Seasonal variations of male reproductive parameters of Tomodon dorsatus from Southeastern Brazil

ABSTRACT: The morphology of the male reproductive tract of Tomodon dorsatus was described in the austral seasons of the year considering macroscopic and microscopic variables. For this purpose, 56 specimens from the herpetological collection of the Instituto Butantan were used. Fragments of the testes, kidneys and ductus deferens were collected and submitted to histological routine. The peak of the testicular volume was observed in the summer and the epithelium of the seminiferous tubules had higher height in the summer (p=0.001). The testes were active throughout the year, however, the spermiogenesis peaked in the summer. There were spermatozoa in the lumen of the ductus deferens in all seasons of the year. Renal length was higher in autumn (p=0.027), and renal width did not show a significant increase (p=0.237). The diameter and epithelial height of the sexual segment of the kidney (SSK) showed hypertrophy in winter and spring, coinciding with the mating period. Based on findings of this study, we can suggest that, at the population level, the reproductive cycle of T. dorsatus can be considered seasonal semi-synchronous, due to the peak of spermiogenic activity in the hot season, and discontinuous at the individual level.

RESUMO: A morfologia do trato reprodutivo do macho de Tomodon dorsatus foi descrita nas estações climáticas do ano com base em variáveis macroscópicas e microscópicas. Para isto, foram usados 56 espécimes oriundos da coleção herpetológica do Instituto Butantan. Fragmentos dos testículos, rins e ductos deferentes foram coletados e submetidos à rotina histológica. O volume testicular foi maior no verão e o epitélio dos túbulos seminíferos mostrou uma maior altura no verão (p=0.001). Os testículos estavam ativos durante todo o ano, contudo, a espermiogênese foi maior no verão. Espermatozoides foram encontrados no lúmen do ducto deferente em todas as estações do ano. O comprimento renal foi maior no outono (p=0.027), e a largura renal não mostrou um aumento significativo (p=0.237). O diâmetro e a altura epitelial do segmento sexual do rim (SSR) mostrou hipertrofia nas estações inverno e primavera, coincidindo com o período reprodutivo. Com base nestes resultados, pode-se sugerir que, em nível populacional, o ciclo reprodutivo de T. dorsatus possa ser considerado semi-sincrônico sazonal, devido à atividade espermiogênica na estação quente, e descontínuo em nível individual.

Seasonal variations of male reproductive parameters of Tomodon dorsatus from Southeastern Brazil / Variações sazonais dos parâmetros reprodutivos do macho de Tomodon dorsatus do sudeste brasileiro

The morphology of the male reproductive tract of Tomodon dorsatus was described in the austral seasons of the year considering macroscopic and microscopic variables. For this purpose, 56 specimens from the herpetological collection of the "Instituto Butantan" were used. Fragments of the testes, kidneys and ductus deferens were collected and submitted to histological routine. The peak of the testicular volume was observed in the summer and the epithelium of the seminiferous tubules had higher height in the summer (p=0.001). The testes were active throughout the year, however, the spermiogenesis peaked in the summer. There were spermatozoa in the lumen of the ductus deferens in all seasons of the year. Renal length was higher in autumn (p=0.027), and renal width did not show a significant increase (p=0.237). The diameter and epithelial height of the sexual segment of the kidney (SSK) showed hypertrophy in winter and spring, coinciding with the mating period. Based on findings of this study, we can suggest that, at the population level, the reproductive cycle of T. dorsatus can be considered seasonal semi-synchronous, due to the peak of spermiogenic activity in the hot season, and discontinuous at the individual level.(AU)

A morfologia do trato reprodutivo do macho de Tomodon dorsatus foi descrita nas estações climáticas do ano com base em variáveis macroscópicas e microscópicas. Para isto, foram usados 56 espécimes oriundos da coleção herpetológica do Instituto Butantan. Fragmentos dos testículos, rins e ductos deferentes foram coletados e submetidos à rotina histológica. O volume testicular foi maior no verão e o epitélio dos túbulos seminíferos mostrou uma maior altura no verão (p=0.001). Os testículos estavam ativos durante todo o ano, contudo, a espermiogênese foi maior no verão. Espermatozoides foram encontrados no lúmen do ducto deferente em todas as estações do ano. O comprimento renal foi maior no outono (p=0.027), e a largura renal não mostrou um aumento significativo (p=0.237). O diâmetro e a altura epitelial do segmento sexual do rim (SSR) mostrou hipertrofia nas estações inverno e primavera, coincidindo com o período reprodutivo. Com base nestes resultados, pode-se sugerir que, em nível populacional, o ciclo reprodutivo de T. dorsatus possa ser considerado semi-sincrônico sazonal, devido à atividade espermiogênica na estação quente, e descontínuo em nível individual.(AU)

