Recent molecular techniques to strengthen ecological studies in echinoderms

Abstract Introduction: Echinoderms, an integral component of marine ecosystems worldwide, have captivated scientific interest for centuries. Despite this longstanding attention, comprehending key facets such as trophic relationships, diet composition, and host-microbiota relationships still represents a challenge using traditional techniques. Recent years, however, have witnessed a transformative shift, thanks to the emergence of advanced molecular techniques, offering new approaches to strengthen ecological studies in echinoderms. Objective: Explore how recent advancements in molecular tools have impacted ecological research on echinoderms. Specifically, we aim to investigate the potential of these tools to shed light on trophic interactions, diet composition, and the characterization of gut microbial communities in these organisms. Methods: Available literature was used to clarify how novel molecular techniques can improve ecological studies. The focus is diet, trophic relationships, and gut microbiota. Results: Traditionally, studies of stomach contents using compound microscopy have provided an idea of ingested material; nevertheless, sometimes a simple magnified visualization of dietary content does not allow exhaustive identification of the entire food spectrum, as it is limited due to the rapid digestion and maceration of food items within the echinoderm's digestive tract. The use of DNA-metabarcoding, targeting specific DNA regions, such as the mitochondrial COI gene, has allowed us to enhance the accuracy and precision of diet characterization by enabling the identification of prey items down to the species or even genetic variant level, providing valuable insights into specific dietary preferences. Another approach is the use of stable isotopes, particularly carbon and nitrogen, which provide a powerful tool to trace the origin and flow of nutrients through food webs. By analyzing the isotopic signatures in muscular tissues and food items, we can discern the sources of their primary food items and gain insights into their trophic position within the ecosystem. Lastly, a third new technique used to elucidate the characterization of the prokaryotic community is 16S rRNA sequencing. This method allows us to explore the composition and dynamics of the digestive tract microbial communities. Conclusions: This is a promising era for ecological research on echinoderms, where advances of molecular tools have enabled an unprecedented level of detail, resolving longstanding challenges in comprehending their trophic interactions, diet composition, and host-microbiota relationships, and opening new avenues of investigation in ecological studies.

Resumen Introducción: Los equinodermos, un componente integral de los ecosistemas marinos en todo el mundo, han captado el interés científico durante siglos. A pesar de esta prolongada atención, el comprender facetas clave como las relaciones tróficas, la composición de la dieta y las relaciones huésped-microbiota todavía representa un desafío utilizando técnicas tradicionales. Sin embargo, los últimos años han sido testigos de un cambio transformador, gracias a la aparición de técnicas moleculares avanzadas, que ofrecen nuevos enfoques para fortalecer los estudios ecológicos en equinodermos. Objetivo: Explorar cómo los avances recientes en herramientas moleculares han impactado la investigación ecológica sobre equinodermos. Específicamente, nuestro objetivo es investigar el potencial de estas herramientas para arrojar luz sobre las interacciones tróficas, la composición de la dieta y la caracterización de las comunidades microbianas intestinales en estos organismos. Métodos: Se utilizó la literatura disponible para aclarar cómo las nuevas técnicas moleculares pueden mejorar los estudios ecológicos. La atención se centra en la dieta, las relaciones tróficas y la microbiota intestinal. Resultados: Tradicionalmente, los estudios del contenido estomacal mediante microscopía compuesta han proporcionado una idea del material ingerido; Sin embargo, a veces una simple visualización ampliada del contenido dietético no permite una identificación exhaustiva de todo el espectro alimentario, ya que está limitado debido a la rápida digestión y maceración de los alimentos dentro del tracto digestivo del equinodermo. El uso de metabarcoding de ADN, dirigidos a regiones específicas del ADN, como el gen COI mitocondrial, nos ha permitido mejorar la exactitud y precisión de la caracterización de la dieta al permitir la identificación de presas hasta el nivel de especie o incluso de variante genética, lo que proporciona valiosos resultados sobre preferencias dietéticas específicas. Otro enfoque es el uso de isótopos estables, en particular carbono y nitrógeno, que proporcionan una poderosa herramienta para rastrear el origen y el flujo de nutrientes a través de las redes alimentarias. Al analizar las firmas isotópicas en los tejidos musculares y los alimentos, podemos discernir las fuentes de sus alimentos primarios y obtener información sobre su posición trófica dentro del ecosistema. Por último, una tercera técnica nueva utilizada para dilucidar la caracterización de la comunidad procariótica es la secuenciación del ARNr 16S. Este método nos permite explorar la composición y dinámica de las comunidades microbianas del tracto digestivo. Conclusiones: Esta es una era prometedora para la investigación ecológica sobre equinodermos, donde los avances de las herramientas moleculares han permitido un nivel de detalle sin precedentes, resolviendo desafíos de larga data en la comprensión de sus interacciones tróficas, composición de la dieta y relaciones huésped-microbiota, y abriendo nuevas vías de investigación. en estudios ecológicos.

