliophila e Tethya maza exibem padrões distintos de contrações corpóreas rítmicas, com variações circadianas em suas amplitudes. Diferenças observadas nos perfis das curvas das duas espécies podem ser devidas a diferenças em seus habitats de origem e/ou a diferenças em suas estruturas corpóreas. A manutenção desses ritmos sob luz constante indica a presença de um relógio endógeno em ambos os animais. Entre as vias envolvidas na sinalização desses processos a mais ubíqua é a da melatonina, um hormônio cuja presença tem sido demostrada em muitos filos animais, dos quais o mais basal é o Cnidaria. Considerando a ampla ação da melatonina como um sinalizador circadiano e a ausência de um sistema nervoso em esponjas, não seria surpreendente constatar um papel da molécula na coordenação dos movimentos desses animais. Ademais, o papel da molécula nas respostas imunes também já foi demonstrado ser de ampla distribuição. Nossas tentativas de revelar uma ação da molécula na reagregação celular de H. heliophila via receptores do tipo MT1 e MT2 não foram conclusivas. Alguns fatores que podem ter influenciado nas respostas divergentes da molécula são o estado imunitário e a presença de contaminantes no ambiente de origem do animal. Ainda, outros mecanismos de ação e/ou processos candidatos à ação da melatonina não devem ser descartados. Ainda que preliminares, nossos resultados são o primeiro relato da presença da melatonina no filo mais basal dentre os Metazoa / Sponges (phylum Porifera) are considered current representatives of the first metazoans, with evolutionary origins close to the transition from a unicellular to a multicellular organization. All of its physiology is based on specialized cells, without organs or real tissues as found in other animals. However, the presence of a strongly integrated system can be verified in its ability to contract the body in a rhythmic and coordinated way, althouth the dynamic and the control of this process are little known. In this work, time-lapse image analysis under a light-dark cycle (12:12h) and constant light shows that the species Hymeniacidon heliophila and Tethya maza display different patterns of body contractions, with circadian variations in their amplitudes. These dissimilar contraction profiles of the two species can be due to their original habitats and/or in their body structures. The maintenance of these rhythms under constant light indicates the presence of an endogenous clock in both animals. Among the pathways that participate in this process the most ubiquitous is that of melatonin, a hormone whose presence has been demonstrated in several animals phyla, of which the most basal until now is Cnidaria. Considering the melatonin action as a circadian signal and the absence of a nervous system in sponges, it would not be surprising that this molecule participates in coordination in these animals. In addition, the melatonin role in the immune responses has also been shown to be widely distributed. Our attempts to reveal a molecule action in the H. heliophila cellular reaggregation via MT1 and MT2 receptors were inconclusive. Some of the factors that may have influenced the molecule divergent responses are the immunity condition and the presence of contaminants in the original environment of the animals. Still, other mechanisms and/or processes that are candidates for melatonin action should not be discarded. Although preliminary, our results are the first report of the presence of melatonin in the most basal phylum among the Metazoa

[pt] A espécie de esponja Hymeniacidon heliophila foi utilizada para avaliar a cinética de incorporação e eliminação dos hidrocarbonetos policíclicos aromáticos (HPAs) e seus efeitos nas células da esponja, compreendendo as variáveis que as condicionam, monitorando-a em campo e em laboratório. Amostras de esponjas e água foram coletadas na Urca, Praça XV e Itaipu, para a realização do biomonitoramento passivo. Amostras de Itaipu (influência petrogênica) apresentaram menor contaminação de HPAs e aquelas da Praça XV (influência pirogênica) apresentaram a maior concentração destes compostos. Bioensaios de depuração e de acumulação foram realizados na esponja H. heliophila para avaliar a toxicidade de HPAs. No ensaio de depuração, esponjas da Baía de Guanabara foram transferidas para sete