Seasonal variations of male reproductive parameters of Tomodon dorsatus from Southeastern Brazil / Variações sazonais dos parâmetros reprodutivos do macho de Tomodon dorsatus do sudeste brasileiro

The morphology of the male reproductive tract of Tomodon dorsatus was described in the austral seasons of the year considering macroscopic and microscopic variables. For this purpose, 56 specimens from the herpetological collection of the "Instituto Butantan" were used. Fragments of the testes, kidneys and ductus deferens were collected and submitted to histological routine. The peak of the testicular volume was observed in the summer and the epithelium of the seminiferous tubules had higher height in the summer (p=0.001). The testes were active throughout the year, however, the spermiogenesis peaked in the summer. There were spermatozoa in the lumen of the ductus deferens in all seasons of the year. Renal length was higher in autumn (p=0.027), and renal width did not show a significant increase (p=0.237). The diameter and epithelial height of the sexual segment of the kidney (SSK) showed hypertrophy in winter and spring, coinciding with the mating period. Based on findings of this study, we can suggest that, at the population level, the reproductive cycle of T. dorsatus can be considered seasonal semi-synchronous, due to the peak of spermiogenic activity in the hot season, and discontinuous at the individual level.(AU)

A morfologia do trato reprodutivo do macho de Tomodon dorsatus foi descrita nas estações climáticas do ano com base em variáveis macroscópicas e microscópicas. Para isto, foram usados 56 espécimes oriundos da coleção herpetológica do Instituto Butantan. Fragmentos dos testículos, rins e ductos deferentes foram coletados e submetidos à rotina histológica. O volume testicular foi maior no verão e o epitélio dos túbulos seminíferos mostrou uma maior altura no verão (p=0.001). Os testículos estavam ativos durante todo o ano, contudo, a espermiogênese foi maior no verão. Espermatozoides foram encontrados no lúmen do ducto deferente em todas as estações do ano. O comprimento renal foi maior no outono (p=0.027), e a largura renal não mostrou um aumento significativo (p=0.237). O diâmetro e a altura epitelial do segmento sexual do rim (SSR) mostrou hipertrofia nas estações inverno e primavera, coincidindo com o período reprodutivo. Com base nestes resultados, pode-se sugerir que, em nível populacional, o ciclo reprodutivo de T. dorsatus possa ser considerado semi-sincrônico sazonal, devido à atividade espermiogênica na estação quente, e descontínuo em nível individual.(AU)

Análise histológica do segmento sexual renal de Suaçuboia / Histological analysis of the renal sexual segment of Suaçuboia

Corallus hortulanus is a snake with wide geographical distribution and valid ecological importance. However, information about their reproductive biology is scarce and most of the data obtained is from snakes in captivity. Thus, the work aimed to describe the histological aspects of the sexual segment of the kidney (SSK), a specialized part of the kidneys. Therefore, histological analysis and measurement of SSK were performed from 12 specimens of Corallus hortulanus collected in different months of the year. The histological aspects of the SSK observed were similar to those described for other species of snakes and the tubular segments had an average diameter of 76.8 ± 25.6 µm. However, a great variation was observed in the morphological aspects (hypertrophy and presence and disposition of granules) and in the diameter of the tubular segments among the individuals analyzed, apparently related to reproductive seasonality. The results obtained in this study contribute to a greater understanding of the reproductive aspects of C. hortulanus and the possible seasonal variations should be better investigated.

Análise histológica do segmento sexual renal de Suaçuboia / Histological analysis of the renal sexual segment of Suaçuboia

Corallus hortulanus is a snake with wide geographical distribution and valid ecological importance. However, information about their reproductive biology is scarce and most of the data obtained is from snakes in captivity. Thus, the work aimed to describe the histological aspects of the sexual segment of the kidney (SSK), a specialized part of the kidneys. Therefore, histological analysis and measurement of SSK were performed from 12 specimens of Corallus hortulanus collected in different months of the year. The histological aspects of the SSK observed were similar to those described for other species of snakes and the tubular segments had an average diameter of 76.8 ± 25.6 µm. However, a great variation was observed in the morphological aspects (hypertrophy and presence and disposition of granules) and in the diameter of the tubular segments among the individuals analyzed, apparently related to reproductive seasonality. The results obtained in this study contribute to a greater understanding of the reproductive aspects of C. hortulanus and the possible seasonal variations should be better investigated.(AU)

Estocagem de esperma em serpentes Neotropicais: uma abordagem fisiológica e ultra estrutural do espermatozoide

A estocagem de espermatozoides pelas fêmeas em vertebrados é bem descrita e ocorre por períodos de tempo distintos, em lugares diferentes ao longo do trato reprodutivo. Dentre todos os vertebrados, as fêmeas de répteis são conhecidas pelos mais longos períodos de estocagem de espermatozoides, sendo que em serpentes há relatos de até 5 anos, podendo ocorrer na região anterior da vagina, no útero posterior ou no infundíbulo, seja em criptas ou em tubos de estocagem de esperma especializados (SST). Além disso, os machos de serpentes também podem estocar espermatozoides durante pelo menos uma estação, dentro dos ductos deferentes. Entretanto, desde a primeira descrição de estocagem em serpentes, até trabalhos que relatam a quantidade estimada de tempo de estocagem e a variabilidade paterna da prole, a mesma pergunta permanece sem resposta, como é possível que os espermatozoides permaneçam vivos por tanto tempo? Há hipóteses que indicam que o oviduto feminino se encarregaria de manter esses espermatozoides, outros apontam que a manutenção dessas células se deve a secreções do segmento sexual renal masculino, mas poucos estudos focam em como a estrutura do espermatozoide e sua fisiologia poderiam ser a chave de sua longa sobrevivência. Assim, esse trabalho teve como objetivo analisar a célula germinativa masculina de serpentes Neotropicais, do ponto de vista ultra estrutural e fisiológico, com a finalidade de avaliar e descrever os espermatozoides maduros antes da cópula. Para tanto, esse estudo foi dividido nas seguintes partes: (1) um protocolo minimamente invasivo para obtenção de sêmen em serpentes; (2) parâmetros de avaliação seminal de motilidade, vigor e vitalidade das amostras; (3) a ultraestrutura dos espermatozoides e por fim (4) a integridade do material genético dos espermatozoides. Palavras-chave: Estocagem de esperma. Avaliação espermática. Espermatozoides de serpente. Ultraestrutura. Citometria de fluxo.

The sperm storage in vertebrate females is a well described process and occurs for distinct time periods, taking place in different portions of female reproductive tract. Among all vertebrates, the reptile females are known for the longer sperm storage and in snakes there are reports of up to 5 years, occurring inside the anterior vagina, posterior uterine tube and infundibulum, whether in crypts or in SST. In addition, male snakes can also store sperm for at least one season, inside the ductus deferens. However, since the first sperm storage description in snakes, until works reporting the estimated storage time and within-clutch multiple paternity, the same question stills without answer: How is possible that the spermatozoa be alive for so long? There are hypothesis indicating that female oviduct is in charged for sperm maintenance, others suggest that sperm cells maintenance are due to sexual segment of kidney (SSK) secretions, but few studies focus on how the spermatozoon structure and physiology could be the key for its long survival. Thus, this work aimed to analyse the Neotropical snakes spermatozoa with a physiological and ultrastructural approach, for the purpose of evaluating and describing mature sperm before copulation. Therefore, we divided our study on four topics: (1) establishing a minimally invasive snake semen collection protocol; (2) evaluation of the snake semen parameters motility, vigor and vitality; (3) description the spermatozoa ultrastructure and (4) recognize if the genetic material of mature snake sperm is viable.

Biologia reprodutiva de serpentes neotropicais dos grupos Bothrops atrox e Bothrops jararacussu (Viperidae: Crotalinae)

A extensa distribuição geográfica apresentada pelos grupos de espécies Bothrops asper, B. atrox e B. jararacussu sugere que as diferentes estratégias reprodutivas encontradas nestas espécies poderiam estar sendo moduladas pelos ritmos ambientais, principalmente temperatura e pluviosidade. As espécies de Crotalinae que habitam regiões frias ou temperadas possuem ciclos reprodutivos estritamente sazonais, os ciclos começam nos períodos mais quentes do ano. Embora vários estudos já tenham descrito as estratégias reprodutivas de diferentes espécies de Bothrops, nenhum deles teve como objetivo avaliar em conjunto os representantes do clado composto pelos grupos de espécies B. asper, B. atrox e B. jararacussu. Neste estudo, descrevemos aspectos da biologia reprodutiva, como a vitelogênese, a espermatogênese, a hipertrofia do segmento sexual renal (SSR) e o dimorfismo sexual das espécies seguintes: B. asper, B. atrox, B jararacussu, B. brazili e B. marajoenesis. Nossas análises indicam que machos de espécies distribuídas em regiões de clima equatorial, como B. atrox, B. asper, B. brazili e B. marajoenesis, tendem a apresentar o pico de espermatogênese principalmente na estação chuvosa. Por outro lado, B. jararacussu (espécie distribuída na região tropical e subtropical) apresenta alta freqüência de espermatogênese na estação seca e assincronia entre a espermiação e o nível máximo da hipertrofia do SSR (aumento de grânulos ricos em carboidratos neutros e ácidos). O crescimento dos folículos ovarianos em B. jararacussu e B. atrox ocorre no final da estação chuvosa ou no início da estação seca. Apenas B. asper apresenta vitelogênese ocorrendo principalmente durante a estação chuvosa. Considerando o período de vitelogênese secundária, as fêmeas de B. asper, B. atrox e B. jararacussu apresentam hipertrofia das glândulas do infundíbulo posterior e do útero, a qual regride durante a vitelogênese primária e prenhez. Essas variações morfológicas do oviduto podem estar diretamente associadas a estocagem e sobrevivência dos espermatozoides. Dentre as espécies do gênero Bothrops, B. jararacussu apresenta o maior índice de dimorfismo sexual (0,6), com fêmeas significativamente maiores que os machos.

The extensive geographic distribution presented by the species groups Bothrops asper, B. atrox and B. jararacussu, may suggest that different environmental rhythms could be responsible for shaping different reproductive strategies for the species within these groups. Species of Crotalinae living in cold or temperate regions have strictly seasonal reproductive cycles, with cycles beginning in the hottest periods of the year. Although several studies have already described the reproductive strategies of different species of Bothrops, none of them was focused on the clade composed by the B. asper, B. atrox and B. jararacussu species groups. Here we describe aspects of the reproductive biology, such as vitellogenesis, spermatogenesis, the hypertrophy of the sexual segment of the kidney (SSK) and the presence and degree of sexual dimorphism for the following five species: B. atrox, B. asper, B. jararacussu, B. brazili and B. marajoenesis. Our analyses indicate that males of species distributed on regions with an equatorial climate, as B. atrox, B. asper, B. brazili and B. marajoenesis, tend to present the peak of spermatogenesis mainly in the rainy season. On the other hand, B. jararacussua species distributed on tropical and subtropical regionshows a high frequency of spermatogenesis in the dry season, and an asynchrony between spermiation and the maximum level of the hypertrophy of the SSK (increase of granules rich in neutral and acidic carbohydrates). The growth of the ovarian follicles in B. jararacussu and B. atrox occurs at the end of the rainy season or early in the dry season. Only B. asper presents vitellogenesis mainly occurring during the rainy season. Considering the period of secondary vitellogenesis, females of B. asper, B. atrox, and B. jararacussu present hypertrophy of the posterior infundibulum glands and the uterus glands, which regress during primary vitellogenesis and pregnancy. These morphological variations of the oviduct are supposed to be directly associated with the storage and survival of spermatozoa. Among all species of Bothrops, B. jararacussu presents the highest sexual dimorphism index (0.6), with females significantly larger than males.