Discrimination of species and populations of the genus Cichla (Cichliformes: Cichlidae) in rivers of the Amazon basin using otolithic morphometry

ABSTRACT The genus Cichla is a highly diverse group, with 16 species already described. Externally, some species are very similar and discriminating between them may be very difficult. Nevertheless, discrimination of fish stocks is essential for management purposes. Morphometric analyses of otoliths have been successfully used to distinguish species and fish stocks, especially in marine environments. This study evaluated whether sagittal otolith shape can be used to discriminate among the species Cichla temensis, C. monoculus, and C. orinocensis, as well as within populations of C. temensis in rivers of the Amazon. Shape indices and Fourier coefficients were used to describe the shape of the otoliths. Among the groups of species, the morphology of the sagittal otolith of C. temensis was totally distinct from the species C. monoculus and C. orinocensis. While among populations of C. temensis, individuals from the Negro and Jatapú Rivers were different, regardless of the methods used. These results confirm the ability to differentiate species and populations by using the morphology of otoliths. However, more research is needed to verify the role of genetic versus environmental and biotic effects, and thus be able to explain the discrimination observed in otoliths.

RESUMO O gênero Cichla é bastante diverso, com 16 espécies descritas. Algumas espécies são externamente muito similares e sua discriminação pode ser bastante difícil. Ao mesmo tempo, a discriminação de estoques pesqueiros é essencial para propostas de manejo. Análises morfométricas em otólitos têm sido utilizadas com sucesso para a distinção de espécies e estoques pesqueiros, principalmente em ambientes marinhos. Este estudo avaliou se o formato do otólito sagittal pode ser utilizado para discriminar entre espécies Cichla temensis, C. monoculus e C. orinocensis, bem como dentro de populações de C. temensis em diferentes rios amazônicos. Índices de forma e coeficientes de Fourier foram utilizados para descrever a forma dos otólitos. Dentre as espécies, a morfologia do otólito sagittal do C. temensis mostrou ser totalmente distinta das espécies C. monoculus e C. orinocensis. Enquanto no grupo das populações de C. temensis, os indivíduos dos rios Negro e Jatapú mostraram-se diferentes independente dos métodos utilizados. Esses resultados confirmam a capacidade de diferenciação de espécies e populações através da morfologia dos otólitos. No entanto, são necessárias mais pesquisas para verificar o papel dos efeitos genéticos em comparação aos efeitos ambientais e bióticos para explicar a discriminação observada nos otólitos.

Prospecting molecular markers to distinguish Cichla kelberi, C. monoculus and C. piquiti / Prospecção de marcadores moleculares para distinção de Cichla kelberi, Cichla monoculus e Cichla piquiti

Peacock bass, a fish of the genus Cichla, is an exotic species from the upper river Paraná floodplain in which the species Cichla kelberi and C. piquiti have been confirmed, coupled to the specie C. monoculus upstream in the Capivara and Taquaruçu dams. The introduction of this genus has caused negative impacts on the diversity of native species. Current research prospects DNA sequences capable of distinguishing the three species and provide molecular data for the taxonomic characterization of the species in the upper Paraná River basin. Sequencing of nuclear (tmo4c4, dlx2 and bmp4) and mitochondrial (cox1, cytb) loci were done from fish of the three species of the genus Cichla reported in the literature of the upper Paraná River basin. Sequence analysis provided molecular differentiation for the species through the usage of loci cytb, dlx2 and cox1. Since the latter only distinguished C. piquiti from the other Cichla species, the loci bmp4 and tmo4c4 were not adequate to accomplish our aim.

O tucunaré é um peixe pertencente ao gênero Cichla, sendo exótico na planície de inundação do alto rio Paraná, onde foi confirmada a presença das espécies Cichla kelberi e C. piquiti e, logo a montante, C. monoculus, nas represas de Capivara e Taquaruçu. A introdução deste gênero tem ocasionado impacto negativo à diversidade de espécies nativas. Visando providenciar dados moleculares para auxiliar na caracterização taxonômica das espécies deste gênero na bacia do alto rio Paraná, os objetivos deste trabalho foram prospectar sequências de DNA capazes de distinguir as três espécies. Procedeu-se o sequenciamento de loci nucleares (tmo4c4, dlx2 e bmp4) e mitocondriais (cox1, cytb) de peixes das três espécies do gênero Cichla relatadas na literatura da bacia do alto rio Paraná. As análises das sequências possibilitaram a diferenciação molecular para estas espécies pela utilização dos loci cytb, dlx2 e cox1; este último, somente para distinguir C. piquiti das demais espécies de Cichla. A utilização dos loci bmp4 e tmo4c4 não foi adequada para este propósito.

