V Curso de Inverno Tópicos em Fisiologia Comparativa 07 a 25 jul 2008

V Curso de Inverno

Comissão Organizadora: Ananda Brito de Assis Andreas Betz Breno Teixeira Santos Fernanda Beatriz Monteiro Paes Gouvêa Meirielen Caroline da Silva Renata Brandt Nunes Tatiana Hideko Kawamoto Prof. Coordenador: Prof. Dr. José Eduardo P. W. Bicudo

REGULAMENTO ALUNOS PLENOS O curso terá um período de três semanas e será dividido em aulas teórico-práticas e desenvolvimento

de projeto de pesquisa. As aulas teórico-práticas serão oferecidas entre os dias 7 e 17 de julho. Entre os dias 17 a 24 de julho, os participantes desenvolverão um projeto de pesquisa em um dos

laboratórios do Departamento; os projetos serão apresentados no dia 25 de julho. As atividades serão realizadas de segunda à sexta-feira, das 7h30 às 18h. Aulas teórico-práticas As aulas teórico-práticas estão organizadas em módulos (ver cronograma mais adiante). Cada módulo

será constituído por: (1) uma aula geral, com abordagem ampla e os principais pré-requisitos dos conteúdos das demais

aulas do módulo; (2) aulas subordinadas, que abordam temas mais específicos; (3) ao final, haverá a sessão de pôsteres sobre projetos em andamento, que serão afixados nos

corredores do Departamento. Projeto de pesquisa Durante a realização do projeto de pesquisa, o aluno deverá se envolver nas atividades do laboratório

e receber suporte científico e técnico do orientador. O projeto deverá obrigatoriamente consistir de atividades de elaboração, execução, análise e

apresentação. Definição dos projetos e orientadores Cada aluno deverá elaborar no mínimo 3 projetos de pesquisa em laboratórios diferentes. Serão

aceitos projetos adicionais com orientadores do mesmo laboratório. O projeto deverá conter justificativa, método e hipótese descritos em até 1000 caracteres (modelo

disponível no site). Os projetos devem ser ordenados de acordo com a preferência do aluno. Os formulários com a descrição dos projetos devem ser entregues à Comissão Organizadora antes da

reunião de definição dos projetos e orientadores, realizada na sexta-feira dia 18/7 às 8h. Nessa reunião estarão presentes todos os orientadores.

A definição dos projetos e orientadores buscará atender às preferências dos alunos, mas poderão ocorrer casos em que isso não será possível, em que serão respeitadas as limitações dos orientadores e laboratórios. Para os casos onde haja um maior número de interessados do que de vagas os seguintes critérios de desempate serão aplicados: 1, interesse em primeira opção, 2, menor número de faltas nas aulas e 3, maior média de notas de provas.

A fim de possibilitar que os alunos possam tomar contato com as linhas de pesquisa e os possíveis orientadores, estará disponível uma lista com os nomes dos mesmos, seus respectivos laboratórios, dias e horários para que os alunos possam encontrá-los (horários durante o almoço e pós aulas).

É extremamente recomendado pela Comissão Organizadora, que os alunos utilizem esses horários reservados durante todo o período do curso para estabelecer seus contatos e formular suas propostas de projeto evitando, assim, maiores transtornos durante os dias finais de aulas teóricas.

Avaliação das aulas teórico-práticas Ao fim de cada aula ou módulo será feita uma avaliação através de uma prova abordando os conceitos

tratados. Essa prova poderá ser individual ou em grupo e poderá ser constituída de questões de múltipla

escolha, dissertativas ou formada de exercício teórico-prático (ETP). Avaliação do projeto Desenvolvimento do projeto: o orientador atribuirá uma nota ao aluno de acordo com o seu

aproveitamento. Apresentação: o projeto deverá obrigatoriamente ser apresentado oralmente com slides do

Powerpoint na sexta-feira dia 25/7 a partir das 8h, cada aluno em seu horário pré-definido pela comisão.

A apresentação deverá conter justificativa, objetivos, métodos, resultados e discussão. A duração será de no máximo 10 minutos.

V Curso de Inverno

Uma comissão avaliadora, constituída pela Comissão organizadora, atribuirá nota à apresentação. Notas e freqüência Será considerado aprovado o aluno com presença de pelo menos 85% e que obtiver aproveitamento

igual ou maior que 7,0. O aproveitamento é dado pela: (1) média das notas dos módulos teórico-práticos – 50% (2) nota do orientador – 25% (3) nota da Comissão avaliadora das apresentações – 25%

REGULAMENTO ALUNOS ESPECIAIS O curso é constituído por aulas teóricas, que serão oferecidas entre os dias 7 e 18 de julho. As atividades serão realizadas de segunda à sexta-feira, das 7h30 às 18h. Aulas teóricas As aulas estão organizadas em módulos (ver cronograma mais adiante). Cada módulo será constituído

por: (1) uma aula geral, com abordagem ampla e os principais pré-requisitos dos conteúdos das demais

aulas do módulo; (2) aulas subordinadas, que abordam temas mais específicos; (3) ao final, haverá a sessão de pôsteres sobre projetos em andamento, que serão afixados nos

corredores do Departamento. Avaliação das aulas teóricas Ao fim de cada aula ou módulo será feita uma avaliação através de uma prova abordando os conceitos

tratados. Essa prova poderá ser individual ou em grupo e poderá ser constituída de questões de múltipla

escolha, dissertativas ou formada de exercício teórico-prático (ETP). Notas e freqüência Será considerado aprovado o aluno com presença de pelo menos 85% e que obtiver aproveitamento

igual ou maior que 7,0. O aproveitamento é dado pela média das notas dos módulos.

