Regression of dark color in subterranean fishes involves multiple mechanisms: response to hormones and neurotransmitters

Organisms with source-populations restricted to the subterranean biotope (troglobites) are excellent models for comparative evolutionary studies, due to their specialization to permanent absence of light. Eye and dark pigment regression are characteristics of most troglobites. In spite of the advance in knowledge on the mechanisms behind eye regression in cave fishes, very little is known about pigmentation changes. Studies were focused on three species of the genus Pimelodella. Exemplars of the troglobitic P. spelaea and P. kronei were compared with the epigean (surface) P. transitoria, putative sister-species of the latter. Melanophore areas and densities are significantly lower in the troglobitic species. Evaluating the in vitro response of these cells to adrenaline, acetylcholine and MCH, we observed a reduced response in both troglobites to adrenaline. The same trend was observed with MCH, but not statistically significant. No response to acetilcholine was detected in all the three. Contrary to expectations, even though eye-regression in P. spelaea was much lower than in P. kronei, pigmentation regression was more advanced. Multiple mechanisms of loss showing a mosaic of traits in troglobitic fishes are discussed here.(AU)

Organismos com populações-fonte restritas ao biótopo subterrâneo (troglóbios) são excelentes modelos para estudos evolutivos comparativos, devido à especialização resultante do isolamento sob um regime seletivo particular, com ênfase na permanente falta de luz. A regressão do olho e da pigmentação são características dos troglobites. Apesar do avanço do conhecimento sobre os mecanismos subjacentes à regressão ocular em peixes de caverna, pouco se sabe sobre mudanças de pigmentação. Os estudos foram focados em três espécies do gênero Pimelodella. Exemplares das espécies troglóbias P. spelaea e P. kronei foram comparados com a epígea P. transitoria, provável espécie-irmã dessa última. As áreas e densidades dos melanóforos são significativamente menores nas espécies troglóbias. Avaliando a resposta in vitro dessas células à adrenalina, acetilcolina e MCH, observamos uma resposta reduzida em ambos os troglóbios à adrenalina. A mesma tendência foi observado com o MCH, mas não estatisticamente. Nenhuma resposta à acetilcolina foi detectada três. Contrariamente às expectativas, embora a regressão ocular em P. spelaea seja bem menor do que em P. kronei, a regressão na pigmentação foi mais acentuada. Múltiplos mecanismos de regressão, mostrando um mosaico de características em peixes troglóbios, são discutidos aqui.(AU)

Mechanisms of pigmentation loss in subterranean fishes

Troglobitic (exclusively subterranean) organisms usually present, among their apomorphies related to the subterranean life (troglomorphisms), the regression of eyes and melanic pigmentation. The degree of regression varies among species, from a slight reduction to the complete loss of eyes and dark pigmentation, without a taxonomic correlation. While mechanisms of eye reduction have been intensively investigated in some troglobites such as the Mexican blind tetra characins, genus Astyanax, and the European salamander, Proteus anguinus, few studies have focused on pigmentation. The Brazilian subterranean ichthyofauna distinguishes not only by the species richness (23 troglobitic fishes so far known) but also by the variation in the degree of reduction of eyes and pigmentation. This study focused on Brazilian fishes completely devoid of melanic pigmentation: the characiform Stygichthys typhlops (Characidae) and the siluriforms Ancistrus formoso (Loricariidae), Rhamdiopsis sp.1 (Heptapteridae; from caves in the Chapada Diamantina, Bahia) and Rhamdiopsis sp. 2 (cave in Campo Formoso, Bahia). In order to investigate if such depigmentation is the result of blockage in some step in the melanogenesis, in vitro tests of administration of L-DOPA were done, using caudal-fin fragments extracted from living fish. Except for Rhamdiopsis sp. 2, all the studied species were DOPA(+), i.e., melanin was synthesized after L-DOPA administration. This indicates these fish do have melanophores but they are unable to convert L-tyrosine to L-DOPA. On the other hand, Rhamdiopsis sp. 2, like the albino specimens of Trichomycterus itacarambiensis previously studied (which correspond to one third of the population), are DOPA(-), either because the block of melanin synthesis occurs downstream in melanogenesis, which is probably the case with T. itacarambiensis (monogenic system in view of the phenotypic discontinuity), or because the so-called albinos do no possess...

Organismos exclusivamente subterrâneos (troglóbios) usualmente exibem, entre as apomorfias relacionadas à evolução em isolamento nesse ambiente (troglomorfismos), a redução, até perda total, das estruturas visuais e da pigmentação melânica. Os mecanismos de regressão ocular em troglóbios têm sido intensivamente estudados, sobretudo em peixes como os lambaris cegos mexicanos do gênero Astyanax, e salamandras como Proteus anguinus. Por outro lado, poucos são os trabalhos abordando a perda da pigmentação nesses organismos. A ictiofauna subterrânea brasileira destaca-se não só pela riqueza de espécies (23 conhecidas até o momento) como também pelas diferenças no seu grau de troglomorfismo, sem uma correlação taxonômica. O presente estudo abordou as espécies brasileiras totalmente desprovidas de qualquer traço de pigmentação melânica: o caraciforme Stygichthys typhlops (Characidae) e os siluriformes Ancistrus formoso (Loricariidae), Rhamdiopsis sp.1 (Heptapteridae; cavernas da Chapada Diamantina, Bahia) e Rhamdiopsis sp. 2 (caverna de Campo Formoso, Bahia). Com a finalidade de investigar se essa despigmentação é resultado de bloqueio em algum passo da cadeia de síntese de melanina, foram feitos testes in vitro, utilizando-se fragmentos da nadadeira caudal extraídos de exemplares mantidos vivos, de reação à administração de L-DOPA. Com exceção dos de Rhamdiopsis sp. 2, os exemplares estudados revelaram-se DOPA(+), i.e., houve produção de melanina após a administração de L-DOPA, o que indica que sua despigmentação é devida a uma disfunção da tirosinase, enzima responsável pela transformação de tirosina em L-DOPA nos melanóforos, os quais, portanto, ainda existem nesses peixes. Já os exemplares Rhamdiopsis sp. 2, assim como o terço conspicuamente despigmentado da população de Trichomycterus itacarambiensis, espécie estudada anteriormente sob esse aspecto, são DOPA(-), seja porque o bloqueio na síntese de melanina ocorre em um passo a jusante...