aquários, contendo três indivíduos cada. Esponjas foram coletadas em 24, 48, 72, 96, 168, 240 e 336 h. O Σ38HPAs reduziu de 1678,9 (T0) para 928,9 μg kg-1 (T336). Nenhuma depuração ocorreu em 96 h. Decréscimo da concentração foi observado depois disso, a uma taxa de 2,6 = μg kg-1 h-1. Não foram observadas alterações nos biomarcadores de efeito. No bioensaio de acumulação, esponjas de Itaipu, uma área controle, foram expostos a criseno (40 μg L-1) em quatro aquários, contendo um indivíduo cada. Esponjas foram coletadas em 24, 48, 72 e 96 h. Também foram retiradas partes de um único espécime de esponja nestes intervalos, para avaliar resposta do mesmo indivíduo ao longo do experimento. A acumulação foi intensa no período de 72 h, seguido por um declínio em T96 em indivíduos diferentes, com uma taxa de acumulação de ~ 250 μg kg-1 h-1. O tempo de retenção do vermelho neutro reduziu, em consequência, foi correlacionado com a acumulação de criseno, indicando uma redução da saúde das células. A glutationa (GSH) aumentou em diferentes indivíduos, e a concentração do criseno diminuiu com a elevada expressão desta proteína, possivelmente, através da conjugação. No mesmo indivíduo, a GSH diminuiu, provavelmente, pelo esforço de reconstrução do tecido retirado. Análises histológicas não foram correlacionadas à concentração dos HPAs em ambos os experimentos, mas podem ser utilizadas como indicativo da saúde das esponjas durante o bioensaio, uma vez que o tecido destes organismos contraiu-se, desorganizando os canais aquíferos e redistribuindo o colágeno pelo tecido. Ensaio de micronúcleo não foi bem sucedido devido à forte associação de células. H. heliophila mostrou ser um biomonitor apropriado para os HPAs por ser resistente a elevadas concentrações e por apresentar capacidade de acumular rapidamente e eliminar HPAs. / [en] The species of sponge Hymeniacidon heliophila was used to evaluate the kinetics of PAHs uptake and elimination and their effects on the sponge cells, comprising the variables that affect these processes, monitoring them in the field and in the laboratory. Sponges and water samples were collected from Urca, Praça XV and Itaipu, for the realization of passive biomonitoring. Itaipu (petrogenic influence) samples showed lower contamination of PAHs and those of Praça XV (pyrogenic influence) had the highest concentration of these compounds. Depuration and accumulation bioassays were carried out in the sponge H. heliophila to evaluate toxicity of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH). In the depuration assay, sponges from Guanabara Bay were transferred to seven aquaria, containing three individuals each. Sponges were collected at 24, 48, 72, 96, 168, 240 and 336 h. The Σ38 PAHs varied from 1678.9 (T0) to 928.9 μg kg-1 (T336). No depuration occurred in 96h. Declines in concentration were observed thereafter, at a rate of ~ 2.6 μg kg-1 h-1. No changes were noticed in effect biomarkers. In the accumulation bioassay, sponges from Itaipu beach, a control area, were exposed to chrysene (40 μg L-1) in four aquaria, containing one individual each. Sponges were collected at 24, 48, 72 and 96 h. Parts of a single specimen were removed at all intervals to asses response of the same individual throughout the experiment. Accumulation was intense in the period of 72 h, followed by a decline at T96, with accumulation rate of ~ 250 μg kg-1h-1. The retention time of the neutral red reduced, consequently it was correlated to the chrysene accumulation, indicating a reduction of the cell health. Glutathione (GSH) increased in different individuals and chrysene concentration reduced with the increment of this protein, possibly, through conjugation. In the same individual, GSH decreased, probably, for the effort to rebuild the tissue removed. Histological evaluations were not correlated to PAHs concentration in both experiments, but they can be used as biomarkers of the sponge health during bioassay, since, sponges contracted their tissue, disorganizing the channel aquifers and redistributing the collagen in the tissue. Micronucleus assay was not successful due to strong cell association. The H. heliophila showed to be a suitable biomonitor to PAHs for being resistant to high concentrations and to present ability of accumulating rapidly and eliminate PAHs.