Aprendizaje creativo en estudiantes de Medicina desde la Genética Médica

Fundamento: En la carrera de Medicina es necesario formar profesionales con pensamiento creativo que permita la solución de problemas vinculados con el ejercicio de su profesión. La Genética Médica aporta la posibilidad de reflexionar y crear soluciones creativas. Objetivo: Proponer actividades que posibiliten el aprendizaje creativo en estudiantes de Medicina desde la Genética Médica. Metodología: Se emplearon métodos teóricos, empíricos y matemático-estadístico, con una muestra de 34 estudiantes y 3 profesores que imparten la asignatura. Resultados: Los docentes reconocen que, a pesar de hacer intentos para alcanzar el aprendizaje creativo, desconocen algunas vías y manifiestan no contar con el tiempo suficiente para su logro. El accionar didáctico no favorece el conocimiento, aplicación y disposición de estudiantes para un aprendizaje creativo. Se propusieron actividades sustentadas en procederes en Genética Médica, como parte de la estrategia didáctica de los docentes, asimismo contribuir al perfeccionamiento del aprendizaje creativo en los estudiantes. Las mismas centradas en métodos problémicos y el uso de recursos tecnológicos. Conclusiones: La formación de los médicos necesita expresar un aprendizaje creativo vinculado a un desempeño eficiente en la solución de problemas de la comunidad, lo cual se puede facilitar mediante la utilización de actividades en la asignatura Genética Médica.

Background: In the Medicine career it is necessary to form professionals with creative thoughts that allow the solution of problems linked to their professional practice. Medical Genetics provides the possibility to reflect and create creative solutions. Objective: To propose activities that allow creative learning in Medical students from the Medical Genetics perspective. Methodology: Theoretical, empirical and mathematical-statistical methods were applied, with a sample of 34 students and 3 teachers who teach the subject. Results: Teachers recognize that, despite making attempts to achieve creative learning, they are unaware of some ways and declare that they do not have enough time to achieve it. The didactic action does not favor the knowledge, application and disposition of students for creative learning. Activities supported by procedures in Medical Genetics were proposed as part of the didactic strategy of the teachers, likewise contribute to the improvement of creative learning in students. The same ones are focused on problem-solving methods and the use of technological resources. Conclusions: Physician education needs to express creative learning coupled with efficient performance in solving community problems, which may be facilitated through the use of activities in Medical Genetics Medical subject.

