Photoperiod in aquaculture of the sea urchin Arbacia dufresnii (Echinodermata: Echinoidea): Effects on gamete production and maturity / Fotoperiodo en la acuicultura del erizo de mar Arbacia dufresnii (Echinodermata: Echinoidea): El efecto en la producción y madurez de gametas

Introduction: Photoperiod is, together with temperature and food availability, one of the main stimuli in the regulation of gametogenesis in a wide variety of species. Objective: To evaluate the effect of photoperiod on the production of mature gametes in cultured Arbacia dufresnii. Methods: An experiment was carried out with three varying light-dark regimes/treatments: constant light (24 h light), neutral photoperiod (12 h light, 12 h darkness), and constant darkness (24 h darkness). Twenty females were used in each treatment. All were induced to spawn and, ten randomly selected females from each treatment were induced to spawn again after 30 days. After 60 days, spawning was induced in the remaining females. The gametes were collected in filtered seawater, fixed in Davidson solution, quantified and measured per individual in triplicate in a Sedgewick-Rafter chamber. To determine maturation, fertilization success was evaluated 30 minutes after fertilization. Results: Our results showed that in the aquaculture system, after only two months, mature gametes were obtained, and in the neutral light regime there were 10 times more gametes than the number produced in wild sea urchins during the spawning period in question. We also found that with a greater exposure to light, a lower number of mature gametes was produced. Conclusions: This study suggests the viability of the production of mature gametes in a short period of time as regards Arbacia dufresnii.

Introducción: El fotoperiodo es, junto con la temperatura y la disponibilidad de alimentos, uno de los principales estímulos para el desarrollo de la gametogénesis en una amplia variedad de especies. Objetivo: Evaluar el efecto del fotoperiodo en la producción de gametas maduras de Arbacia dufresnii en un sistema de recirculación cerrado para determinar el mejor fotoperiodo para una acuicultura novedosa, enfocada en la producción de gametas con alta concentración de pigmentos para usos biotecnológicos. Métodos: Se realizó un experimento con tres regímenes/tratamientos diferentes de luz y oscuridad: luz constante (luz durante 24 h), fotoperiodo neutro (12 h de luz, 12 h de oscuridad) y oscuridad constante (oscuridad durante 24 h). Se utilizaron veinte hembras en cada tratamiento. Se indujo a todas las hembras a desovar al comienzo del experimento. Después de 30 días, diez hembras seleccionadas al azar de cada tratamiento fueron inducidas a desovar nuevamente. Al final del experimento, después de 60 días, se indujo el desove a las hembras restantes en cada tratamiento. Las gametas se recolectaron en agua de mar filtrada, se fijaron en solución de Davidson, se cuantificaron y midieron por triplicado en una cámara Sedgewick-Rafter. Para determinar la maduración, se evaluó el éxito de la fecundación después de 30 minutos de fertilización, calculando el porcentaje de huevos fertilizados. Resultados: Nuestros resultados muestran que, en el sistema acuícola, en solo dos meses se obtuvieron gametas maduras y casi 10 veces más la cantidad producida por los erizos de mar en su ambiente natural usando el fotoperiodo neutro (12 h luz:12 h oscuridad). También encontramos que la mayor exposición a la luz produce la menor cantidad de gametas maduras. Conclusión: Este estudio sugiere la viabilidad de la producción de gametos maduros en un corto período de tiempo en Arbacia dufresnii.

Efecto de la temperatura sobre la morfología y reproducción en el erizo de mar Arbacia dufresnii (Echinodermata: Echinoidea) / Effect of temperature on morphology and reproduction of sea urchin, Arbacia dufresnii (Echinodermata: Echinoidea)

Introducción: El aumento de los valores del CO2 atmosférico y el consecuente calentamiento del agua de mar constituyen factores de estrés para los ecosistemas marinos, renovando el interés en la fisiología de los equinoideos. El equinoideo Arbacia dufresnii es una especie ampliamente estudiada y con amplia distribución en los golfos norpatagónicos. Objetivo: Evaluar el efecto de temperatura del agua de mar sobre su morfología y reproducción. Métodos: Individuos de A. dufresnii fueron expuestos durante 10 semanas (Abril-Junio 2016) a tres tratamientos de temperatura (13 °C control, 15 °C y 17 °C) de acuerdo con las condiciones actuales del agua de mar y los valores esperados para el próximo siglo, según diferentes escenarios estimados. Al finalizar el experimento, diámetro y peso del individuo así como los pesos de los órganos internos fueron estadística e histológicamente analizados. Resultados: Se observó una mayor mortalidad en los individuos expuestos a las mayores temperaturas lo que podría deberse a un estrés en el individuo. Para el tratamiento control y el de 17 °C no se observaron cambios en los pesos secos de gónadas e intestino. En cambio, los individuos expuestos a 15 °C presentaron un aumento en el diámetro del caparazón y en el peso seco de gónadas e intestino. Los estadios gonadales aesta temperatura (15 °C) para machos fueron similares al ambiente a diferencia de las hembras que se observaron estadios más avanzados. Conclusiones: Esto indicaría que 15 °C podría ser la temperatura óptima para la asimilación del alimento y obtención de energía. A esta temperatura se observan cambios a corto plazo en los órganos de metabolismo rápido pero no en los órganos calcificados (caparazón y linterna de Aristóteles).

Introduction: The increase in atmospheric CO2 values and the consequent warming of seawater constitute stressors for marine ecosystems, renovating interest in echinoid physiology. The echinoid Arbacia dufresnii is a widely studied species with a wide distribution in the North Patagonian gulfs. Objective: Evaluate the effect of seawater temperature on its morphology and reproduction. Methods: Individuals were exposed for 10 weeks (April-June 2016) to three temperature treatments (13 °C control, 15 °C and 17 °C) according to the current conditions of seawater and the expected values for the next century. At the end of the experiment, diameter and weight of the whole individual and of its internal organs were statistically and histologically analyzed. Results: Individuals exposed to higher temperatures died in greater numbers. The control, and the 17 °C treatment, had no changes in dry gonad and intestine weights. However, the 15 °C group had wider diameter of test and a higher dry weight of gonads and intestine. At this temperature, the gonadal stages for males were similar to the environment, but females had more advanced stages. Conclusions: Temperature of 15°C could be optimal for assimilating food and obtaining energy. Gonads and intestine would be showing changes in the short term, unlike the calcified organs (test and Aristotle's lantern).

How can an infaunal brooding echinoid be maintained in the laboratory? A case study with Cassidulus mitis (Echinoidea: Cassiduloida)

Introduction: Cassiduloids play a prominent role in echinoid evolutionary history because they probably are the ancestral group of clypeasteroids. Some extant species are brooding and rare in the environment. Consequently, there are no studies on their maintenance in the laboratory. Objective: Establish an efficient aquarium system for C. mitis, endemic to Brazil, for ontogenetic studies. Methods: Four aquarium systems were built, with 3 replicates each one: (1) with seawater flow [F]; (2) with seawater flow and air injection into sediment [FA]; (3) without seawater flow but with air injection into the sediment [A]; and (4) without both seawater flow and air injection into the sediment [C]. Each experimental aquarium (three per treatment) had two adults. Each of the two sets of experiments lasted about 60 days. Results: We observed low mortality in the first 30 days in all systems and, after 30 days, it was higher in those with air-pumped into the sediment (system A in the first set of experiments, and system FA in the second one). Conclusions: For experiments lasting 30 days, our four systems are suitable. For longer periods, we recommend aquaria with seawater flow and without air-pumps into the sediment.

Introducción: Los casiduloides desempeñan un papel destacado en la historia evolutiva de los equinoides porque probablemente son el grupo ancestral de clipeasteroides. Algunas especies existentes son inquietantes y raras en el medio ambiente. En consecuencia, no existen estudios sobre su mantenimiento en laboratorio. Objetivo: Establecer un sistema de acuario eficiente para C. mitis, endémica de Brasil, para estudios ontogenéticos. Métodos: Se construyeron cuatro sistemas de acuarios, con 3 réplicas cada uno: (1) con flujo de agua de mar [F]; (2) con flujo de agua de mar e inyección de aire en el sedimento [FA]; (3) sin flujo de agua de mar pero con inyección de aire en el sedimento [A]; y (4) sin flujo de agua de mar ni inyección de aire en el sedimento [C]. Cada acuario experimental (tres por tratamiento) tenía dos adultos. Cada uno de los dos conjuntos de experimentos duró aproximadamente 60 días. Resultados: Observamos una baja mortalidad en los primeros 30 días en todos los sistemas y, después de 30 días, fue mayor en aquellos con aire bombeado al sedimento (sistema A en el primer conjunto de experimentos y sistema FA en el segundo). Conclusiones: Para experimentos de 30 días, nuestros cuatro sistemas son adecuados. Para períodos más largos, recomendamos acuarios con flujo de agua de mar y sin bombas de aire en el sedimento.

Distribution patterns of ectosymbiont crabs and their sand dollar hosts in a subtropical estuarine sandflat / Patrones de distribución de cangrejos ectossimbiontes y sus equinoideos anfitriones en un banco arenoso de un estuario subtropical

Abstract Encope emarginata (Leske, 1778) are frequently observed aggregated in the sediment and variations in its spatial patterns of distribution may be a function of changes on local hydrodynamic regime. Tiny crabs, Dissodactylus crinitichelis Moreira, 1901 living associate with these irregular echinoids. It is unclear whether the presence of crabs can affect the fitness of hosts and if this effect may be dependent on the abundance of crabs that a sand dollar is capable of hosting. If we consider that sand dollars act as substrate for symbionts then, they are subject to intraspecific competition for space. Based on this assumption, we hypothesize that the abundance of crabs will be positively correlated with sand dollar size. Two sampling campaigns were made, one in September - 2011 and other in May - 2012. Sand dollars were counted and measured in situ at the tidal flat in front of Cobras' Island (25° 29' 5" S - 48° 25' 48" W) in the Paranaguá Bay - Southern, Brazil. Four parallel transects were distributed between depths of 0.5 to 2 m and the number of individuals were counted in a sample area of 4 m². In another moment, 164 sand dollars and their symbionts were measured. We observed 906 specimens of E. emarginata (558 in Sep / 11 and 348 in May / 12). Sand dollar densities range from zero to 20 ind. 4 m-², and had an aggregate distribution pattern with patches of different densities within transects and periods (F2, 15 = 9.466, p < 0.01). Patches were observed near to the coast in Sep / 11 compared with May / 12. The symbionts D. crinitichelis present a more variable distribution pattern if compared with sand dollars. In Sep / 11, crabs were clumped distributed as well as sand dollars. On the other hand, in May / 12 D. crinitichelis was random distributed, displaying a distinct pattern than those observed for E. emarginata hosts. No relationship between size of E. emarginata and the number symbionts was observed (Longitudinal axes: r = - 0.021, p < 0.05; Transverse axes: r = - 0.017, p > 0.05), refuting the hypothesis that space is a limiting resource for the crabs. On the contrary, distribution patterns of D. crinitichelis were seemingly influenced by the distribution of their host population, rather than by one single host specimen. This suggests that other factors (e.g., the spatial distribution and connectivity between patches within a population of sand dollars) may be more important for the population dynamics of D. crinitichelis than competition for space per se. Rev. Biol. Trop. 63 (Suppl. 2): 209-220. Epub 2015 June 01.

Resumen Encope emarginata se agrupa con frecuencia y las variaciones observadas en los sedimentos y en sus patrones espaciales de distribución pueden ser en función de los cambios en el régimen hidrodinámico local. Asociados con estos equinoideos irregulares viven pequeños cangrejos Dissodactylus crinitichelis. Si se considera que los equinoideos actúan como sustrato para sus simbiontes, estos están sujetos a competición intraespecífica por espacio. Basándose en esta suposición, fue creada la hipótesis de que la abundancia de cangrejos y el tamaño del equinoideo se correlacionan positivamente. Se hicieron dos muestreos, uno en septiembre de 2011 y otro en mayo de 2012. Los equinoideos fueron contados y medidos in situ, en la llanura de marea frente a Isla de las Cobras (25° 29' 5" S - 48° 25' 48" W) en la Bahía de Paranaguá - Sur, Brasil. Fueron distribuidos cuatro transectos en paralelo a la playa entre profundidades de 0,5 a 2m, y el número de organismos se contaron en un área de 4 m-2. Después, 164 equinoideos se midieron aleatoriamente (ejes longitudinales y transversales en la vista oral) y la cantidad de simbiontes por anfitrión fue contada. Observamos 906 especímenes de E. emarginata (558 en septiembre / 11 y 348 en mayo / 12), las densidades de equinoideos van de cero a 20 ind.4m-2. Los equinoideos siguieron un patrón de distribución agrupado con manchas de diferentes densidades dentro de los transectos y puntos (F2, 15 = 9.466, p < 0.01). En septiembre / 11 fueron observadas manchas más cerca de la costa en comparación con mayo / 12. El simbionte D. crinitichelis muestra un patrón de distribución más variable cuando se compara con sus anfitriones. En septiembre / 11 los cangrejos eran agrupados, así como los equinoideos. Mientras en mayo / 12 D. crinitichelis se distribuyeron al azar, mostrando un patrón distinto de que los observados para E. emarginata. No se observó relación entre el tamaño de E. emarginata y el número de simbiontes (eje longitudinal: r = - 0.021, p < 0.05; eje transversal: r = - 0.017, p > 0.05), rechazando la hipótesis de que espacio es un recurso limitante para los cangrejos. Al contrario, los patrones de distribución de D. crinitichelis fueron aparentemente influenciados por la distribución de la población de los anfitriones, en lugar de por un solo espécimen. Esto sugiere que otros factores (por ejemplo, la distribución espacial y la conectividad entre manchas en las poblaciones de equinoideos) pueden ser más importantes para la dinámica poblacional de D. crinitichelis de que la competición por espacio en sí.