Chemical defense in the red seaweed Plocamium brasiliense: spatial variability and differential action on herbivores / Defesa química na macroalga marinha vermelha Plocamium brasiliense: variabilidade espacial e diferentes ações sobre herbívoros

Species of Plocamium are known as prolific sources of halogenated secondary metabolites exhibiting few explored ecological roles. In this study the crude extracts from specimens of P. brasiliense collected in two distinct places, Enseada do Forno and Praia Rasa, Búzios, Estado do Rio de Janeiro, were evaluated as defense against the sea urchin Lytechinus variegatus and the crab Acanthonyx scutiformis. These specimens produce a similar amount of crude extract and also halogenated monoterpene compound-types, but individuals of P. brasiliense from Praia Rasa exhibit a major compound representing about 59% of the total chemicals. Natural concentrations of the crude extracts obtained from both specimens of P. brasiliense significantly inhibited the herbivory by the sea urchin L. variegatus, but had no significant effect on the feeding by A. scutiformis, a crab commonly associated to chemically defended host. Crude extract from P. brasiliense collected at Praia Rasa was more efficient as defense against L. variegatus than that crude extract from populations of this alga from Enseada do Forno, probably due to presence of a major secondary metabolite. These two studied population live under different environmental conditions, but they are only about 30 Km apart. However, it is impossible to affirm that environmental characteristics (abiotic or biotic) would be responsible for the difference of defensive potential found in the two populations of P. brasiliense studied here. Further genetic studies will be necessary to clarify this question and to explain why populations of a single species living in different but close locations can exhibit distinct chemicals.(AU)

Espécies de Plocamium são conhecidas como fontes prolíficas de metabólitos secundários halogenados com significados ecológicos pouco conhecidos. Neste trabalho extratos brutos de espécimes de P. brasiliense coletados em duas localidades distintas, Enseada do Forno e Praia Rasa, Búzios, Estado do Rio de Janeiro, foram avaliados como defesa química contra o ouriço Lytechinus variegatus e o caranguejo Acanthonyx scutiformis. Estes espécimes produzem teores similares de extrato bruto e tipos de substâncias monoterpenos halogenados, mas os indivíduos da Praia Rasa possui um componente majoritário representando 59% do total de metabólitos. Concentrações naturais dos extratos brutos destes espécimes inibiram significativamente o consumo por L. variegatus, mas não causaram qualquer efeito sobre A. scutiformis, um caranguejo comumente associado a P. brasiliense, um hospedeiro quimicamente defendido. O extrato bruto de P. brasiliense coletada na Praia Rasa foi mais eficiente como defesa frente a L. variegatus do que aquele obtido de população desta alga da Enseada do Forno, provavelmente pela presença de uma substância majoritária. Estas duas populações de P. brasiliense estudadas vivem sob diferentes condições ambientais, mas distantes somente cerca de 30 km. Entretanto, é impossível afirmar que características ambientais (abióticas ou bióticas) seriam responsáveis pelas diferenças de potencial defensivo encontrados nestas duas populações de P. brasiliense estudadas. Futuros estudos genéticos são necessários para esclarecer esta questão e para explicar porque populações de uma mesma espécie vivendo em regiões tão próximas, mas ambientalmente distintas, produzem substâncias distintas.(AU)

Feeding preferences of the endemic gastropod Astraea latispina in relation to chemical defenses of Brazilian tropical seaweeds

Seaweed preference by the Brazilian endemic gastropod Astraea latispina was examined in the laboratory to evaluate the role of secondary metabolites in determining food choice. Of three species of seaweeds examined, Plocamium brasiliense was highly preferred; less so were Sargassum furcatum and Dictyota cervicornis were preferred less. Extracts and/or pure major metabolites of the two potentially chemically-defended seaweeds (P. brasiliense and D. cervicornis) were tested as feeding deterrents against A. latispina. Algal extract assays demonstrated that three concentrations of crude organic extract of the red alga P. brasiliense (50%, 100%: natural concentration, and 200% of dry weight: dw) did not affect feeding of this gastropod. In contrast, the three concentrations of crude organic extract of the brown alga D. cervicornis (50%, 100% and 200% dw) inhibited feeding by A. latispina. The chemical deterrent property of D. cervicornis extract against the gastropod A. latispina occurred due to a mixture of the secodolastane diterpenes isolinearol/linearol (4:1 -- 0.08% dry weight). This is the first report showing that Dictyota cervicornis produces a chemical defense against herbivores using secodolastane diterpenoid. In addition, these results widen the action spectrum of secondary metabolites found in seaweed belonging to this brown algal genus.

A preferência alimentar do gastrópodo endêmico Astraea latispina por macroalgas bentônicas foi avaliada em laboratório com o intuito de evidenciar o papel de metabólitos secundários em sua escolha alimentar. Dentre as macroalgas examinadas, Plocamium brasiliense foi preferencialmente consumida, enquanto Sargassum furcatum e Dictyota cervicornis foram menos consumidas. Os extratos brutos e/ou metabólitos majoritários puros das duas espécies de macroalgas potencialmente produtoras de defesa química (P. brasiliense e D. cervicornis) foram testados em relação à A. latispina. As três concentrações de extrato bruto (50%, 100%: concentração natural, e 200%: peso seco -- ps) de P. brasiliense não inibiram a herbivoria dessa espécie de gastrópodo. Por outro lado, as três concentrações de extrato bruto de D. cervicornis (50%, 100% e 200% ps) inibiram a herbivoria de A. latispina. Constatou-se que a propriedade deterrente do extrato de D. cervicornis em relação ao gastrópodo A. latispina deve-se à mistura dos diterpenos isolinearol/linearol (4:1 -- 0,08% ps). Este é o primeiro relato de que D. cervicornis produz defesa química contra herbívoros, particularmente diterpenos com esqueleto carbônico do tipo secodolastano. Além disso, esses resultados ampliam o espectro de ação dos metabólitos secundários encontrados em espécies desse gênero de alga parda.