Analysis of propagule pressure and genetic diversity in the invasibility of a freshwater apex predator: the peacock bass (genus Cichla)

An important step in invasive biology is to assess biological variables that could be used to predict invasion success. The study of genetics, evolution, and interactions of invasive and native species in invaded ranges provides a unique opportunity to study processes in population genetics and the capability of a species' range expansion. Here, we used information from microsatellite DNA markers to test if genetic variation relates to propagule pressure in the successful invasion of an apex predator (the Amazonian cichlid Cichla) into Southeastern Brazilian River systems. Invasive populations of Cichla have negatively impacted many freshwater communities in Southeastern Brazil since the 1960s. Reduction of genetic variation was observed in all invasive populations for both Cichla kelberi (CK) and Cichla piquiti (CP). For instance, heterozygosity was lower in the invasive range when compared to native populations from the Amazon basin (CP HE = 0.179/0.44; CK HE = 0.258/0.536 respectively). Therefore, despite the successful invasion of Cichla in southeast Brazil, low genetic diversity was observed in the introduced populations. We suggest that a combination of factors, such as Cichla's reproductive and feeding strategies, the "evolutionary trap" effect and the biotic resistance hypothesis, overcome their depauperete genetic diversity, being key aspects in this apex predator invasion. Uma importante etapa na biologia da invasão é acessar variáveis biológicas que podem predizer o sucesso de invasão. O estudo da genética, evolução e interações entre invasores e espécies nativas no ambiente invadido pode prover uma oportunidade única para o estudo dos processos em genética de populações e a capacidade de uma espécie ampliar seu habitat. Nesse trabalho, nos utilizamos dados de marcadores de DNA microssatélites para testar se a variação genética é relacionada a pressão de propágulo na invasão bem sucedida do predador de topo (o ciclídeo Amazônico Cichla) nos rios do Sudeste Brasileiro. Populações invasoras de Cichla vem impactando negativamente diversas comunidades de água doce no Sudeste brasileiro deste 1960. A redução da variação genética foi observada em todas populações invasoras, tanto para Cichla kelberi (CK) como Cichla piquiti (CP). Por exemplo, a heterozigose foi menor no ambiente invadido quando comparada com as populações nativas da bacia Amazônica (CP HE = 0.179/0.44; CK HE = 0.258/0.536 respectivamente). Assim, apesar do sucesso da invasão de Cichla no sudoeste do Brasil, baixa diversidade genética foi observada nas populações introduzidas. Nós sugerimos que uma combinação de fatores, como as estratégias reprodutivas de Cichla, o efeito de "armadilha evolutiva" e a hipótese de resistências biótica superam o efeito que a diversidade genética depauperada exerce, sendo aspectos-chave na invasão desse predador de topo de cadeia.

Yield per recruit of the peacock bass Cichla monoculus (Spix and Agassiz, 1831) caught in Lago Grande at Manacapuru (Amazonas – Brazil) / Rendimento por recruta do tucunaré Cichla monoculus capturado no Lago Grande de Manacapuru

We evaluated the stock of peacock bass Cichla monoculus caught by a small-scale fishing fleet in Lago Grande at Manacapuru. The database was constructed by monthly samplings of 200 fish between February 2007 and January 2008. We measured the total length (cm) and total weight (gr) of each fish. We employed previously estimated growth parameters to run a yield per recruit model and analyse scenarios changing the values of the age of the first catch (Tc), natural mortality (M), and fishing mortality (F). Our model indicated an occurrence of overfishing because the fishing effort applied to catch peacock in Lago Grande at Manacapuru is greater than that associated with the maximum sustainable yield. In addition, the actual size of the first catch is almost half of the estimated value. Although there are difficulties in enforcing a minimum size of the catch, our results show that an increase in the size of the first catch to at least 25 cm would be a good strategy for management of this fishery.

