Os peixes apresentam uma grande diversidade quanto a sua morfologia, seus habitats e também sua biologia. São encontrados em lagos, córregos, estuários e oceanos, constituindo assim mais de 50% do número total das espécies de vertebrados conhecidas atualmente. Essa fauna tem sido objeto de um número expressivo de estudos citogenéticos e moleculares, tendo-se já conhecimento não só das relações cromossômicas, mas também da sistemática de vários grupos. Essas pesquisas têm investigado não somente o número e fórmula cromossômica, mas também a presença de cromossomos sexuais diferenciados, presença de cromossomos supranumerários, padrões de distribuição da heterocromatina, localização das regiões organizadoras de nucléolo, padrões de bandamento de restrição e replicação, permitindo a localização de diferentes classes de DNAs repetitivos, bem como a identificação de homeologias cromossômicas que auxiliam a compreensão da evolução cariotípica dos grupos. Os estudos moleculares, por sua vez, têm se tornado cada vez mais importantes nesse grupo e têm fornecido dados fundamentais não só no que diz respeito à filogenia dos grupos, como também em relação a regiões repetitivas do DNA e sua importância no genoma. A união dessa área com a Citogenética tem permitido uma maior e melhor compreensão sobre os processos evolutivos associados às alterações de seqüências específicas do genoma visíveis tanto a níveis cromossômicos, quanto moleculares. O gênero Gymnotus (Teleostei: Gymnotiformes) inclui representantes com características biológicas peculiares, o que os torna objeto de estudo de diversas áreas da Biologia. Estudos sobre o gênero incluem sua caracterização cariotípica, estudo das regiões organizadoras de nucléolo (RONs) polimórficas, bem como estudos envolvendo marcadores moleculares, os quais conjuntamente com a Citogenética permitiram a análise de filogenética molecular, com inferência na evolução cromossômica, permitindo uma melhor compreensão das relações dentro do gênero. No presente trabalho foram levados a efeito estudos sobre as regiões heterocromáticas e os DNAs repetitivos desse grupo, para uma melhor compreensão da organização e localização dessas seqüências no genoma e a identificação de possíveis marcadores moleculares. Foram efetuados ainda, estudos envolvendo a evolução cariotípica das espécies G. carapo e G. sylvius, localização de genes ribossômicos e análise molecular do gene ribossômico 5S juntamente com seu espaçador não transcrito, propiciando uma melhor compreensão da evolução dessa família gênica em Gymnotus. / Fishes present a great diversity in relation to their morphology, habitat and biology. They are found in lakes, rivers, estuaries and oceans, comprising more than 50% of the total number of known vertebrates. Cytogenetic and molecular aspects of the fish fauna have been extensively studied, providing information about their chromosomal relationships and also about the systematic status of several groups. These researches have focused on the description of both chromosomal number and formula as well as the presence of differentiated sex chromosomes, occurrence of B-chromosomes, patterns of heterochromatin distribution, localization of nucleolar organizer regions, restriction or replication banding profiles allowing to locate distinct classes of repetitive DNAs and to identify chromosomal homeologies in order to understand the karyotypic evolution in distinct groups. On the other hand, molecular studies have become of utmost importance in this group, providing essential data about phylogeny of many groups and about repetitive DNA regions and their role in the genome. The union between this approach and cytogenetics has favored a better comprehension about the evolutionary processes associated with visible alterations in specific sequences within the genome at both chromosomal and molecular levels. The genus Gymnotus is composed of representatives with peculiar biological features, which turn them suitable for studies in a variety of biology approaches. Genetic studies in this genus comprise karyotype characterization, analysis of polymorphic NORs, besides studies of molecular markers that, coupled with cytogenetics, have fostered molecular phylogenetic analyzes with inferences on their chromosomal evolution, which have led to a better understanding about the interrelationships in the group. In the present work, we carried out studies about the heterochromatic regions and the repetitive DNAs in this group for a better comprehension about the organization and localization of these sequences in the genome and identification of potential molecular markers. Furthermore, studies related to the karyotype evolution in the species G. carapo and G. sylvius, location of ribosomal genes and molecular analysis of both 5S ribosomal gene and its non-transcribed spacer were performed to provide a better comprehension about the evolution of this gene family in Gymnotus.

