jueves, febrero 21, 2008

Horrid Phenotypic integration!








Since past centuries naturalist, Cirripedes (or barnacles) have been studied because their peculiar morphology and life cycle. They live in a calcareous shell like a mollusk as adults, and they have articulated biramous appendages like crustaceans. Thanks to the study of its development, through nauplius larva, it was possible to classify them as crustaceans. Whereas, they have an incomplete abdomen, lacking terminal segments present in other crustaceans.

Fig 1: Cirripedes drawn by Haeckel in his beautiful bool Kunstformen der Natur 1904. A parasitized crab by Sacculina sp. can bee seen in the center of the picture.




One of the strangest groups of cirripedes are the Rhizocephalan barnacles which are sessile adult parasites of other crustaceans with free-swimming larvae (Fig 1 and 2). Their mature females (called externa) are situated in the abdominal brood chamber of the host, lack even the rudiments of an alimentary canal and have neither excretory nor respiratory organs. But it penetrates it's hosts with a nutrient-absorbing system of rootlets, which possibley links the parasite to these functions in the host (Fig 2 ).

Fig 2: Peltogaster (Peltogastridae) whole externa and root system attached to a part of the main abdominal root trunk From Bresciani & Hoeg 2001.
The life cycle (Fig 3) of the parasite involves a mature female externa which is fertilized by one or two cryptic dwarf males and which subsequently releases a series of broods of free swimming nauplii. The nauplii develop lecithotrophically, metamorphose into cypris larvae after about 5–6 days and become competent to settle after another 3–4 days in the plankton. Female cypris larvae must locate a suitable host while the male cypris larvae must find a parasitized host containing a virgin female. Some of the sensory structures involved in this behavior are the lattice organs and the aesthetasc setae found on antennules of the cyprids that have been proposed as olfactory organs. Females possess one and the males two. It had been demonstrated that larvae can use waterborne host metabolites to find a suitable host.


Fig 3: Generic life cycle of Cirripedian parasite, from Øksnebjerg 1999.


Female cyprids settle on the exoskeleton of a host crab at the base of a plumose seta and metamorphose into a special stage known as the kentrogon. The kentrogon penetrates the exoskeleton of the crab with a hollow stylet and injects the primordial parasite into the hemocoelic fluid. After an internal phase of a few months to 3 years, the parasite produces an external virginal reproductive body (externa) situated under the abdomen of the host. The externa attracts male cyprids, which implant as dwarf males and remain with the female externa for the duration of the latter’s lifetime and fertilize all its broods. Externa failing to receive at least one male cannot mature and eventually perish, leaving a scar on the host exoskeleton.





Fig 4: First photo shows the cyprid larva, antennae are marked with arrows, from Pasternak et al 2005. Second photo shows the kentrogon stage injecting cells in to the host body, from Hoeg 1987.

Sacculina carcini is a rhizocephalan parasite that attacks the crab C. maenas. S. carcini can have on their hosts severe and lasting effects on these include growth, morphology, physiology, and behavior of the host crab. The parasite can arrest the moult cycle of its host crab (which therefore suffers increased fouling). As a consequence of rootlet growth this parasite castrates both male and female hosts and phenotypically feminizes the males. Both sexes suffer alterations in behavior such as response to the externa and Sacculina eggs as their own brood. For example a common behavior of fecunded female crabs is to climb to some high rock and groom its abdomen to release the fertilized eggs from the brood pouch. Moving her claw the mother crab stir the water generating a flow. In the same way male parasitized by Sacculina will display a similiar behavior when the parasite offpring is ready to hatch, he will groom the Externa and release the next generation of his foster sons. “Sacculinized” host became an integrated developmental system that include the castrated crab, the breeding externa and the dwarf males. These creatures had been the focus of interesting cromosome and molecular studies that we can discuss in a next episode.

Fig 5: Rhizocephalan Extena on infected host species showing rootlets distribution in different parasite-host systems: A: Peltogaster paguri (Peltogastridae) on Pagurus bernhardus. B: Sacculina carcini (Sacculinidae) on Carcinus maenas. C: Sylon hippolytes (Clistosaccidae) on Spirontocaris lilljeborgi, from Bresciani & Hoeg 2001.