O estudo avaliou o estoque de tucunaré Cichla monoculus capturados por uma frota de pesca de pequena escala no Lago Grande de Manacapuru. A série de dados foi composta por amostragens mensal de 200 peixes medidos a partir de fevereiro de 2007 a janeiro de 2008. Medimos comprimento padrão (cm) e peso total (gr) de cada peixe. Foram utilizados os parâmetros de crescimento, estimados em outro estudo pelos autores, para executar um modelo de rendimento por recruta e fazer cenários alterando os valores de idade de primeira captura (Tc), taxa de mortalidade natural (M) e mortalidade por pesca (F). Com base nos resultados do modelo de rendimento por recruta, esta espécie está sofrendo sobrepesca de recrutamento, pois os valores atuais de esforço de pesca no Lago Grande de Manacapuru são excessivos e acima do correspondente ao rendimento máximo sustentável, e o tamanho real da primeira captura é quase metade do valor estimado. Apesar de reconhecidas dificuldades associadas com a aplicação de um limite de tamanho, nossos resultados indicam que um aumento do tamanho da primeira captura, pelo menos, para 25,0 cm, poderia ser uma estratégia satisfatória para o manejo desta espécie.

A introdução do gênero Cichla [Block e Schneider, 1801] na planície de inundação do alto rio Paraná / The cichla [Block e Schneider, 1801] genus in floodplains of the upper Paraná river / La introducción del género Cichla [Block y Schneider, 1801] en la llanura de inundación del alto río Paraná

As espécies que compõem o gênero Cichla Block e Schneider, 1801 são piscívoras, possuem grande plasticidade fenotípica e oferecem cuidados para sua prole, motivos estes que as tornam invasoras de alto impacto ambiental. O conhecimento taxonômico e da diversidade genética são importantes para o monitoramento populacional das espécies introduzidas. O objetivo deste trabalho foi caracterizar as espécies e esboçar um histórico da presença do gênero Cichla na planície de inundação do alto rio Paraná evidenciando a problemática de sua introdução nesta região. Análises de diversidade genética em populações introduzidas na bacia do rio Paraná de Cichla kelberi [Kullander e Ferreira, 2006] e C. piquiti [Kullander e Ferreira, 2006] têm demonstrado a origem dos espécimes introduzidos assim como a sua hibridação...

The species constituting the Cichla [Block e Schneider, 1801] genus are piscivorous, present great phenotypic plasticity and provide care for their offspring, reasons that characterise these intruders as of high environmental impact. The taxonomic and genetic diversity knowledge is important for population monitoring of the introduced species. The aim of this study is to characterize the species and draw a history of the presence of the Cichla genus in the floodplain of the Upper Paraná River, showing the problems of its introduction in such region. The analyses of genetic diversity of C. kelberi [Kullander e Ferreira, 2006] and C. piquiti [Kullander e Ferreira, 2006] on populations introduced to the Paraná River basin have demonstrated the origin of specimens introduced as the hybridization of these two species...

Las especies que componen el género Cichla Block y Schneider, 1801 son piscívoras, tienen gran plasticidad fenotípica y ofrecen cuidados a su prole, motivos estos que las vuelven invasoras de alto impacto ambiental. El conocimiento taxonómico y la diversidad genética son importantes para el monitoreo poblacional de las especies introducidas. El objetivo de este trabajo ha sido caracterizar las especies y esbozar un histórico de la presencia del género Cichla en la llanura de inundación del alto Río Paraná evidenciando la problemática de su introducción en esta región. Análisis de la diversidad genética en poblaciones introducidas en la bacía del Río Paraná de Cichla kelberi [Kullander y Ferreira, 2006] y C. piquiti [Kullander y Ferreira, 2006], ha demostrado el origen de los especímenes introducidos, así como su hibridación...