Gymnotus pantherinus é uma espécie de peixe endêmica das drenagens costeiras brasileiras com distribuição desde o sul da Bahia até o Rio Grande do Sul, embora evidências morfológicas sugiram que esse táxon constitua um complexo de espécies. No presente trabalho, foram conduzidas análises filogenéticas com base em marcadores moleculares, mitocondriais e nucleares, com o objetivo de avaliar o status taxonômico do grupo. Padrões demográficos foram também inferidos para as populações de Gymnotus pantherinus (senso estrito). As análises filogenéticas sob o critério de Parcimônia, bem como as inferências bayesianas, mostraram que o grupo é composto por cinco linhagens geográficas estatisticamente bem suportadas. Das cinco linhagens identificadas, aquela composta por espécimes da Bahia e Espírito Santo é também suportada por evidências morfológicas, a qual propomos que seja reconhecida como uma nova espécie. As demais linhagens, das quais a mais recente é a de Gymnotus pantherinus senso estrito, foram consideradas como espécies incipientes. As análises populacionais revelaram que as populações de Gymnotus pantherinus (senso estrito) se apresentam altamente estruturadas, exibindo um alto índice de fixação e baixo compartilhamento de haplótipos, sendo reconhecidas três linhagens principais com alta associação geográfica. A maior diversidade genética foi encontrada na região do Vale do Ribeira e o clado SP/Sul é o que apresenta a divergência mais recente, a qual pode ter ocorrido após o Último Máximo Glacial. Populações localizadas a oeste da Serra do Mar (Paraíba do Sul, Alto Tietê e Alto Iguaçu) demonstram maior similaridade com drenagens adjacentes a leste, o que reforça a hipótese de captura de cabeceiras entre drenagens previamente postulada a partir do compartilhamento de fauna. Finalmente, os resultados apontam a existência de pelo menos cinco Unidades Evolutivas Significativas para a espécie, tendo implicações importantes na conservação dos riachos de Mata Atlântica. / Gymnotus pantherinus is an endemic fish species found in the Brazilian coastal drainages occurring from Bahia to Rio Grande do Sul states. Morphological evidence has suggested that Gymnotus pantherinus might constitute a species complex. In the present study, the taxonomic status of Gymnotus species group has been evaluated using both mitochondrial and nuclear markers. Demographic patterns have also been inferred for the Gymnotus pantherinus populations (stricto sensus). Parsimony and Bayesian phylogenetic inferences showed that the group is composed of five well supported geographic lineages. From those, a well supported lineage constituted by the specimens from Bahia and Espírito Santo states is also corroborated by morphological data. Thus, it is suggested that this lineage be recognized as a new species within Gymnotus. The other lineages, from which the most recent representative is the Gymnotus pantherinus lineage itself, have been considered as incipient species. The population analysis showed highly structured populations with low number of shared haplotypes and three main phylogenetic lineages with high geographic association. The higher genetic diversity was found in the Ribeira Valley region, while the clade SP/South was the most recently diverged, which may have occurred after the Last Glacial Maximum. Populations occurring west of the Serra do Mar were more closely related to the adjacent east drainages, which strengthens the hypothesis of headwaters stream capture. Finally, at least five evolutionary significant units can be recognized, with important implications for the conservation of Atlantic Forest streams.