Ecological roles of natural products of the Brazilian red seaweed Laurencia obtusa

Laboratory and field experiments were performed to assess the ecological roles of natural products produced by the Brazilian red seaweed Laurencia obtusa. Laboratory assays revealed that the natural concentration of the crude organic extract of L. obtusa significantly inhibited feeding by two herbivores: the crab Pachygrapsus transversus and the sea urchin Lytechinus variegatus. It was verified that this chemically defensive action was due to halogenated sesquiterpenoid elatol, found to be the major natural product of this red seaweed. In addition, it was verified that the antifouling property of the chemicals produced by L. obtusa could make this red alga less attractive for fish grazing. Direct protection against two herbivore species and indirect protection against herbivory by fouling inibition constitute evidence that the major natural product from Brazilian L. obtusa plays multiple environmental roles, thereby increasing the adaptive value of these metabolites. On the other hand, the evidence reinforces the idea that marine natural products may have different functions in the sea.

Foram realizadas experiências em laboratório e em campo, com o intuito de verificar as funções ecológicas de produtos naturais produzidos pela macroalga bentônica Laurencia obtusa da costa brasileira. Nas experiências em laboratório, foi constatado que a concentração natural do extrato orgânico bruto de L. obtusa inibiu significativamente seu consumo por dois herbívoros, o caranguejo Pachygrapsus transversus e o ouriço-do-mar Lytechinus variegatus. Foi verificado que essa ação defensiva deve-se ao elatol, um sesquiterpeno halogenado encontrado como o produto natural mais abundante nessa alga vermelha. Além disso, verificou-se que a propriedade antiincrustante desse metabólito produzido por L. obtusa poderia torná-la menos atrativa à herbivoria por peixes. A ação protetora direta contra duas espécies de herbívoros e uma proteção indireta contra a herbivoria por inibição da incrustação constituem evidências de que o produto natural majoritário encontrado em L. obtusa do Brasil possui múltiplas funções ecológicas no ambiente. Por outro lado, reforça a idéia de que produtos naturais marinhos podem ter diferentes funções no mar, aumentando, assim, o valor adaptativo desses metabólitos.

Feeding preferences of the endemic gastropod Astraea latispina in relation to chemical defenses of Brazilian tropical seaweeds

Seaweed preference by the Brazilian endemic gastropod Astraea latispina was examined in the laboratory to evaluate the role of secondary metabolites in determining food choice. Of three species of seaweeds examined, Plocamium brasiliense was highly preferred; less so were Sargassum furcatum and Dictyota cervicornis were preferred less. Extracts and/or pure major metabolites of the two potentially chemically-defended seaweeds (P. brasiliense and D. cervicornis) were tested as feeding deterrents against A. latispina. Algal extract assays demonstrated that three concentrations of crude organic extract of the red alga P. brasiliense (50%, 100%: natural concentration, and 200% of dry weight: dw) did not affect feeding of this gastropod. In contrast, the three concentrations of crude organic extract of the brown alga D. cervicornis (50%, 100% and 200% dw) inhibited feeding by A. latispina. The chemical deterrent property of D. cervicornis extract against the gastropod A. latispina occurred due to a mixture of the secodolastane diterpenes isolinearol/linearol (4:1 -- 0.08% dry weight). This is the first report showing that Dictyota cervicornis produces a chemical defense against herbivores using secodolastane diterpenoid. In addition, these results widen the action spectrum of secondary metabolites found in seaweed belonging to this brown algal genus.

A preferência alimentar do gastrópodo endêmico Astraea latispina por macroalgas bentônicas foi avaliada em laboratório com o intuito de evidenciar o papel de metabólitos secundários em sua escolha alimentar. Dentre as macroalgas examinadas, Plocamium brasiliense foi preferencialmente consumida, enquanto Sargassum furcatum e Dictyota cervicornis foram menos consumidas. Os extratos brutos e/ou metabólitos majoritários puros das duas espécies de macroalgas potencialmente produtoras de defesa química (P. brasiliense e D. cervicornis) foram testados em relação à A. latispina. As três concentrações de extrato bruto (50%, 100%: concentração natural, e 200%: peso seco -- ps) de P. brasiliense não inibiram a herbivoria dessa espécie de gastrópodo. Por outro lado, as três concentrações de extrato bruto de D. cervicornis (50%, 100% e 200% ps) inibiram a herbivoria de A. latispina. Constatou-se que a propriedade deterrente do extrato de D. cervicornis em relação ao gastrópodo A. latispina deve-se à mistura dos diterpenos isolinearol/linearol (4:1 -- 0,08% ps). Este é o primeiro relato de que D. cervicornis produz defesa química contra herbívoros, particularmente diterpenos com esqueleto carbônico do tipo secodolastano. Além disso, esses resultados ampliam o espectro de ação dos metabólitos secundários encontrados em espécies desse gênero de alga parda.