Cristian Villagra



References:

Bresciani J & Høeg JT (2001) Comparative Ultrastructure of the Root System in Rhizocephalan Barnacles (Crustacea: Cirripedia: Rhizocephala). Journal of Morphology, 249:9–42.

Herberts C (1982) Host-Parasite Relation between the Shore Crab Carcinus maenas and Sacculina carcini (Rhizocephala): Identification and Characterization of a Specific Fraction Correlated with Parasitism. Journal of Invertebrate Pathology, 39, 60-65.

Hoeg JT (1987) The relation between cypris ultrastructure and metamorphosis
in male and female Sacculina carcini (Crustacea, Cirripedia). Zoomorphology, 107:299-311.


Le Mouchel-Vielh E, Rigolot C, Gibert J-M & Deutsch JS (1998) Molecules and the Body Plan: The Hox Genesof Cirripedes (Crustacea). Molecular Phylogenetics and Evolution, 9,382–389.

Øksnebjerg B (1999) The Rhizocephala (Crustacea: Cirripedia) of the Mediterranean and black seas: taxonomy, biogeography and ecology. Israel Journal of Zoology, 46: 1-102.

Pasternak Z, Garm A & Høeg JT (2005) The morphology of the chemosensory aesthetasc-like setae used during settlement of cypris larvae in the parasitic barnacle Sacculina carcini (Cirripedia: Rhizocephala). Marine Biology, 146: 1005–1013.


Threshera RE, Wernerb M, Høegc JT, Svaned I, Glennerc H, Murphy NE, Wittwer C (2000) Developing the options for managing marine pests: specificity trials on the parasitic castrator, Sacculina carcini, against the European crab, Carcinus maenas, and relatedspecies. Journal of Experimental Marine Biology and Ecology, 254: 37–51


Strathmann RR (1993) Hypotheses on the Origins of Marine Larvae
. Annual Review of Ecology and Systematics, 24: 89-117. Walker G(1985) The cypris larvaea of sacculina carcini Thompson (Crustacea: Cirripedia: Rhizocephala) J. Eq. Mar. hoI. Ecof, 93:131-145.






7 comentarios:

Sanders dijo...

Buena compadre diablo is back!!
Amazing como afectan el sexo y la conducta del hospedero....me quedé con la curiosidad sobre los estudios cromosomicos.
DE paso mencioanr que ste tipo de casos, como todo lo que es bello en biologñia, ha sido tomado por los ultrarwinistas dawkinsonianos para justificar sus más aberrantes preceptos teóricos. En esencia, se trata de comparar la relación entre el "gen egoista" y el organismo, con la forma en que un parásito "controla su hospedero. La idea es que los genes son como parásitos...

Junto con la metilación o la epidemioglogía de los viruses, es un caso que ha sido explotado por el "darwinismo teórico" (léase grupiento)

Sanders dijo...

lo que me me pregunto es que en general, los efectos conductuales-fisologicos en relaciones simbioticas se suelen describir como adpataitvas, sea "beneficiando" al patrasito, o al hospedero.
Pero parauqe puedan ocurrir cualquiera de estas cosas, en primer lugar debe existir una gran "reactividad" hacia la presencia del parasito, una via preexistente a la cual se acopla el paraisto para generar un fenotipo. En el caso de la determibnacion sexual , por ejemplo, sabemos que muchos factores son capaces de incidir sobre ella, y tenemos los ejemplos de feminizacion de insectos por la presencia de wolbachia. dada la facilidad con que es posible alterar el sexo en el desarrollo, podemos predecir que encontraremos mas relaciones simbioticas donde podemos observar que el parasito afecta el sexo.

Lo que ypo sostengo es que esta reactividad y plasticidad debiera manifestarse indeoendiente del valor adaptativo, es decir, que deberiamos tener alguno fenotipos inducidos por parasitos que desafina las intuiciones del fitness darwinista. Fenotipos neutros o incluso que disminuyan el fitness de ambos el hospedero y el parasito

Nucleo Decenio dijo...

te voy a mandar un par de articulos de lo que pasa con los genes Hox en este grupo, tb hay reareglos cromosomicos bien freaky..