Gymnotus pantherinus é uma espécie de peixe endêmica das drenagens costeiras brasileiras com distribuição desde o sul da Bahia até o Rio Grande do Sul, embora evidências morfológicas sugiram que esse táxon constitua um complexo de espécies. No presente trabalho, foram conduzidas análises filogenéticas com base em marcadores moleculares, mitocondriais e nucleares, com o objetivo de avaliar o status taxonômico do grupo. Padrões demográficos foram também inferidos para as populações de Gymnotus pantherinus (senso estrito). As análises filogenéticas sob o critério de Parcimônia, bem como as inferências bayesianas, mostraram que o grupo é composto por cinco linhagens geográficas estatisticamente bem suportadas. Das cinco linhagens identificadas, aquela composta por espécimes da Bahia e Espírito Santo é também suportada por evidências morfológicas, a qual propomos que seja reconhecida como uma nova espécie. As demais linhagens, das quais a mais recente é a de Gymnotus pantherinus senso estrito, foram consideradas como espécies incipientes. As análises populacionais revelaram que as populações de Gymnotus pantherinus (senso estrito) se apresentam altamente estruturadas, exibindo um alto índice de fixação e baixo compartilhamento de haplótipos, sendo reconhecidas três linhagens principais com alta associação geográfica. A maior diversidade genética foi encontrada na região do Vale do Ribeira e o clado SP/Sul é o que apresenta a divergência mais recente, a qual pode ter ocorrido após o Último Máximo Glacial. Populações localizadas a oeste da Serra do Mar (Paraíba do Sul, Alto Tietê e Alto Iguaçu) demonstram maior similaridade com drenagens adjacentes a leste, o que reforça a hipótese de captura de cabeceiras entre drenagens previamente postulada a partir do compartilhamento de fauna. Finalmente, os resultados apontam a existência de pelo menos cinco Unidades Evolutivas Significativas para a espécie, tendo implicações importantes na conservação dos riachos de Mata Atlântica. / Gymnotus pantherinus is an endemic fish species found in the Brazilian coastal drainages occurring from Bahia to Rio Grande do Sul states. Morphological evidence has suggested that Gymnotus pantherinus might constitute a species complex. In the present study, the taxonomic status of Gymnotus species group has been evaluated using both mitochondrial and nuclear markers. Demographic patterns have also been inferred for the Gymnotus pantherinus populations (stricto sensus). Parsimony and Bayesian phylogenetic inferences showed that the group is composed of five well supported geographic lineages. From those, a well supported lineage constituted by the specimens from Bahia and Espírito Santo states is also corroborated by morphological data. Thus, it is suggested that this lineage be recognized as a new species within Gymnotus. The other lineages, from which the most recent representative is the Gymnotus pantherinus lineage itself, have been considered as incipient species. The population analysis showed highly structured populations with low number of shared haplotypes and three main phylogenetic lineages with high geographic association. The higher genetic diversity was found in the Ribeira Valley region, while the clade SP/South was the most recently diverged, which may have occurred after the Last Glacial Maximum. Populations occurring west of the Serra do Mar were more closely related to the adjacent east drainages, which strengthens the hypothesis of headwaters stream capture. Finally, at least five evolutionary significant units can be recognized, with important implications for the conservation of Atlantic Forest streams.