Submitted by Biblioteca de Pós-Graduação em Geoquímica BGQ (bgq@ndc.uff.br) on 2017-04-26T16:59:53Z No. of bitstreams: 1 Dissert-LeonardoFrazão.pdf: 2516279 bytes, checksum: 48923c148348e036ced167489ad1b5d2 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-26T16:59:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissert-LeonardoFrazão.pdf: 2516279 bytes, checksum: 48923c148348e036ced167489ad1b5d2 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Universidade Federal Fluminense. Instituto de Química. Programa de Pós-Graduação em Geociências- Geoquímica Ambiental. Niterói, RJ / O potencial de bioacumulação de metais; capacidade de expressar biomarcadores moleculares (como a indução de proteínas semelhantes a metalotioneínas, MTLPs); e biomarcadores histológicos (quantidade de canais aquíferos, câmaras coanocitárias e fibras de colágeno) foram estudados na esponja Hymeniacidon heliophila. Em aquário, foi realizada exposição da esponja a diferentes concentrações de cádmio (controle; 0,05; 0,4 e 4 mg L-1 de Cd) ao longo de determinados períodos de tempo (tempo zero, 24 horas, 7 dias e 14 dias). Também foi avaliada a ocorrência de MTLPs e as concentrações de metais potencialmente indutores da síntese dessas proteínas (Cd, Ni, Cu e Zn) em H. heliophila proveniente diretamente da praia da Boa Viagem, situada na Baía de Guanabara (RJ). No experimento em aquário, a esponja acumulou uma concentração máxima de 114 mg Cd Kg-1, após 14 dias de exposição a 4 mg L-1 deste metal. Este valor corresponde a 14 vezes o encontrado em esponjas do aquário controle. Por meio da técnica de eletroforese (SDS-Page) aliada a derivatização com monobromobimano, foi possível observar forte indução de MTLPs apenas nas amostras expostas a 0,4 mg L-1 de Cd nos períodos de 24 horas e 7 dias. As técnicas de histologia utilizadas para evidenciar os efeitos morfológicos causados pela exposição ao Cd revelaram que em 24 horas houve diminuição na quantidade das estruturas analisadas. A partir desse período, nas esponjas submetidas a 4 mg L-1 de Cd, houve tendência de diminuição (exceto para fibras colágenas) das estruturas, enquanto em 0,4 mg L-1 de Cd houve tendência de estabilização e, em 0,05 mg L-1 de Cd, recuperação. No estudo na praia da Boa Viagem, em nenhuma das cinco coletas realizadas, foi constatada indução de MTLPs. As médias das concentrações de metais encontradas no tecido das esponjas foram: 0,28 mg Cd kg-1, 46,3 mg Cu kg-1, 2 mg Ni kg-1 e 965 mg Zn kg-1. Estes valores são elevados quando comparados às concentrações reportadas para outros organismos da Baía de Guanabara. Assim, a alta eficiência em acumular metais (observada na praia da Boa Viagem) e a capacidade de induzir MTLPs e respostas histológicas (frente à exposição ao Cd), indicam possibilidades para utilização de H. heliophila em futuros programas de biomonitoramento. / The metal bioaccumulation potential, the expression of molecular biomarkers (induction of metallothionein-like proteins, MTLPs) and histological biomarkers (number of channels, choanocyte chambers and collagen fibers) were studied in the sponge Hymeniacidon heliophila. Exposure experiments to different concentrations of cadmium (<0.01, 0,05, 0,4 and 4 mg L-1 Cd) along different time intervals (t = 24 hours, 7 days and 14 days) were performed under controlled (aquarium) conditions. The occurrence of MTLPs and metal concentrations potentially involved in inducing the synthesis of these proteins (Cd, Ni, Cu and Zn) were also investigated in H. heliophila directly sampled from the Boa Viagem beach, located in Guanabara Bay (RJ). In the aquarium experiment, the sponge accumulated a maximum concentration of 114 mg Cd kg-1 after 14 days of exposure to 4 mg L-1 of this metal. This corresponds to 14 times the concentration found in sponges found in a control aquarium. Electrophoresis (SDS-PAGE) combined with monobromobimano derivatization indicated a strong induction MTLPs only in samples exposed to 0,4 mg L-1 Cd in periods of 24 hours and 7 days. The histological techniques used to reveal the morphological effects caused by exposure to Cd revealed that within 24 hours there was a decrease in the quantity of the analyzed structures. In the study carried out in Boa Viagem beach, there was absence of MTLPs induction along the five sampling periods evaluated. The mean concentrations of metals found in the tissue of the sampled sponges were: 0,28 mg kg-1 Cd, 46,3 mg kg-1 Cu, Ni 2 mg kg-1 and 965 mg kg-1 Zn. These values are higher than concentrations reported for other organisms from Guanabara Bay. Thus, the high efficiency in accumulating metals (found in the Boa Viagem beach) and the ability to induce MTLPs and histological responses (under high Cd exposure) indicate possible uses of H. heliophila in future biomonitoring programs