Diablete

Sanders dijo...

otra cosa!!!! De todos los casos este parece bastnate dramatico pero hay que recordar que esto es el parasitismo de un crustaceo sobre OTRO crustaceo. Por lo tanto el parasito esta myugy bien posicionado filogenticamente para poder ejercer influencia sobre el hospedero. Sugro que hay mucho overlapping de mecanismos, pese al fenotipo altamente derivado de estos horribles rhizocephalia, debe haber bastante por donde acoplarse.

Roberto E. Yury Yáñez dijo...

El estado de kentrogon es espectacular! una masa de células indiferenciadas, es importante hacer notar que la "castración" de la que es responsable el parásito cambia la proporción de machos y hembras. Que adaptativo es que el parásito limite las posibilidades de reproducción de su hospedero?!

increible lo del comportamiento del hospedero como surje es una pregunta increíble

Sanders dijo...

Ser hembra y exhibir el comportamiento de liberacion de crias me parece que es parte de una misma cosa y una consecuencia de la feminizacion del macho. Me imagino que la hembra parasitada tambien hace lo mismo que el macho parasitado (y feminizado). La feminizacion en muchos taxa (aunque no todos, jeje) es como un estado default que aparece cuando se retiran las gonadas masculinas (aunque la naturaleza femenina del cuerpo reproductivo puede ayudar a feminizarlo)

La fisiologia del parasito esta acoplada a esta coducta de liberacion de larvas del hospedero, tal que ocurre cuando el parasito esta liberando sus larvas. Probablemente logra hacerse pasar por sucedaneo de la gonada devorada y asi produce esa conducta en el momento en que SUS larvas estan fecundadas, utilizando practicamente las mismas hormonas, me atreveria a decir.

Contrario a lo que dicen los textos, yo no consideraria al cuerpo reproductivo como el homologo a la fase adulta sesil de otros cirripedios no rizhocefalos.
El cuerpo reproductivo no parece ser mas que eso, una simple perpetuacion del sistema reproductor, en el cuerpo de otro, del hospedero. Es casi de por si una gonada: y se esta haciendo pasar por gonada. Esta fase antes no existia fuera del organismo, sino que todo aquello transcurria al interior del cuerpo de la madre. Ahora esta "diguised as gonad" en el cuerpo de otro.

El kentrogon es homologo al trichogon de otros cirripedios. El adulto cirripedio propiamente tal nunca llega, ya que normalmente se origina por metamorfosis del trichogon (kentrogon). Aca no, ese cuerpo es abandonado y muere sin transfomarse, lo que hace es inyectar unas pocas celulas embrionarias. Los machos a su vez inyectan espermatogonia en el cuerpo de las hembras (probablemente, es comun este metodo de copula por inyeccion en crustaceos: se que existe en varios invertebrados) Puede ser el origen de la inyeccion del kentrogonio en su hospedero!!! Un poco de transexualidad, tal que una hembra pueda inyectar sus celulas embrionarias y,una que otra confusion de especies a la hora de pegar el punzazo, jaja: origen de un nuevo parasito
Cabe mencionar que la perdida de etapas progresa aun mas en algunos rhizocephala, tal que nunca no llegan a kentrogon y son capaces de inyectar sus celulas en estado de cypridos, "using the antennula as syringe".
tambien hay variacion entre los que tiene kentrogon, entre los que tiene que hacer ecdysis y los que no antes de poder inyectar.

Seria interesante confirmar si las celulas que inyecta el kentrogon tiene un origen embrionario similar al de las celulas que dan origen a las gonadas en el trichogon de otros cirripedios no-rhizocephalos. Yo digo pos que si!!!!

Sanders dijo...

HENRIK GLENNER, JENS T. HØEG 1994 .Metamorphosis in the Cirripedia Rhizocephala and the homology of the kentrogon and trichogon. Zoologica Scripta 23 (2): 161