Os peixes apresentam uma grande diversidade quanto a sua morfologia, seus habitats e também sua biologia. São encontrados em lagos, córregos, estuários e oceanos, constituindo assim mais de 50% do número total das espécies de vertebrados conhecidas atualmente. Essa fauna tem sido objeto de um número expressivo de estudos citogenéticos e moleculares, tendo-se já conhecimento não só das relações cromossômicas, mas também da sistemática de vários grupos. Essas pesquisas têm investigado não somente o número e fórmula cromossômica, mas também a presença de cromossomos sexuais diferenciados, presença de cromossomos supranumerários, padrões de distribuição da heterocromatina, localização das regiões organizadoras de nucléolo, padrões de bandamento de restrição e replicação, permitindo a localização de diferentes classes de DNAs repetitivos, bem como a identificação de homeologias cromossômicas que auxiliam a compreensão da evolução cariotípica dos grupos. Os estudos moleculares, por sua vez, têm se tornado cada vez mais importantes nesse grupo e têm fornecido dados fundamentais não só no que diz respeito à filogenia dos grupos, como também em relação a regiões repetitivas do DNA e sua importância no genoma. A união dessa área com a Citogenética tem permitido uma maior e melhor compreensão sobre os processos evolutivos associados às alterações de seqüências específicas do genoma visíveis tanto a níveis cromossômicos, quanto moleculares. O gênero Gymnotus (Teleostei: Gymnotiformes) inclui representantes com características biológicas peculiares, o que os torna objeto de estudo de diversas áreas da Biologia. Estudos sobre o gênero incluem sua caracterização cariotípica, estudo das regiões organizadoras de nucléolo (RONs) polimórficas, bem como estudos envolvendo marcadores moleculares, os quais conjuntamente com a Citogenética permitiram a análise de filogenética molecular, com inferência na evolução cromossômica, permitindo uma melhor compreensão das relações dentro do gênero. No presente trabalho foram levados a efeito estudos sobre as regiões heterocromáticas e os DNAs repetitivos desse grupo, para uma melhor compreensão da organização e localização dessas seqüências no genoma e a identificação de possíveis marcadores moleculares. Foram efetuados ainda, estudos envolvendo a evolução cariotípica das espécies G. carapo e G. sylvius, localização de genes ribossômicos e análise molecular do gene ribossômico 5S juntamente com seu espaçador não transcrito, propiciando uma melhor compreensão da evolução dessa família gênica em Gymnotus. / Fishes present a great diversity in relation to their morphology, habitat and biology. They are found in lakes, rivers, estuaries and oceans, comprising more than 50% of the total number of known vertebrates. Cytogenetic and molecular aspects of the fish fauna have been extensively studied, providing information about their chromosomal relationships and also about the systematic status of several groups. These researches have focused on the description of both chromosomal number and formula as well as the presence of differentiated sex chromosomes, occurrence of B-chromosomes, patterns of heterochromatin distribution, localization of nucleolar organizer regions, restriction or replication banding profiles allowing to locate distinct classes of repetitive DNAs and to identify chromosomal homeologies in order to understand the karyotypic evolution in distinct groups. On the other hand, molecular studies have become of utmost importance in this group, providing essential data about phylogeny of many groups and about repetitive DNA regions and their role in the genome. The union between this approach and cytogenetics has favored a better comprehension about the evolutionary processes associated with visible alterations in specific sequences within the genome at both chromosomal and molecular levels. The genus Gymnotus is composed of representatives with peculiar biological features, which turn them suitable for studies in a variety of biology approaches. Genetic studies in this genus comprise karyotype characterization, analysis of polymorphic NORs, besides studies of molecular markers that, coupled with cytogenetics, have fostered molecular phylogenetic analyzes with inferences on their chromosomal evolution, which have led to a better understanding about the interrelationships in the group. In the present work, we carried out studies about the heterochromatic regions and the repetitive DNAs in this group for a better comprehension about the organization and localization of these sequences in the genome and identification of potential molecular markers. Furthermore, studies related to the karyotype evolution in the species G. carapo and G. sylvius, location of ribosomal genes and molecular analysis of both 5S ribosomal gene and its non-transcribed spacer were performed to provide a better comprehension about the evolution of this gene family in Gymnotus.

Made available in DSpace on 2016-05-02T13:55:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Maria Conceicao Vieira Lacerda.pdf: 160556 bytes, checksum: daa7a7a106f958927a423d8e0cae3c0c (MD5) Previous issue date: 2005-12-15 / Coordenacao de Aperfeicoamento de Pessoal de Nïvel Superior / Three sympatric species of Gymnotus from the Fundo stream a small tributary of the Sapucaí river Minas Gerais State Brazil were studied in relation to their karyology Gymnotus sylvius presented 2n = 40 chromosomes (36 m/sm + 4 st/a) Gymnotus sp presented 2n = 50 (44 m/sm + 6 st/a) and Gymnotus paraguensis had 2n = 54 (50 m/sm + 4 st/a) C-banding demonstrated positively stained heterochromatic blocks in the centromeric position of few chromosomes on G sylvius and in the centromeric region of all chromosomes on G paraguensis samples The nucleolus organizer region (NOR) was located on the short arm of one st chromosome pair in G sylvius and Gymnotus sp and in the interstitial position on the short arm of the pair number one and below the centromere on a third chromosome on G paraguensis The cytogenetic data obtained indicate that Gymnotus sp represent a new Gymnotus species with a karyotypic constitution never observed on other species from this genus Some aspects related to the chromosome diversification of these Gymnotus are discussed / Estudos citogenéticos foram desenvolvidos em três espécies simpátricas de Gymnotus coletados no Córrego Fundo um pequeno tributário do Rio Sapucaí Bacia do Rio Grande localizado no município de Alfenas Estado de Minas Gerais Brasil Gymnotus sylvius apresentou 2n = 40 cromossomos (36 M/SM + 4 ST/A), Gymnotus sp apresentou 2n = 50 cromossomos (44 M/SM + 6 ST/A) e Gymnotus paraguensis apresentou 2n = 54 cromossomos (50 M/SM + 4 ST/A) O bandamento C demonstrou a presença de blocos heterocromáticos na posição centromérica de poucos cromossomos em G sylvius e na região centromérica de todos os cromossomos em G paraguensis Na caracterização das regiões organizadoras de nucléolos (RONs) foi observado que as mesmas estavam localizadas no braço curto de um par de cromossomos ST em G sylvius e Gymnotus sp e no braço curto do par cromossômico número um e logo abaixo do centrômero em um terceiro cromossomo em G paraguensis Os dados citogenéticos obtidos comparados com os disponíveis na literatura indicam que os exemplares de Gymnotus sp analisados representam uma nova espécie de Gymnotus visto que sua constituição cariotípica nunca foi relatada na literatura para este gênero São discutidos alguns aspectos relacionados à diversificação cromossômica destas espécies de Gymnotus ocorrendo simpatricamente

Construímos um aparato experimental para medir os instantes de disparo do órgão elétrico de peixes elétricos de campo fraco da espécie Gymnotus carapo, que produz estes pulsos para localizar objetos dentro da água e para se comunicar socialmente. O aparato foi desenvolvido de maneira a iisolar o animal de perturbações externas como vibrações mecânicas, sons, campos elétricos e variações de luminosidade do ambiente. A principal característica de nosso aparato é um conjunto de eletrodos, distribuídos nos vértices do tanque de experimentos, que permitem obter as medidas (longas séries de instantes de disparo) sem restringir os movimentos do peixe e até mesmo inferir a sua posição comparando as amplitudes em diferentes eletrodos, o que possibilita relacionar a posteriori os padrões de disparo ao comportamento do animal. Desenvolvemos um programa de computador em linguagem C que, através de uma interface digital­analógica reproduz a série temporal da voltagem de um pulso de um peixe verdadeiro e utilizamos este sinal elétrico para estimular os animais. Os pulsos artificiais foram aplicados a um dipolo elétrico que imita a geometria do órgão elétrico de um peixe e os intervalos entre pulsos foram produzidos por diferentes distribuições: aleatória, intervalos gravados previamente do próprio ou de outro peixe, sequências manipuladas para repetir determinados trechos reais intercalados com trechos aleatórios, etc. Um segundo computador foi utilizado para detectar os instantes dos pulsos de estímulo e resposta e armazenar estas sequências em arquivos. Posteriormente utilizamos estas sequências para calcular a informação mútua média entre os sinais e verificamos que diferentes peixes reconhecem e reagem (alterando seus disparos elétricos) a determinados trechos da série de estímulo real de maneira bastante reprodutível. Também desenvolvemos outro programa de controle para detectar os pulsos do peixe em um dos aquários e estimular, em tempo real, o peixe de outro aquário e vice­versa. Assim, a única forma de interação entre os peixes é através dos pulsos elétricos e esta interação ocorre de modo bidirecional. Os dados destes experimentos também foram analisados utilizando o cálculo da informação mútua média entre os padrões dos dois peixes e encontramos evidências de que neste caso o fluxo de informação é maior que nos experimentos unidirecionais. Nosso aparato permitiu utilizar com sucesso a teoria da informação para estudar a dinâmica de disparo durante a interação elétrica entre peixes e possibilita diversos experimentos futuros em que pretendemos relacionar os padrões elétricos ao comportamento social dos animais e a sua interação com o meio ambiente. / We built an experimental apparatus to measure the electric organ discharge times from weakly electric fishes of the Gymnotus carapo species. Such fishes use these pulses to actively locate objects in water as well as in social communication. Our apparatus was designed to allow such measures in the absence of some external perturbations the fishes are sensitive to, such as mechanical vibrations, electric fields and changes in the laboratory luminosity. A set of eight electrods were installed in the corners of the experimental tank and allows to obtain the discharge times without need to restrain the movements of the fish. Actually, from the maximal amplitudes of the discharge in different elecrodes we can infer the position and movements of the fish and relate its electrical dynamics to its behavior. A computer program (C language) was written to use a digital to analog interface to reproduce the time series of a discharge pulse from a real fish (recorded previously) and this electrical signal was used to stimulate the animals. The artificial pulses were applied to an electrical dipole built to mimic the geometry of the electrical organ of a living fish. The intervals between discharges were chosen from sequences obtained from different distributions: random, sequencies from real living fishes, handled sequencies where we repeated some real patterns with random patterns in between, etc. The detection of the stimuli and response pulses were done in another computer with the software Dasylab and the discharge times sequencies were recorded in harddisk for further analysis. Both sequencies were used to compute the average mutual information between the signals and we verified that different fishes recognize and react (changing their pulse interval pattterns) to the same regions of the real stimuli sequence. We also developed another control program (C language) to detect the discharges of a fish in one tank and to stimulate, in real time, a fish in another tank with those pulses, and vice­versa, in a bidirectional way. In this way, the only interaction between the fishes is through their electric pulses. The data analysis also consisted in obtaining the average mutual information between the sequencies of the two fishes and we found evidences that the flow of information is higher than that found in unidirectional experiments. Our apparatus allowed us to succesfully apply information theory to study the dynamics of the discharge intervals when the fishes are interacting. In the future we intend to extensivelly use such experiments to relate the electrical patterns to social behavior and to the interaction of these fishes with their environment.

A habilidade que peixes elétricos possuem de se comunicar por meio de um campo elétrico auto-gerado tem atraído a atenção de diversas áreas do conhecimento por mais de 50 anos. Em particular, peixes elétricos pulsadores emitem um sinal que apresenta diversas similaridades com trens de pulsos de neurônios, tornando-se um modelo animal em neurociência. Com o aumento do poder computacional e com o desenvolvimento de novas ferramentas de aprendizagem de máquina, tornou-se possível investigar interações de dominância entre um par de peixes a nível de cada pulso emitido. Até onde se sabe, a codificação e transmissão de informação se dá por modulações nos intervalos entre pulsos. Assim, a comunicação entre peixes é um problema similar à comunicação entre um par de neurônios em áreas relacionadas do sistema nervoso central: a modulação da taxa de disparo de um neurônio é codificada a partir dos pulsos do outro. Neste trabalho investigamos interações sociais entre pares de Gymnotus carapo, uma espécie altamente territorial. Utilizando análise de séries temporais, técnicas de aprendizagem de máquina e teoria da informação, desenvolvemos uma metodologia para detectar padrões comunicativos nos pulsos emitidos pelos peixes. Além disso, observamos uma relação de causalidade na emissão de padrões: apenas um dos peixes modifica o comportamento futuro de seu coespecífico. A direção desse fluxo de informação parece ligada ao papel de dominância/submissão assumido pelo indivíduo. A partir da literatura sobre fisiologia de emissão de novos pulsos, levantamos novas hipóteses sobre o funcionamento dos sistemas neurais responsáveis pela modulação dos intervalos entre pulsos e sobre como estes sistemas podem ter sua sensibilidade modificada por hormônios secretados durante a disputa por dominância. / Weakly electric fishs ability to communicate through a self-generated electric field has attracted attention from several areas of knowledge for more than 50 years. Particularly, pulse-type electric fish emit signals that exhibits several similarities with neuronal spike trains, becoming a popular animal model in neuroscience. Due to the increase of computational power and the development of new machine learning tools, it is now possible to investigate dominance interactions between a pair of fish at the level of every single pulse. As far as we know, information is coded and transmitted by modulation of interval between pulses. Thus, communication between electric fishes presents several similarities with the communication between neurons from different regions on the central nervous system: the spike rate of one neuron is modulated by the pulses emitted by the other. Here we investigated the social interactions between pairs of Gymnotus carapo, a highly territorial species. Using time series analysis, machine learning techniques, and information theory, we developed a methodology to identify communicative patterns in the pulses emitted by the fish. In addition, we observed a causal relation on the pattern emission: only one of the fish modifies the future behavior of its conspecific. This flow of information seems to be related to the dominance/submission role assumed by each individual. From the literature on the physiology of the emission of new pulses, we developed new hypotheses about the functioning of the neural systems responsible for modulating the intervals between pulses and on how these systems can be modified by hormones secreted during a dominance contest.

Construímos um aparato experimental para medir os instantes de disparo do órgão elétrico de peixes elétricos de campo fraco da espécie Gymnotus carapo, que produz estes pulsos para localizar objetos dentro da água e para se comunicar socialmente. O aparato foi desenvolvido de maneira a iisolar o animal de perturbações externas como vibrações mecânicas, sons, campos elétricos e variações de luminosidade do ambiente. A principal característica de nosso aparato é um conjunto de eletrodos, distribuídos nos vértices do tanque de experimentos, que permitem obter as medidas (longas séries de instantes de disparo) sem restringir os movimentos do peixe e até mesmo inferir a sua posição comparando as amplitudes em diferentes eletrodos, o que possibilita relacionar a posteriori os padrões de disparo ao comportamento do animal. Desenvolvemos um programa de computador em linguagem C que, através de uma interface digital­analógica reproduz a série temporal da voltagem de um pulso de um peixe verdadeiro e utilizamos este sinal elétrico para estimular os animais. Os pulsos artificiais foram aplicados a um dipolo elétrico que imita a geometria do órgão elétrico de um peixe e os intervalos entre pulsos foram produzidos por diferentes distribuições: aleatória, intervalos gravados previamente do próprio ou de outro peixe, sequências manipuladas para repetir determinados trechos reais intercalados com trechos aleatórios, etc. Um segundo computador foi utilizado para detectar os instantes dos pulsos de estímulo e resposta e armazenar estas sequências em arquivos. Posteriormente utilizamos estas sequências para calcular a informação mútua média entre os sinais e verificamos que diferentes peixes reconhecem e reagem (alterando seus disparos elétricos) a determinados trechos da série de estímulo real de maneira bastante reprodutível. Também desenvolvemos outro programa de controle para detectar os pulsos do peixe em um dos aquários e estimular, em tempo real, o peixe de outro aquário e vice­versa. Assim, a única forma de interação entre os peixes é através dos pulsos elétricos e esta interação ocorre de modo bidirecional. Os dados destes experimentos também foram analisados utilizando o cálculo da informação mútua média entre os padrões dos dois peixes e encontramos evidências de que neste caso o fluxo de informação é maior que nos experimentos unidirecionais. Nosso aparato permitiu utilizar com sucesso a teoria da informação para estudar a dinâmica de disparo durante a interação elétrica entre peixes e possibilita diversos experimentos futuros em que pretendemos relacionar os padrões elétricos ao comportamento social