CRONOGRAMA 7/07/2008 (segunda-feira) Manhã: Anfiteatro da Administração / Tarde: Auditório da Zoologia

07h00-08h00 Café de boas vindas 08h00-08h30 Abertura

Welington Braz Carvalho Delitti, Diretor do Instituto de Biociências Regina Pekelman Markus, Vice-chefe do Departamento de Fisiologia

08h30-09h00 Fisiologia Comparativa José Eduardo P. W. Bicudo, Prof. Coordenador do V Curso de Inverno

09h00-12h00 Apresentação das linhas de pesquisa Fisiologia de Tripanossomatídeos - Lucile Maria Floeter-Winter Neurotransmissão e Controle Neural da Pressão Arterial - Debora Rejane Fior Chadi Cronobiologia (Museu de Zoologia) - Mirian David Marques Cronobiologia - Gisele Akemi Oda Fisiologia Evolutiva e Ecofisiologia - Carlos Arturo Navas Iannini Metabolismo e Reprodução de Peixes - Renata Guimarães Moreira Toxicologia e Produtos Naturais - José Carlos de Freitas Biologia Celular de Invertebrados Marinhos - Márcio Reis Custódio Fisiologia Comparativa da Pigmentação - Maria Aparecida Visconti Neurociências e Comportamento - Gilberto Fernando Xavier Fisiologia Celular de Plasmodium - Célia Regina da Silva Garcia Fisiologia Teórica - José Guilherme Chaui Berlinck

12h00-14h00 Almoço 14h00-18h00 Fisiologia da Audição 18h00 Confraternização 8/07/2008 (terça-feira) Café da manhã: Depto de Fisiologia / Aulas Auditório da Zoologia

07h30-08h00 Café da manhã 08h00-12h00 Fisiologia, conservação e meio-ambiente 12h00-14h00 Almoço 14h00-18h00 Fisiologia, conservação e meio-ambiente 9/07/2008 (quarta-feira) 07h30-08h00 Café da manhã 08h00-12h00 Fisiologia, conservação e meio-ambiente 12h00-14h00 Almoço 14h00-18h00 Complexidade e termodinâmica em sistemas biológicos 10/07/2008 (quinta-feira) 07h30-08h00 Café da manhã 08h00-12h00 Complexidade e termodinâmica em sistemas biológicos 12h00-14h00 Almoço 14h00-18h00 Complexidade e termodinâmica em sistemas biológicos 11/07/2008 (sexta-feira) 07h30-08h00 Café da manhã 08h00-12h00 Cronobiologia 12h00-14h00 Almoço 14h00-16h00 Fisiologia na era da biologia molecular 16h00-18h00 Neurofisiopatologia 20h Confraternização

V Curso de Inverno

14/07/2008 (segunda-feira) 07h30-08h00 Café da manhã 08h00-12h00 Neurofisiopatologia 12h00-14h00 Almoço 14h00-18h00 Fisiologia do comportamento 15/07/2008 (terça-feira) 07h30-08h00 Café da manhã 08h00-12h00 Fisiologia do comportamento 12h00-14h00 Almoço 14h00-18h00 Fisiologia do comportamento 16/07/2008 (quarta-feira) 07h30-08h00 Café da manhã 08h00-12h00 Evolução de sistemas biológicos 12h00-14h00 Almoço 14h00-18h00 Evolução de sistemas biológicos 19h00-21h00 Reunião de definição dos projetos e orientadores 17/07/2008 (quinta-feira) a 26/07/2008 (quinta-feira) 07h30-08h00 Café da manhã 08h00-12h00 Evolução de sistemas biológicos 12h00-14h00 Almoço 14h00-18h00 Evolução de sistemas biológicos 18/07/2008 (sexta-feira) 07h30-08h00 Café da manhã 08h00-12h00 Visita aos laboratórios / Exposição dos painéis 12h00-14h00 Almoço 14h00-18h00 Início dos estágios 25/07/2008 (sexta-feira) Café da manhã: Departamento de Fisiologia / Apresentações: Anfiteatro da Administração 07h30-08h00 Café da manhã 08h00-12h00 Apresentação trabalhos 12h00-14h00 Almoço 14h00-18h00 Apresentação trabalhos 18h00 Festa de encerramento

Fisiologia da Audição - da música à fala

Aula Inaugural

Felipe Viegas Rodrigues e Rodrigo Collino

O sistema auditivo humano é uma estrutura complexa de recepção de estímulos que ocupa talvez

o segundo lugar, atrás apenas do sistema visual, como sentido principal que nós utilizamos para

localização e percepção de estímulos ambientais. Tal complexidade é compartilhada por boa

parte dos mamíferos, alguns deles – como os morcegos – têm capacidades auditivas ainda mais

fantásticas que os humanos, usando a audição como sentido primário de localização e busca de

alimentos. Essa estrutura é responsável pela percepção de estímulos sonoros – ondas mecânicas

formadas pela oscilação (compressão seguida de rarefação) das moléculas de ar. Tal capacidade

não é nossa exclusividade, no entanto. Os primeiros organismos com capacidade de recepção de

estímulos sonoros (ou simplesmente vibrações) são os artrópodes. Nessa aula inaugural veremos

como funciona essa estrutura complexa, o problema físico que ela resolve e as estruturas centrais

envolvidas em todo o processo.

Neurofisiologia da Música

Felipe Viegas Rodrigues

A música é uma forma de arte que impressiona e emociona o homem desde muito antes que

possamos imaginar. Há instrumentos musicais datados de até 53.000 anos atrás, época em que o

Homem de Neanderthal ainda habitava na Terra. Mas será mesmo que a música começa apenas

aí? Isso prova que Darwin estava certo ao sugerir que a música vem desde tempos remotos,

ainda com nossos ancestrais? Foi apenas nas últimas décadas que essa forma de arte deixou de

ser simplesmente arte para ser também um objeto de estudo da Neurociência. Pesquisadores em

laboratórios por todo o mundo têm investigado a música em busca de alterações anatômicas e

cognitivas geradas pelo treino musical (e também pela apreciação musical), encontrando dados

bastante consistentes sobre o efeito dessa prática. É com base nos resultados dessas pesquisas

que podemos estimar que 4% da população em geral sofre de uma deficiência para percepção de

tons, condição que os incapacita a aprender a execução de um instrumento musical tonal (ou

simplesmente para a música em geral), tal qual uma dislexia. Tais dados não podem ser

ignorados, para que aspirantes a músicos que não atinjam desempenho satisfatório não sejam

julgados como incompetentes. Mas e quanto às outras espécies? Podem elas produzir ou apreciar

música? Se sim, apenas por prazer/arte, como é para o homem, ou como uma forma de

comunicação entre os animais (portanto, um instinto)? Ainda são poucos os indícios que nos

permitiriam responder a essas questões. Sabe-se, para citar apenas alguns exemplos, do canto

dos pássaros, do canto das baleias-jubarte e da melhora na produção animal pela introdução de

música ambiente. Tentaremos com essa aula apresentar a música de um ponto de vista

fisiológico, evidenciando as estruturas já conhecidas com sua percepção e produção pelo cérebro

V Curso de Inverno

humano. Além disso, buscaremos indícios dela em outras espécies do reino Animal, mostrando de

que formas a música se manifesta em outras espécies.

Neurofisiologia da Linguagem

Rodrigo Collino

A linguagem, característica tão inerente aos seres humanos, passou a ser objeto de estudo

neurocientífico somente a partir do século XIX. Atualmente, tem-se mapeadas várias áreas

cerebrais (lobo frontal, área de Broca, área de Wernicke, rede temporo-parietal esquerda e rede

supra-parietal esquerda, entre outras), responsáveis por tarefas específicas, como produção da

fala, compreensão de fonemas, acesso ao léxico da língua e formação de frases gramaticalmente

corretas. Por tanto, pode-se notar uma especialização lingüística no hemisfério cerebral esquerdo;

entretanto, é no hemisfério direito onde se processam propriedades tais como prosódia e

tonalidade na fala. Assim, distúrbios na linguagem estão freqüentemente associados a danos em

tecido neural, decorrentes de acidente vascular-encefálico ou mesmo por ação mecânica. Entre

os mais frequentes, podemos citar a afasia de Broca e a afasia de Wernicke. Há, entretanto,

disfunções específicas da linguagem sem, ainda, nenhum correlato neural específico, apontando

apenas para possíveis heranças genéticas. Além do estudo destas anomalias, o fenômeno do

bilingüismo também tem sido objeto de grande número de pesquisas científicas, visto sua

importância no mundo globalizado em que vivemos. A noção de que podem existir períodos mais

favoráveis à aquisição de uma língua estrangeira (“período crítico”) tem sido constantemente

corroborada e também refutada por uma série de experimentos. Para tanto, uma série de técnicas

tem sido empregadas, tais como fMRI, EEG, ERP, PET e MEG, a fim de descobrir as diferentes

formas de relação entre duas ou mais línguas no cérebro humano. Decerto, muitas perguntas

nesta área ainda estão por ser respondidas.

Fisiologia, Conservação e Meio Ambiente

Aula Inaugural

Lye Otani

A diversidade e os padrões de distribuição de animais e plantas estão relacionados com o

potencial de diferentes grupos sistemáticos para produzir ajustes comportamentais, morfológicos

ou fisiológicos, ao longo de gradientes ecológicos espaciais e temporais. A fisiologia tem um papel

fundamental ao estabelecer os limites ambientais que garantem a reprodução dos indivíduos e,

conseqüentemente, a viabilidade de uma população em um determinado ambiente. A análise

integrada da variação fisiológica, em diferentes níveis de abordagem, e de suas relações com as

pressões de seleção torna-se essencial para se compreender os padrões atuais de distribuição da

diversidade animal. Porém, dadas as mudanças ambientais induzidas pelo homem, um novo

contexto de estudo torna-se importante. O crescimento da população humana mundial tem gerado

ao longo da história um aumento das áreas urbanas, ao mesmo tempo em que surge a exigência

de reservar áreas cada vez maiores para a produção de alimentos e técnicas de cultivo que

aumentem a produtividade da terra. Esses novos tipos de pressões introduzidos às espécies

podem estar vinculadas aos declínios e extinções populacionais, migrações e novos processos de

adaptação e evolução. Diante deste cenário, os conceitos e métodos utilizados pela fisiologia são

de extrema valia para entendermos os impactos dessas mudanças sobre os processos evolutivos

em populações naturais, além de fornecerem subsídios para o campo de conservação ambiental.

Esta área da fisiologia pode, por esta característica, ser então denominada de fisiologia da

conservação. As diversas disciplinas da fisiologia (comparada, evolutiva, genômica,

endocrinologia, ecofisiologia, imunologia, toxicologia) têm trazido inúmeros métodos que

contribuem para a fisiologia da conservação como, por exemplo, a quantificação de hormônios

através de pequenas amostras de sangue - um método não invasivo que fornece informações

importantes a respeito do nível de estresse e do estado reprodutivo dos animais. De fato, estudos

com diferentes abordagens demonstram que a capacidade das diversas espécies de animais para

tolerar a modificação antrópica do ambiente guarda relação como a fisiologia e a capacidade para

manter o balanço energético e o equilíbrio interno (homeostase) face às novas condições.

Mudanças Ambientais: uma Perspectiva Imunológica

Ananda Britto

O sistema imune é considerado um dos maiores mecanismos fisiológicos reguladores da

sobrevivência. Por isso, a saúde imunológica dos organismos tem papel fundamental na

sustentabilidade das populações. A emergência das doenças, tanto na vida selvagem quanto nos

sistemas urbanos resulta, em sua maioria, de mudanças na ecologia do hospedeiro, patógeno, ou

ambos, e traz conseqüências para a biodiversidade. As causas dessas mudanças são atribuídas

a diversos fatores de ordem antropogênica, de forma direta ou indireta, dentre eles, as mudanças

V Curso de Inverno

climáticas, aumento da incidência de radiação ultravioleta (UV-B), introdução de espécies exóticas

e competidoras, contaminação por agentes tóxicos e fragmentação das áreas de mata são os

principais. Alguns disruptores ambientais levam à deficiência imunológica, tornando os indivíduos

mais vulneráveis aos patógenos. Dados da Organização Mundial de Saúde afirmam que, para

humanos, um terço das doenças são causadas por alterações nos fatores ambientais.

Complementarmente, no ambiente selvagem existem alguns casos de declínio e extinção de

populações por surtos de doenças, que são comprovadamente ligados a alterações no meio

ambiente. Um modelo que atualmente está em evidência são os anfíbios, Classe que tem sofrido

perdas significativas em suas populações, nos seis continentes onde está presente. Fatores

naturais, como também mudanças no ambiente produzidas pelo homem, podem influenciar a

função imunológica dos anfíbios. Sabe-se, por exemplo, que pesticidas podem modular respostas-

chave da imunidade natural, tais como a fagocitose, e também provocar um decréscimo no

número de linfócitos e disfunção de órgãos linfóides. As variações de temperatura causam

alterações em parâmetros imunológicos e aumentam a susceptibilidade dos anfíbios a infecções,

o tem que implicações para a emergência das doenças e mudanças climáticas e, por

conseqüência, o declínio mundial dos anfíbios.

As estratégias comportamentais e fisiológicas dos animais frente a mudanças nas

condições ambientais

Lucas Francisco Ribeiro do Nascimento e Laura Haddad

As variações nas condições ambientais (fotoperíodo, umidade, temperatura, salinidade,

disponibilidade de oxigênio, etc) influenciam diversos parâmetros comportamentais e fisiológicos.

Quando essas condições são desfavoráveis à sobrevivência, os animais podem adotar diferentes

estratégias, as quais incluem enfrentar as condições de estresse, migrar para ambientes mais

amenos ou entrar em dormência com acentuada depressão do metabolismo, diminuindo o

impacto das alterações do meio e prolongando o tempo de vida dos animais. Em muitos casos, o

estresse ambiental relaciona-se direta ou indiretamente a uma escassez de recursos alimentares,

a qual tem uma importante influência no número de indivíduos que ocorrem num ambiente, e por

último, na diversidade de espécies em uma dada área. Genericamente, uma seca acentuada está

relacionada a uma diminuição do sucesso reprodutivo de diversas plantas, que constituem fonte

primária de energia em diversas cadeias tróficas. Da mesma forma, uma elevação significativa na

temperatura ambiente associada a um estresse hídrico, podem causar diminuição nas taxas de

crescimento e fecundidade assim como aumento na taxa de mortalidade de diversas espécies de

insetos. Essa diminuição pode comprometer a sobrevivência de diferentes espécies de

invertebrados e vertebrados que se alimentam destes insetos e consequentemente animais de

cadeias tróficas superiores. Em organismos aquáticos o estresse ambiental está relacionado com

mudanças na salinidade e disponibilidade de O2, que em condições desfavoráveis podem

desequilibrar diferentes funções fisiológicas de diversos animais. Serão abordados os

mecanismos comportamentais, fisiológicos e bioquímicos adotados por diferentes grupos de

vertebrados frente a variações ambientais, com ênfase na depressão metabólica associada à

dormência sazonal. Adicionalmente, serão discutidos de que maneira as acentuadas mudanças

ambientais globais causadas pela ação do homem poderiam desafiar a sobrevivência dos

animais.

Fisiologia e Conservação das Caatingas

Isabel Cristina Ferreira

A conservação dos biomas é um dos assuntos mais tratados atualmente, mas a conservação da

Caatinga é pouco citada, talvez por ser um bioma pouco citado. Entretanto, recentemente foi

reconhecida como uma das trinta e sete grandes regiões naturais do planeta. Este bioma é um

domínio morfoclimático exclusivo do Brasil, ocupando uma área de 734,478 Km2, caracterizado

por índices pluviométricos baixos, ventos fortes e secos, além de temperaturas elevadas, e

ambiente semiárido, com longos períodos de estiagem. Comparada aos outros biomas brasileiros,

a Caatinga apresenta muitas características meteorológicas extremas: a mais alta radiação solar,

baixa nebulosidade, alta temperatura média anual, baixas taxas de umidade relativa e, sobretudo,

precipitações baixas e irregulares, limitadas, na maior parte da área, a um período curto do ano.

Fenômenos catastróficos são muito freqüentes, tais como secas e cheias extremas que,

possivelmente, modelam a fauna e flora deste bioma. Baseado nos ciclos anuais de seca e chuva,

alguns autores têm sugerido que estas alterações sazonais determinam o modelo do período de

atividade para alguns animais, em especial para a hepertofauna local, em particular para os

anfíbios, que são estritamente dependentes das condições do ambiente. As catástrofes ambientes

citadas podem causar prejuízos fisiológicos aos animas que mantêm seu ciclo de atividade

baseado na sazonalidade climática. Esta região naturalmente possui um alto potencial para

evaporação de água em função das altas temperaturas. O aumento de temperatura decorrente do

aquecimento global pode transformar a Caatinga em um deserto, causando a extinção de muitas

espécies. Estudos indicam que o processo de desertificação está sendo intensificado pelo

homem, devido a substituição da vegetação natural por culturas. O desmatamento e as culturas

irrigadas estão levando a salinização do solo, aumentando ainda mais a evaporação da água

contida nele e acelerando o processo de desertificação. A preservação da Caatinga é uma ação

prioritária para a manutenção da biodiversidade deste bioma.

Implicações ecofisiológicas nos mecanismos de adaptação celular

a estressores ambientais

Tiago Gabriel Correia

Os organismos aquáticos são constantemente afetados pelos fatores abióticos (físicos e

químicos) do ecossistema ao qual pertencem. Sendo assim, situações em que tais fatores tornam-

se agentes estressores são inevitáveis. Diante deste quadro, quando os mecanismos fisiológicos

V Curso de Inverno

para a manutenção da homeostase excedem sua capacidade reguladora, ocorre a manifestação

de “respostas extremas” e estresse. A resposta celular ao estresse está relacionada à proteção do

organismo contra danos provocados pela exposição a uma ampla variedade de agentes

estressores, por exemplo, calor, luz ultravioleta, metais pesados e xenobióticos. Sabe-se que os

organismos reagem às perturbações ambientais com uma série de mecanismos de proteção,

entre os quais se destaca a síntese de um grupo de proteínas altamente conservadas

filogenéticamente, conhecidas como Stress Proteins (proteínas de estresse). Estudos da fisiologia

do estresse e termotolerância em animais aquáticos sugerem que a síntese destas proteínas está

relacionada à adaptação (aclimatização) a condições ambientais extremas. Entre as respostas

bioquímicas e moleculares contra estressores, naturais ou antrópicos (xenobióticos), estão as

enzimas antioxidantes, como por exemplo, a SOD (superoxido dismutase), Catalase e GPX

(glutationa peroxidase), e as proteínas conhecidas como MXR (multixenobiotic resistance), pois

atuam como mecanismos de desintoxicação e proteção celular. Os efeitos causados por

poluentes, assim como pelas mudanças climáticas, afetam muitos ecossistemas terrestres e

marinhos e, quando persistentes, estendem-se além das conseqüências de estresse celular, e

acabam alcançando conseqüências fisiológicas (disrupção endócrina, disfunções metabólicas,

osmorregulatórias, reprodutivas) e ecológicas (influência sobre a distribuição geográfica, alteração

sobre a dinâmica de populações e até mesmo a estrutura de ecossistemas). O estudo de

biomarcadores relacionados aos processos fisiológicos e moleculares apresentados pelos

organismos como respostas ao estresse constituem um elo importante para a conservação das

espécies neste período de profundas mudanças impostas pelo homem sobre toda a biosfera.

Efeito do pH em organismos aquáticos

Marina Granado e Sá

A variação de pH comanda reações químicas da água, caracterizando grau de acidez ou

alcalinidade. Sabe-se que águas com pH inferior a 8.5 (não 7) contêm ácidos fracos e ácidos

minerais fortes. Águas doces alternam-se com pH entre 4 e 8 e as estuarinas de 6 a 8. O pH da

água pura é 7 e varia no sentido contrário da temperatura (quanto maior a temperatura da água,

menor o pH). Os limites de pH para proteção da vida aquática variam entre 6 e 8, mas peixes e

outros organismos aquáticos podem sobreviver a valores de pH iguais ou menores que 5, mas

com pH ácido, certas substâncias ou elementos metálicos tornam-se tóxicos. Águas piscosas

devem apresentar pH acima de 6, porém à 9, iniciam-se os limites letais para várias espécies. A

água ácida faz com que peixes apresentem aumento da freqüência respiratória, sinal evidente da

baixa disponibilidade de O2. Variações bruscas de pH ocasionam morte de larvas de camarão,

girinos e alevinos. Em pH 8.3 se observa maior mortandade de girinos/rãs do que em pH 7.2 e

que em águas de pH menor que 4.2. Em sistemas aquáticos o pH varia ao longo do dia e nas

diferentes camadas de líquido, prevalecendo nas superfícies valores elevados. Durante as

primeiras horas do dia os valores de pH são menores, tornando-se mais elevados entre as horas

de maior incidência de sol. Durante a noite o pH volta a declinar. O pH e, por extensão, a

temperatura e oxigênio dissolvido, estão intimamente ligados à toxicidade da amônia, ou seja, em

pH elevado uma grande porcentagem da amônia total se converte na forma mais tóxica (não

ionizada). Em pH baixo, menos que 1% da amônia total está sob a forma não ionizada (NH3). A

amônia (NH4) se torna cada vez mais tóxica quanto mais alto o pH, porém menos estável e mais

solúvel. Já a amônia (NH3), (mais tóxica), embora se forme em baixa concentração, em pH mais

baixo é facilmente volatilizável, mas aumenta sua toxicidade à medida que aumenta o pH

(alcalino), podendo então tornar-se altamente tóxica. Em níveis de pH muito altos ou baixos, as

enzimas sofrem inativação devido às inúmeras interações entre as cargas dos aminoácidos de

uma proteína, situação que altera enormemente a estrutura protéica. Portanto, a correta

alcalinização ou a habilidade de tamponar um sistema é extremamente importante no processo de

oxidação do amoníaco formado em sistemas aquáticos.

Biomarcadores e sua aplicação na avaliação da exposição à poluentes

Amanda de Moraes Narcizo

A Saúde Ambiental tem como um de seus objetivos a prevenção dos danos à saúde, à vida e às

populações, danos estes causados por compostos químicos presentes no meio ambiente, em sua

grande maioria por ações antrópicas. Desta forma serão apresentados conceitos e concepções

que abrangem o uso de parâmetros biológicos com a finalidade de avaliar a exposição às

substâncias químicas e estimar o risco das populações expostas. Os biomarcadores são

utilizados como instrumentos que possibilitam identificar a substância tóxica ou uma condição

adversa antes que sejam evidenciados danos à saúde, como por exemplo, toda substância ou seu

produto de biotransformação (marcador de dose interna) ou qualquer alteração bioquímica

precoce (marcador de efeito) cuja determinação estabeleça a relação entre a exposição e o efeito

tóxico, refletida em alterações fisiológicas e/ou a suscetibilidade dos indivíduos (marcador

genético).

Hormônios Esteróides e Disruptores Endócrinos

Juliane Suzuki Amaral

A reprodução é controlada pelo eixo reprodutivo endócrino (hipotálamo – hipófise – gônadas),

onde ocorre a síntese de uma série de hormônios que controlam a reprodução do organismo.

Uma das categorias de hormônios ligados à reprodução são os esteróides gonadais, que são

formados nas gônadas utilizando o colesterol como precursor para a síntese de progesterona,

estradiol (hormônio feminino) e testosterona (hormônio masculino). Os disruptores endócrinos são

substâncias exógenas que têm o potencial de perturbar o sistema endócrino dos animais,

podendo causar disfunções na produção desses hormônios, que podem se refletir no sucesso

reprodutivo dos animais. Eles interferem no funcionamento do sistema hormonal, mediante algum

dos três mecanismos seguintes: substituindo os hormônios naturais; bloqueando a ação

V Curso de Inverno

hormonal; aumentando ou diminuindo os níveis de hormônios naturais. As categorias de

disruptores que afetam diretamente a fisiologia reprodutiva são os estrogênicos, anti-estrogênicos

e anti-androgênicos ambientais que acabam se infiltrando no ambiente aquático através de uma

série de substâncias industriais poluentes (químicos sintéticos e substâncias naturais) que têm

potencial para perturbar o sistema endócrino dos animais, mimetizando ou antagonizando os

efeitos dos hormônios endógenos e de seus receptores. Nosso organismo é capaz de excretar os

imitadores naturais dos estrógenos, mas muitos dos compostos artificiais resistem aos processos

normais de decomposição e desintoxicação e se acumulam no organismo, submetendo os

animais a uma contaminação de baixo nível, mas de longa duração. Os efeitos na reprodução

aparecem com o atraso no desenvolvimento sexual (testículo e ovário), masculinização e

feminilização das populações, atrapalhando assim o desempenho reprodutivo dos organismos

aquáticos.

Efeitos do represamento sobre a fisiologia de organismos aquáticos

com ênfase na reprodução de peixes teleósteos

Renato Massaaki Honji

A reprodução em peixes, apesar de ser modulada por fatores ambientais (temperatura,

fotoperíodo, chuvas, entre outros), é controlada endogenamente por um sistema endócrino,

principalmente pelo eixo hipotálamo-hipófise-gônadas, que sintetiza e libera gonadotropinas,

esteróides gonadais e hormônios moduladores do processo reprodutivo. Esse processo ocorre

naturalmente com o desenvolvimento das gônadas, maturação, liberação e fertilização dos

gametas, sendo que, em geral, em peixes a desova e a fertilização ocorrem no ambiente externo.

Os ovos fertilizados originam embriões e posteriormente larvas, que crescem e se tornam adultos,

reiniciando o ciclo. No Brasil, grande parte dos peixes de valor comercial é representada por

espécies migradoras, ou seja, são peixes que durante um determinado período, realizam

migrações ao longo do rio e vencem obstáculos naturais, para se reproduzir. A migração é

necessária para o desenvolvimento das gônadas, maturação dos gametas e posterior desova, e o

sucesso reprodutivo em espécies migradoras fica prejudicado quando estes animais são

impedidos de migrar. Esse problema ocorre freqüentemente em decorrência de bloqueios no

percurso natural dos rios (reservatórios) ou no confinamento em viveiros de cultivo. Apesar da

indiscutível importância desses reservatórios, também são incontestáveis os problemas

associados a essas interrupções no curso natural dos rios. A aqüicultura possui grande

importância na preservação das espécies ameaçadas de extinção, devido ao cultivo dessas

espécies em cativeiro e, posteriormente, na instalação de programas de repovoamento em áreas

impactadas. Adicionalmente, sabe-se que o sucesso no cultivo de uma espécie só é obtido com o

conhecimento da biologia, em especial da biologia reprodutiva. Considerando-se que as espécies

migradoras, quando são impedidas de migrar, apresentam um bloqueio na reprodução, fica

evidente que a construção de reservatórios nos rios causa grandes impactos no ciclo de vida dos

peixes.

Linhas de Pesquisa para Estágio:

Metabolismo e Xenobióticos

Lye Otani e Isabel Cristina Pereiria / Laboratório de Ecofisiologia e Fisiologia Evolutiva / sala 219 /

lyeotani@gmail.com, belcristina@gmail.com

Marina Granado e Sá / Laboratório de Fisiologia de Crustáceos / marinagranado@gmail.com

Tiago Gabriel Correia / Laboratório de Metabolismo e Reprodução de Organismos Aquáticos / sala

220 / tigabriel@usp.br

Durante o estágio, deverão ser desenvolvidas questões sobre os problemas enfrentados pelos

animais com a poluição presente no ambiente, e quais mudanças na fisiologia metabólica os

animais podem sofrer quando submetidos a poluentes. Para responder a estas questões poderão

ser realizados experimentos com animais presentes no laboratório (peixes, anfíbios e répteis), que

possam ser colocados em diferentes condições de poluição. Para verificar as possíveis mudanças

poderão ser realizadas medidas de consumo de oxigênio.

Imunologia nata de anfíbios

Ananda Britto / Laboratório de Ecofisiologia e Fisiologia Evolutiva / sala 219 /

nirmalananda@gmail.com

Durante o estágio, o aluno será estimulado a pensar e elaborar perguntas sobre a influência de

fatores ambientais nos mecanismos de defesa imunológica nata dos anfíbios, como também

entrará em contato com as literaturas de base e receberá orientação sobre como avaliar

experimentalmente esse enfoque e, por exemplo, verificar a eficácia da comunidade

microbiológica residente, avaliar parâmetros gerais de células sanguíneas, ambos sob condições

ambientais controladas, ou outros que poderão ser discutidos e executados.

Metabolismo reprodutivo de peixes

Amanda de Moraes Narcizo e Juliane Suzuki Amaral / Laboratório de Metabolismo e Reprodução

de Organismo Aquáticos / sala 220 / amnarcizo@usp.br, jusizuki@usp.br

No estágio é proposto o estudo do grupo dos peixes, com enfoque no metabolismo reprodutivo.

Quando esses animais atingem o período reprodutivo, ocorre uma série de mudanças endócrinas

e metabólicas associados à reprodução. Essas mudanças iniciam-se com a síntese dos

hormônios reprodutivos atuando como sinalizadores para a mobilização de substratos energéticos

para a formação do ovo. O estágio a ser desenvolvido no laboratório abrangerá análises de

proteínas e lipídios totais em diversos tecidos (fígado, gônadas e musculatura) para comparação

da mobilização desses parâmetros ao longo do ciclo reprodutivo, uma vez que a síntese de

V Curso de Inverno

vitelogenina ocorre no fígado e tem como destino final os ovários. O material já se encontra

disponível e estocado em condições ideais para a execução do experimento.

Complexidade e Termodinâmica em Sistemas Biológicos

Aula Inaugural

Breno Teixeira Santos e Fernando Silveira Marques

Qual a definição de complexidade? E de um sistema? E de complexidade de um sistema? Nesta

aula introdutória forneceremos uma visão geral sobre esses termos e apontaremos o que eles não

significam. Para tanto, recorreremos a ferramentas físicas, matemáticas, computacionais e a uma

boa dose de intuição. Portanto, o que poderia ser complexidade? Basicamente, complexo é tudo

aquilo que não é simples! Nós chamamos de simples os sistemas que, aparentemente, possuem

um ou poucos objetos e ações constituintes. Imagine 1 mol de um gás à CNTP encerrado em uma

caixa de 1cm³. Isso é um sistema simples ou complexo? Muitos diriam que é um sistema simples,

pois não percebemos atividade coordenada ou forma de dinâmica, esse sistema “não faz nada”

nem “vai para lugar algum”. Estamos falando de 6,023. 10²³ moléculas de gás comportando-se

individualmente, dado que a interação entre elas ocorre em escalas de angstroms, ou seja,

estamos falando do que Boltzmann chamou de caos molecular. Complexo? Foi justamente

estudando sistemas desse tipo que Boltzmann e seus contemporâneos descobriram que era

possível prever o comportamento médio de um sistema através de previsões estatísticas: nasciam

as leis da Termodinâmica. Dessa forma, complexidade, caos, fractais, entropia e outros monstros

são partes de um assunto muito mais amplo, a dinâmica. Essa última trata de como os sistemas

evoluem com o passar do tempo, ou seja, estuda Sistemas Dinâmicos. Qual a ligação entre

termodinâmica e a biologia, e mais, qual a relação entre informação e biologia, serão os temas

abordados ao longo desse módulo. Durante muitos anos os cientistas vêm debatendo como

aplicar conceitos de entropia termodinâmica e informacional aos sistemas biológicos. Veremos, ao

longo das aulas, como o estudo dos sistemas vivos tem colocado em discussão essas idéias.

Primeira lei da termodinâmica e implicações na fisiologia

José Eduardo Natali

A primeira lei da termodinâmica diz respeito à conservação de energia e transformação de calor

de uma fonte térmica em trabalho a ser aproveitado. Apesar de ser uma lei estabelecida a partir

de sistemas mecânicos, esta lei tem implicações fisiológicas importantes, e essas implicações são

bem estudadas no sistema cardiovascular. Esta aula tem como objetivo uma formulação geral da

primeira lei, e algumas implicações desta no sistema cardiovascular.

Segunda lei da termodinâmica e implicações na fisiologia

Breno Teixeira Santos, Fernando Silveira Marques,

José Eduardo Natali e Vitor Hugo Rodrigues

Assim como a primeira lei da termodinâmica, a segunda lei surgiu do estudo de máquinas

térmicas. Porém, enquanto a primeira lei trata da conservação de energia, que unifica todos os

V Curso de Inverno

processos do mundo real, a segunda lei dá uma orientação a esses processos. Para entender

isso melhor, podemos pensar em um gás dentro de uma câmara dividida no meio por uma

barreira, de forma que tenhamos, assim, em um dos lados da câmara, um gás com uma

temperatura maior e, do outro, um gás com temperatura menor, com diferença que permita a

realização de trabalho. Porém, como eles estão em contato, o lado mais quente perde parte de

sua energia térmica para o outro, de forma que a tendência é que a energia térmica nos dois

eventualmente tornam-se muito próximas, perdendo assim a capacidade de realizar trabalho.

Essa tendência é o que fundamenta a segunda lei da termodinâmica: o aumento da entropia de

um sistema isolado. É importante observar que essa lei implica na irreversibilidade dos processos

dos sistemas, já que voltar a uma situação anterior implicaria em uma redução na entropia do

sistema. Esse contexto está, ainda, relacionado a um direcionamento na evolução de sistemas

termodinâmicos, situação indiferente para a primeira lei da termodinâmica. Essa evolução também

pode ser estudada de maneira estatística, onde o alvo de estudo passa a ser probabilidades de

conformações em que o sistema pode transitar, sejam associados a posição das partículas ou ao

processamento pelo sistema nervoso. Chegamos então em um ponto de grande importância, o

estudo da evolução de sistemas. Apesar da evolução da vida só existir devido a uma diminuição

local de entropia (maior organização), ela ainda está sujeita a contextos que envolvem geração de

entropia. Discutiremos a geração de entropia nos processos biológicos e fisiológicos, a relação

entre as leis da termodinâmica e evolução.

Entropia informacional e implicações fisiológicas

Vitor Hugo Rodrigues

Foi através dos trabalhos iniciados por Wiener, bastante impulsionados durante a II Guerra

Mundial e, posteriormente, por seu aluno Shannon que os alicerces da teoria da informação foram

construídos. Todo o raciocínio de Wiener baseava-se na noção de mensagem.

Independentemente da maneira como uma mensagem é transmitida (seja por meio elétrico,

químico, acústico, nervoso e etc), diz-se que uma mensagem é informativa quando ela transmite

algo que era pouco esperado ou desconhecido. Então, por esse raciocínio, podemos dizer que as

mensagens mais improváveis carregam mais informação. Shannon então relaciona a

probabilidade de ocorrência de um determinado “símbolo” à quantidade de informação presente

em um sinal emitido por uma fonte associando, dessa forma, informação e “surpresa”, ou seja, é

aquilo que tem capacidade para efetuar mudanças no receptor da mensagem. Se quem vai

receber a mensagem já conhece seu conteúdo de antemão, então esta não é uma mensagem

“informativa”. Se tivermos várias mensagens alternativas, cada uma com probabilidade de

ocorrência pi, a quantidade de informação H é dada por: H = Σ -pi log2(pi). H é chamada de

Entropia Informacional, e quanto maior H maior a quantidade de informação presente em um

sinal. Como visto nas aulas anteriores, as funções de Shannon e Boltzmann fazem as mesmas

relações entre entropia e probabilidade. Para alguns autores o trabalho de Shannon liberta a

definição de entropia do referencial termodinâmico, tornado-a aplicável a distribuições de

probabilidade em geral. Dessa forma podemos estabelecer a seguinte relação entre Informação e

Termodinâmica: entropia seria uma medida da quantidade de informação necessária para se

especificar o estado de um sistema.

Aula Prática: Medidas de Variabilidade Cardíaca

Breno Teixeira Santos, Fernando Silveira Marques,

Vitor Hugo Rodrigues e José Eduardo Natali

Nesta aula prática iremos coletar sinais de eletrocardiograma, ECG, dos próprios alunos em

diferentes condições (repouso, atividade física, apnéia e outras) para posterior análise da

variabilidade da freqüência cardíaca. A literatura vem mostrando que, ao contrário do que se

imaginava até então, alta variabilidade também está associada com condições fisiológicas,

enquanto que uma queda na mesma pode ser um indicativo de condição estressante.

Utilizaremos para essa aula os registros de ECG digitalizados e o ambiente de programação

científica Matlab. Munidos de um conjunto de programas que executam tratamentos no sinal

original e algumas das metodologias de análise apresentadas nas aulas teóricas anteriores,

tentaremos acessar como a variabilidade cardíaca se comporta em cada uma das condições

impostas. Através de valores quantitativos de entropia, gráficos com espaços de fase, análise

espectral e etc., concluiremos a aula tentando elaborar hipóteses para os resultados obtidos.

Seria a homeostase uma homeodinâmica, aliás, como o conceito foi originalmente proposto por

Canon?

V Curso de Inverno

Cronobiologia

Aula Inaugural

Gisele Akemi Oda e Cintia Etsuko Yamashita

Cronobiologia é o estudo da organização temporal dos seres vivos, a qual está baseada nos

ritmos biológicos em todos os níveis, desde comportamentais até moleculares. Ritmos com

periodicidades iguais aos de ciclos ambientais são bastante evidentes, tais como os diários e

anuais. Neste curso, vamos abordar, em especial, os ritmos diários e sua relação com os ciclos

ambientais com período de 24 horas, resultantes do movimento de rotação da Terra. Vamos

apresentar os conceitos de ritmos endógenos, relógio biológico e sincronização do relógio por

ciclos ambientais, e também as bases anatômicas do sistema de temporização em vertebrados, o

qual é formado por vias de percepção dos ciclos ambientais, um relógio integrador e as vias de

controle temporal do relógio sobre os processos fisiológicos.

Bases moleculares do relógio e osciladores periféricos

Erika Cecon

A existência de um mecanismo endógeno que permita ao organismo não somente identificar as

mudanças cíclicas ambientais, como também (e principalmente) antecipá-las, é essencial para a

sobrevivência de qualquer espécie. Atualmente, a idéia de possuirmos um “relógio biológico” é

amplamente aceita pela sociedade, apesar de seus mecanismos de funcionamento ainda não

estarem totalmente elucidados. Os núcleos supraquiasmáticos hipotalâmicos são os principais

osciladores internos, correspondendo ao relógio central desta maquinaria que, acoplada aos

demais osciladores endógenos, garantem a existência dos ritmos biológicos. Intracelularmente,

esta capacidade oscilatória das células neuronais dos NSQ é conferida pela presença rítmica de

certas proteínas, estando em maior ou menor quantidade de acordo com a hora do dia. Foi

verificado também que os genes codificantes para estas proteínas apresentam uma ritmicidade

em sua transcrição, essencial para a manutenção de fenômenos rítmicos endógenos. Por este

motivo, foram designados como genes do relógio (clock genes) e constituem a base molecular do

sistema oscilatório interno. Dentre os genes do relógio conhecidos atualmente, os mais estudados

em mamíferos são: per (period) 1, 2 e 3, bmal 1, clk (clock) e cry 1 e 2 (cryptochromes), sendo

que suas respectivas proteínas (PER1, PER2, PER3, BMAL, CLOCK, CRY 1 e CRY 2) atuam

como fatores transcricionais, ou seja, modulam a transcrição de diversos genes-alvos. A presença

dessas proteínas de expressão rítmica em diversos órgãos, assim como a aferência proveniente

do oscilador central, possibilita a existência dos osciladores periféricos, essenciais para a

integração dos diferentes ritmos. Dessa forma, é necessário que haja uma grande sincronia

interna, desde os níveis moleculares até o nível sistêmico, para que o organismo possa

sincronizar as variações cíclicas externas ao meio interno, estando apto a prevê-las e antecipá-

las.

Ajuste do Relógio Biológico: Aferências da Retina à Glândula Pineal

Sanseray da Silveira Cruz Machado

A clonagem de genes permite, além da caracterização da informação contida no fragmento de

DNA, a expressão dessa informação, bastando que o vetor utilizado na clonagem contenha sinais

para expressão do gene na célula transformada. Entretanto, como pouco se sabe sobre os

mecanismos de dobramento da proteína nos diferentes organismos há dificuldades para se prever

o melhor sistema vetor-hospedeiro para dada proteína, e poucos métodos estão disponíveis para

avaliar o aumento da eficiência do dobramento ou para prevenir a agregação, desnaturação e/ou

degradação de proteínas exteriores expressas em meios que não são naturais para essas.

Escherichia coli foi o primeiro sistema escolhido para expressão de proteínas heterológas:

manipulações genéticas para esse sistema são bem estabelecidas, o crescimento de culturas de

E.coli é fácil e barato, e muitas proteínas externas são bem toleradas e podem ser expressas em

altos níveis. Alguns fatores influenciam a escolha de um sistema de expressão de proteínas

particulares, como: o tamanho das proteínas, quantidade necessária da proteína e o local da

célula em que a proteína ativa será requerida. Entretanto, em situações em que a atividade

biológica da proteína a ser expressa requeira modificações pós-transducionais (como glicosilação

ou quebra em sítios específicos) o hospedeiro não pode ser E.coli. