Histological characteristics of gills and dorsal skin in ambystoma leorae and ambystoma rivulare: morphological changes for living at high altitude / Características histológicas de la piel del dorso y las branquias en ambystoma leorae y ambystoma rivulare: cambios morfológicos para vivir a gran altitud

SUMMARY: Vertebrates exhibit structural changes in their cardiovascular and gas exchange systems in response to hypoxic conditions in high altitude environments. In highland neotenic mole salamanders, as other amphibians, the majority of gases exchange is carried out for skin and gills. But, in high altitude environments, the available oxygen is lower than it is in the air thus, the scarcity of oxygen limits the survival of organisms. Many studies on this subject have focused on understanding the hematological mechanisms that amphibians exhibit in response to hypoxia. However, little is known about possible morphological changes in respiratory structures that may permit increased gas exchange during respiration in high altitude amphibians like Ambystoma leorae and A. rivulare, two threatened Mexican salamander species. The aim of the present study was to describe and compare the histological characteristics of the gills and dorsal skin of A. leorae and A. rivulare from populations at low and high altitudes. We found that, in comparison to lowland organisms, highland ones exhibited more pronounced skin folds, greater numbers of secondary branches in the gills, thinner dorsal and gill epidermises, and greater quantity of melanin surrounding the gill blood vessels. These differences permit a greater capacity for gas exchange and also increase thermoregulatory capacity in high altitude environments.

RESUMEN: Los anfibios que viven en ambientes de altitud se enfrentan a factores abióticos que limitan la vida, tales como la disminución de la presión barométrica con la consecuente disminución de la presión parcial de oxígeno (O2). Conocer los mecanismos que optimizan la obtención del O2 en estos animales es de gran importancia para entender las diferencias en la sensibilidad a la hipoxia de las diferentes especies. Ambystoma rivulare y A. leorae son anfibios endémicos del Estado de México que viven en ambientes de alta altitud por lo que se cree presentan estrategias fenotípicas para asimilar eficazmente el O2 y poder subsistir en los ambientes de altitud. El objetivo de este trabajo fue analizar las características histológicas de branquias y piel cefálica (que son las principales estructuras que se encargan del intercambio gaseoso) provenientes de tres poblaciones con diferente altitud. Nuestros resultados muestran que los organismos que habitan a mayor altitud tienden a aumentar la superficie de intercambio gaseoso, como es el caso de pliegues epidérmicos y ramas branquiales secundarias. Las diferencias histológicas de branquias y piel cefálica tanto interespecíficas como intraespecíficas respecto a la altitud parecen apoyar la idea de que los organismos modifican sus estructuras para contrarrestar las limitantes de la vida en ambientes de altitud.

Seed bank and established vegetation in the last remnants of the Mexican Central Plateau wetlands: the Lerma marshes

Banco de semillas y vegetación establecida en los últimos remanentes de los humedales de la Meseta Central Mexicana: las ciénagas de Lerma. Seed banks play a central role in vegetation dynamics of many wetlands. Therefore, knowledge of seed reservoirs in the soils of aquatic communities should provide useful tools for conservation and restoration efforts. This study was conducted in the Lerma marshes, one of the last remnants of the vast wetlands that were once in the Mexican Central Plateau. The main objective was to determine the composition and abundance of seed bank and its relationship with established vegetation of the three Lerma marshes. In each marsh, we systematically selected 18 to 40 sampling sites. In each site, the composition of vascular plant vegetation was evaluated in two 10m lines perpendicular to the shore. Every 0.5m, we determined the coverage of species by measuring the intercepted length for each plant or group of plants. At each sampling site where we had evaluated the established vegetation, we collected a sample of the top 10cm of sediment; the soil cores were divided into an upper layer (0-5cm) and a lower layer (5-10cm). These samples were used to evaluate the seed bank by the seedling emergence method. All samples were placed in a greenhouse at 20-25ºC and remained flooded for 15 weeks. Fortynine species were recorded in the vegetation. Chiconahuapan had the richest and most diverse flora and the greatest number of perennial species. A life-forms analysis showed that perennial herbs, especially rooted-emergent hydrophytes, dominated in the three wetlands. Sixty-one species were identified in the total seed bank; Chimaliapan had the most diverse total seed bank, whereas the mean seedling density was higher in Chignahuapan. Only two species of the total seed bank of each marsh had a density greater than 10% of the total, and more than half were uncommon. The upper layer of sediment (0-5cm) contained two times more seeds/m² and species per sample than the lower layer (5-10cm), and there was a significant decrease of seed density with depth. The detrended correspondence analysis produced a clear separation between the composition of the seed banks and established vegetation. In general, in each marsh there was less species diversity in the established vegetation than in the seed bank. Dominance by a few species in the seed bank, the presence of opportunistic species, and the low representation of established species in the seed bank suggest wetland degradation and a low probability of regenerating the natural communities from the seed bank. To ensure the permanence of these marshes, their biodiversity, and therefore the environmental services they provide, up to date planning is a must, and efforts to control and monitor hydrology, water quality, and the influence of human activities are suggested.

Los bancos de semillas desempeñan un papel central en la dinámica de la vegetación de muchos humedales. Por lo tanto, el conocimiento de los depósitos de semillas en los suelos de las comunidades acuáticas debe proporcionar herramientas útiles para los esfuerzos de conservación y restauración. Este estudio se llevó a cabo en las ciénegas de Lerma, uno de los últimos vestigios de las grandes zonas inundadas que antes cubrían la Meseta Central Mexicana. El objetivo principal fue determinar la composición y abundancia de los bancos de semillas y su relación con la vegetación establecida en las tres ciénegas de Lerma. En cada humedal se seleccionaron sistemáticamente de 18 a 40 sitios de muestreo. En cada sitio se colocaron dos líneas de 10m perpendiculares a la orilla sobre las que se evaluó la composición y cobertura de plantas vasculares a intervalos de 0.5m. En los sitios de muestreo donde se evaluó la vegetación establecida, se recolectó una muestra de los 10cm superiores de sedimento y se separó en una capa superior (0 a 5cm) y otra inferior (5-10cm). Estas muestras se utilizaron para evaluar el banco de semillas por el método de emergencia de plántulas. Todas las muestras se colocaron en un invernadero a 20-25ºC y se mantuvieron inundadas durante 15 semanas. Cuarenta y nueve especies se registraron en la vegetación. Chiconahuapan presentó la flora más rica y diversas, así como el mayor número de especies perennes. El análisis de las formas de vida mostró que las hierbas perennes y especialmente las hidrófitas arraigada emergente dominaron en los tres humedales. Sesenta y un especies se identificaron en el banco de semillas total, Chimaliapan presentó el banco de semillas total más diverso, mientras que la densidad promedio de plántulas fue mayor en Chignahuapan. Sólo dos especies de todo el banco de semillas de cada ciénega presentaron una densidad mayor del 10% del total y más de la mitad de las especies fueron poco frecuentes. La capa superior de sedimentos (0-5cm) exhibió dos veces más semillas/m² y especies por muestra que la capa inferior (5-10cm), se observó una disminución significativa de la densidad de semillas con la profundidad. El análisis de correspondencia sin tendencia produjo una separación clara entre la composición de los bancos de semillas y la de la vegetación establecida. En general, en cada ciénega hay menos diversidad de especies en la vegetación establecida que en el banco de semillas. El dominio de pocas especies en el banco de semillas, la presencia de especies oportunistas y la escasa representación de las plantas establecidas en el banco de semillas sugiere degradación de los humedales y una baja probabilidad de regeneración de las comunidades naturales desde el banco de semillas. Para garantizar la permanencia de estos sistemas, su biodiversidad y por tanto los servicios ambientales que ofrecen, se requiere de esfuerzos para controlar y supervisar la hidrología y la influencia de las actividades humanas.