dos animais e a sua interação com o meio ambiente. / We built an experimental apparatus to measure the electric organ discharge times from weakly electric fishes of the Gymnotus carapo species. Such fishes use these pulses to actively locate objects in water as well as in social communication. Our apparatus was designed to allow such measures in the absence of some external perturbations the fishes are sensitive to, such as mechanical vibrations, electric fields and changes in the laboratory luminosity. A set of eight electrods were installed in the corners of the experimental tank and allows to obtain the discharge times without need to restrain the movements of the fish. Actually, from the maximal amplitudes of the discharge in different elecrodes we can infer the position and movements of the fish and relate its electrical dynamics to its behavior. A computer program (C language) was written to use a digital to analog interface to reproduce the time series of a discharge pulse from a real fish (recorded previously) and this electrical signal was used to stimulate the animals. The artificial pulses were applied to an electrical dipole built to mimic the geometry of the electrical organ of a living fish. The intervals between discharges were chosen from sequences obtained from different distributions: random, sequencies from real living fishes, handled sequencies where we repeated some real patterns with random patterns in between, etc. The detection of the stimuli and response pulses were done in another computer with the software Dasylab and the discharge times sequencies were recorded in harddisk for further analysis. Both sequencies were used to compute the average mutual information between the signals and we verified that different fishes recognize and react (changing their pulse interval pattterns) to the same regions of the real stimuli sequence. We also developed another control program (C language) to detect the discharges of a fish in one tank and to stimulate, in real time, a fish in another tank with those pulses, and vice­versa, in a bidirectional way. In this way, the only interaction between the fishes is through their electric pulses. The data analysis also consisted in obtaining the average mutual information between the sequencies of the two fishes and we found evidences that the flow of information is higher than that found in unidirectional experiments. Our apparatus allowed us to succesfully apply information theory to study the dynamics of the discharge intervals when the fishes are interacting. In the future we intend to extensivelly use such experiments to relate the electrical patterns to social behavior and to the interaction of these fishes with their environment.

Analyses of the evolution and function of voltage-gated sodium channel proteins (Navs) have largely been limited to mutations from individual people with diagnosed neuromuscular disease. This project investigates the carboxyl-terminus of the Nav paralog (locus scn4aa 3’) that is preferentially expressed in electric organs of Neotropical weakly-electric fishes (Order Gymnotiformes). As a model system, I used the genus Gymnotus, a diverse clade of fishes that produce species-specific electric organ discharges (EODs). I clarified evolutionary relationships among Gymnotus species using mitochondrial (cytochrome b, and 16S ribosome) and nuclear (rag2, and scn4aa) gene sequences (3739 nucleotide positions from 28 Gymnotus species). I analyzed the molecular evolution of scn4aa 3’, and detected evidence for positive selection at eight amino acid sites in seven Gymnotus lineages. These eight amino acid sites are located in motifs that may be important for modulation of EOD frequencies.

Analyses of the evolution and function of voltage-gated sodium channel proteins (Navs) have largely been limited to mutations from individual people with diagnosed neuromuscular disease. This project investigates the carboxyl-terminus of the Nav paralog (locus scn4aa 3’) that is preferentially expressed in electric organs of Neotropical weakly-electric fishes (Order Gymnotiformes). As a model system, I used the genus Gymnotus, a diverse clade of fishes that produce species-specific electric organ discharges (EODs). I clarified evolutionary relationships among Gymnotus species using mitochondrial (cytochrome b, and 16S ribosome) and nuclear (rag2, and scn4aa) gene sequences (3739 nucleotide positions from 28 Gymnotus species). I analyzed the molecular evolution of scn4aa 3’, and detected evidence for positive selection at eight amino acid sites in seven Gymnotus lineages. These eight amino acid sites are located in motifs that may be important for modulation of EOD frequencies.