Understanding trophic relationships among Caribbean sea urchins

ResumenLas especies Echinometra lucunter, Echinometra viridis, Lytechinus variegatus, Tripneustes ventricosus, and Diadema antillarum son los erizos de mar más comunes en los hábitat litorales del Caribe. Los erizos de mar T. ventricosus y L. variegatus habitan generalmente los pastos marinos mientras que las otras tres especies se encuentran asociadas a sustratos rocosos. Los hábitos alimentarios de estas especies han sido bien documentados y son reconocidas como herbívoros - omnívoros; sin embargo, pocas de estas especies han sido caracterizadas isotópicamente. Utilizamos los isótopos estables para caracterizar estas cinco especies de erizos y establecer las posiciones tróficas para las especies que cohabitan los mismos ecosistemas. También cuantificamos la contribución de los recursos alimentarios para E. lucunter. Los erizos T. ventricosus y D. antillarum mostraron los mayores valores de δ15N y valores similares de δ13C que variaron desde -11.6 ± 0.63 a -10.4 ± 0.99 %; donde el erizo E. lucunter mostró los valores más negativos con -15.40 ± 0.76 %. Las comunidades de algas no mostraron diferencias en valores promedio de δ15N (F= 1.300, df= 3, p= 0.301), pero sí mostraron variaciones en los valores de δ13C (F= 7.410, df= 3, p= 0.001). Los estudios de amplitud de elipses de nicho determinaron que las especies de los biotopos rocosos (D. antillarum, E. lucunter y E. viridis) no mostraron solapamiento de nicho. Similar resultado también se encontró en las especies de erizos que habitan en los pastos marinos. Sin embargo, la distancia entre estas dos especies fue menor respecto a la distancia entre las especies de erizos que habitan en los sustratos rocosos. Nuestros resultados muestran que las especies que habitan en los pastos marinos mostraron valores más elevados de δ13C en comparación con las especies de los sustratos rocosos. No se encontraron diferencias espaciales para E. lucunter en δ15N, pero sí en δ13C. Los modelos de mezcla bayesianos demuestran la plasticidad alimentaria de E. lucunter, especie capaz de utilizar múltiples recursos algales dependiendo de la disponibilidad por sitio. Semejanzas en δ15N entre D. antillarum y T. ventricosus parecen indicar similitudes tróficas entre ambas especies. Si bien T. ventricosus es reconocido como omnívoro, D. antillarum siempre ha sido considerado un herbívoro generalista. Finalmente, la falta de solapamiento entre las especies en los dos biotopos parece indicar una estrategia de partición de recursos para evitar la competencia de nicho entre especies concurrentes.

AbstractThe species Echinometra lucunter, Echinometra viridis, Lytechinus variegatus, Tripneustes ventricosus, and Diadema antillarum are the most common sea urchins of littoral habitats in the Caribbean. T. ventricosus and L. variegatus are associated with seagrass beds, while the other three species usually inhabit hardground substrates. Food preferences of these species are well documented and they are commonly accepted as being primarily herbivorous-omnivorous; nevertheless, few of them have previously been characterized isotopically. We used this approach for assessing the isotopic characterization of five echinoids. We established the trophic position of two groups of co-occurring species and quantified the contribution of food resources in the diet of Echinometra lucunter, considered the most common sea urchin in the Caribbean region. The species T. ventricosus and D. antillarum showed the highest values of δ15N. Sea urchins exhibited similar values of δ13C varying from -11.6 ± 0.63 to -10.4 ± 0.99%. The echinoid E. lucunter displayed the lowest values of carbon, from -15.40 ± 0.76%. Significant differences among species were found for δ15N and δ13C. Seaweed communities exhibited no differences among sites for overall δ15N (F= 1.300, df= 3, p= 0.301), but we found spatial differences for δ13C (F= 7.410, df= 3, p= 0.001). The ellipse-based metrics of niche width analysis found that the hardground biotope species (D. antillarum, E. lucunter, and E. viridis) did not overlap each other. Similar results were obtained for the co-occurring species of the seagrass biotope; however, the distance between these species was closer than that of the hardground biotope species. The Bayesian mixing models run for E. lucunter at all four localities found differences in food resources contribution. The algae D. menstrualis, C. crassa and B. triquetrum dominated in CGD; whereas C. nitens, Gracilaria spp., and D. caribaea represented the main contributor algae to the diet of E. lucunter at LQY. In Culebra Island, no dominance of any particular algae was detected in TMD, where six of the eight species exhibited a similar contribution. Similarities in δ15N between D. antillarum and T. ventricosus may hint towards a similar trophic level for these species, although T. ventricosus is widely accepted as an omnivore, while D. antillarum is considered a generalist herbivore. The lack of overlap among species in the two biotopes seems to indicate a resource partitioning strategy to avoid niche competition among co-occurring species. Rev. Biol. Trop. 64 (2): 837-848. Epub 2016 June 01.