Endohelminths in Cichla piquiti (Perciformes, Cichlidae) from the Paraná river, São Paulo state, Brazil / Endohelmintos de Cichla piquiti (Perciformes, Cichlidae) procedentes do rio Paraná, estado de São Paulo, Brasil

Fifty specimens of Cichla piquiti were collected from the Paraná River downstream of the Ilha Solteira Hydroelectric Power Station in Brazil and surveyed for endohelminth parasites. All fish were parasitised by at least one helminth species (overall prevalence [P] = 100%). Eight parasite taxa were present: the nematode Procamallanus (Procamallanus) peraccuratus in the intestines; third-stage larvae of the anisakids Contracaecum sp. and Hysterothylacium sp. in the visceral cavity, mesentery and serosa of the stomach and intestines and on the liver and spleen; the trematodes Austrodiplostomum compactum in the eye (metacercariae) and Genarchella genarchella in the stomach; and the cestodes Proteocephalus macrophallus, Proteocephalus microscopicus, and Sciadocephalus megalodiscus in the intestines. Hysterothylacium sp. larvae (P = 86%) and P. microscopicus (P = 74%) were the most prevalent parasites. Anisakids were more prevalent and abundant in the dry season. A negative correlation between the abundances of Hysterothylacium sp. and P. microscopicus was observed, suggesting a competitive/antagonistic relationship between these parasites. Cichla piquiti represents a new host for four parasite species. These new records significantly increase the list of parasites of C. piquiti, contributing to the knowledge of the host-parasite relationship and the geographical distribution of these helminths.

Cinquenta espécimes de Cichla piquiti foram colhidos do Rio Paraná, a jusante da Usina Hidrelétrica de Ilha Solteira, Brasil, na pesquisa de endohelmintos. Todos os peixes estavam parasitados por, pelo menos, uma espécie de helminto (prevalência total [P] = 100%). Foram encontrados oito taxa de parasitas: os nematóides Procamallanus (Procamallanus) peraccuratus no intestino; larvas de terceiro estádio dos anisaquídeos Contracaecum sp. e Hysterothylacium sp. na cavidade abdominal, mesentério e serosa do estômago e do intestino, e sobre o fígado e baço; metacercárias do trematódeo Austrodiplostomum compactum no olho e um indivíduo adulto de Genarchella genarchella no estômago; os cestóides Proteocephalus macrophallus, Proteocephalus microscopicus e Sciadocephalus megalodiscus no intestino. Larvas de Hysterothylacium sp. (P = 86%) e P. microscopicus (P = 74%) foram os parasitas mais prevalentes. Anisaquídeos apresentaram maior prevalência e abundância no período seco. Foi observada uma correlação negativa entre as abundâncias de Hysterothylacium sp. e P. microscopicus, sugerindo uma relação de antagonismo/competição entre esses parasitas. Cichla piquiti é descrito como novo hospedeiro para quatro espécies de parasitas. Estes novos registros aumentam significativamente a lista de parasitas de C. piquiti, contribuindo para o conhecimento da relação parasito-hospedeiro e distribuição geográfica desses helmintos.

Molecular identification of Cichla (Perciformes: Cichlidae) introduced in reservoirs in Southern Brazil / Identificação molecular de Cichla (Perciformes: Cichlidae) introduzidas nos reservatórios do Sul do Brasil

Species of peacock bass were introduced in several watersheds in South America and worldwide, mainly due to its importance to sport fishing, by being a fighting fish. A recent revision of the genus Cichla showed that the species introduced in reservoirs of the South, Southeast and Northeast regions of Brazil are two new species, described as Cichla kelberi (yellow peacock bass) and Cichla piquiti (blue peacock bass), erroneously identified as C. monoculus and C. ocellaris. With the purpose to identify the populations of Cichla in Paranapanema and Paraná rivers, a total of 323 base pairs (bp) of the mtDNA control region were sequenced, obtained from 84 specimens of Cichla in six different localities (Tapajós river, Solimões river, Capivara, Taquaruçu and Rosana reservoirs in the Paranapanema river, and in the upper Paraná river floodplain). The analyses revealed the genetic diversity of Cichla monoculus, introduced into the Capivara reservoir, originally from the region of Manaus (Amazonas State), and spread in the reservoirs downstream (Taquaruçu and Rosana). The occurrence of the same haplotypes in the three reservoirs suggests one single introduction. This study confirmed the introduction of Cichla in the Capivara reservoir and showed the genetic diversity of Cichla in the Paranapanema river.

Espécies de tucunaré foram introduzidas em inúmeras bacias hidrográficas da América do Sul e em outras regiões do planeta, principalmente pelas suas características esportivas, de peixe lutador. Revisão recente das espécies do gênero Cichla mostraram que as espécies que foram introduzidas nos reservatórios das regiões Sul, Sudeste e Nordeste, são duas espécies novas, descritas como Cichla kelberi (tucunaré amarelo) e Cichla piquiti (tucunaré azul) identificadas erroneamente como C. monoculus e C. ocellaris. Com o objetivo de identificar as populações de Cichla presentes no rio Paranapanema e Paraná, foram sequenciadas um total de 323 pares de bases (pb) da região controle (mtDNA) obtidas de 84 espécime de Cichla em seis localidades diferentes (rio Tapajós, rio Solimões, Reservatórios de Capivara, Taquaruçu, Rosana localizados no rio Paranapanema e na bacia do alto rio Paraná. Os dendrogramas e as análises das populações revelaram fortes evidências de que Cichla monoculus foi introduzida no reservatório de Capivara, proveniente da região de Manaus e se dispersou para os reservatórios localizados a jusante (Taquaruçu e Rosana). A ocorrência dos mesmos haplótipos nos três reservatórios sugerem uma única introdução. Este trabalho confirma a introdução de Cichla no reservatório de Capivara e revela a diversidade genética das espécies presentes no rio Paranapanema.

Infecção por cestóides proteocefalídeos em tucunaré Cichla sp. (Osteichthyes: Cichlidae), no Rio Paraná, São Paulo / Proteocephalid cestode infection in tucunaré Cichla sp. (Osteichthyes: Cichlidae) from Paraná River, São Paulo

The occurrence of proteocephalid cestodes in tucunaré Cichla sp., captured monthly, between August 2000 and August 2001, in Paraná River, Presidente Epitácio, SP, was evaluated. From 128 specimens, 71 (55.6 percent) were parasitized by Proteocephalus macrophallus (Diesing, 1850) and/or P. microscopicus (Woodland, 1935). Total mean abundance and intensity were 157.08 and 223.41, respectively. The highest prevalence (90 percent) mean abundance (1,122.4) and intensity indexes (1,247.11) occurred in February 2001, while in September 2000 there were no observed animals infected by cestodes. No relationship between the sex of the host and parasitological indexes was found.

Avaliou-se a ocorrência de cestóides proteocefalídeos em tucunaré Cichla sp., capturados mensalmente, entre agosto de 2000 e agosto de 2001, no rio Paraná, em Presidente Epitácio, SP. Um total de 128 espécimes foram analisados, dos quais 71 (55,6 por cento) estavam parasitados por Proteocephalus macrophallus (Diesing, 1850) e/ou P. microscopicus (Woodland, 1935). A abundância e intensidade média total foram de 157,08 e 223,41, respectivamente. A maior prevalência (90 por cento), juntamente com os maiores índices de abundância (1122,4) e intensidade média (1247,11) ocorreram no mês de fevereiro 2001, enquanto no mês de setembro 2000 não foram observados animais parasitados por cestóides. Não houve relação entre o sexo do hospedeiro e os índices parasitológicos.

Proteocephalid cestode infection in alien fish, Cichla piquiti Kullander and Ferreira, 2006 (Osteichthyes: Cichlidae), from Volta Grande reservoir, Minas Gerais, Brazil / Infecção por cestóides proteocefalídeos em peixe introduzido, Cichla piquiti (Osteichthyes: Cichlidae), no reservatório de Volta Grande, Minas Gerais, Brasil

This work evaluates the variation of the parasitological indexes in 114 Cichla piquiti Kullander and Ferreira, 2006 (tucunaré) infected by two proteocephalid species (Cestoda) for the period of August 1999 to June 2001 in the Volta Grande reservoir, MG, Brazil. The relation between the parasitosis with rainfall and water quality (pH, electric conductivity, oxygen, chlorophyll, transparency and temperature) is discussed. Prevalence of Proteocephalus macrophallus (Diesing, 1850) and/or P. microscopicus (Woodland, 1935) was 83.3 percent, mean intensity 110.8 and mean abundance 100.7 during the period. A hundred percent prevalence was reported in August and December 1999, April and December 2000 and June 2001. The largest mean intensities of 122.7 (October 1999), 158.8 (December 1999), 96.4 (February 2000), 400.7 (April 2000), 215.6 (October 2000) and 136.4 (December 2000) were observed. Abiotic factors may favour the development of the species of the food chain that sustain the organisms in the diet of "tucunaré", but in this case, there was no correlation (P > 0.05) between the values of prevalence, mean intensity and mean abundance with the rainfall and water quality. At the same time, these organisms may constitute the intermediate hosts of cestodes. The time-course between the fish species development and the parasitosis manifestation in the definitive host can explain the lack of correlation between the parasitological indexes and abiotic factors. The predation on small fishes and cannibalism described for "tucunaré" might explain the high values of prevalence and intensity of infection. The results are also related to the exotic condition of the host in the reservoir.

Este estudo avalia a variação nos índices parasitológicos de 114 espécimes de Cichla piquiti Kullander e Ferreira, 2006 (tucunaré) infectados por duas espécies de proteocefalídeos (Cestoda) entre agosto de 1999 e junho de 2001 no reservatório de Volta Grande, MG, Brasil. A relação entre a parasitose e os valores de pluviosidade e qualidade de água (pH, condutividade elétrica, oxigênio, clorofila, transparência e temperatura) é discutida. A prevalência de Proteocephalus macrophallus (Diesing, 1850) e/ou P. microscopicus (Woodland, 1935) foi 83,3 por cento, intensidade média 110,8 e abundância média 100,7 durante todo o período. Prevalência de 100 por cento foi observada em agosto e dezembro de 1999, abril e dezembro de 2000 e junho de 2001. As maiores intensidades médias foram 122,7 em outubro de 1999; 158,8 em dezembro de 1999; 96,4 em fevereiro de 2000; 400,7 em abril de 2000; 215,6 em outubro de 2000; e 136,4 em dezembro de 2000. Fatores abióticos podem favorecer o desenvolvimento de espécies que sustentam a alimentação do "tucunaré", mas, neste caso, não houve correlação (P > 0,05) entre os valores de prevalência, intensidade média e abundância média com a pluviosidade e qualidade de água no reservatório. Ao mesmo tempo, estes organismos podem constituir hospedeiros intermediários de cestóides. A relação entre o desenvolvimento da espécie hospedeira e a manifestação da parasitose no hospedeiro definitivo pode explicar a falta de correlação entre os índices parasitológicos e os fatores abióticos. A predação de pequenos peixes e o canibalismo descrito para o "tucunaré" explica a elevada prevalência e intensidade de infecção, favorecido pela condição exótica do hospedeiro no reservatório.

Genetic characterization of native and introduced populations of the neotropical cichlid genus Cichla in Brazil

A molecular phylogenetic analysis based on mitochondrial 16S ribosomal DNA and Control Region sequences from native and introduced populations was undertaken, in order to characterize the introduction of Cichla (peacock bass or tucunaré) species in Brazil. Mitochondrial DNA haplotypes found in introduced fish from Minas Gerais state (southeastern Brazil) clustered only with those from native species of the Tocantins River (Cichla piquiti and C. kelberi), thereby suggesting a single or, at most, few translocation acts in this area, even though with fish from the same source-population. Our study contributes to an understanding of the introduction of Cichla in regions of Brazil outside the Amazon basin, and adds phylogenetic data to the recently describe Cichla species, endemic from the Tocantins-Araguaia basin.

Cannibalism as the main feeding behaviour of tucunares introduced in Southeast Brazil

Individuals of its own genus were the main food item of two species of tucunares (Cichla cf. ocellaris and Cichla monoculus) introduced into the Volta Grande Reservoir. The abundance of adult tucunares may cause intra-specific competition, possibly leading to the high cannibalism rates found.

O principal item alimentar de duas espécies de tucunarés (Cichla cf. ocellaris e Cichla monoculus) introduzidas no reservatório de Volta Grande foram indivíduos do mesmo gênero. A abundância de tucunarés adultos pode causar competição intra-específica e possivelmente justificar as altas taxas de canibalismo encontradas.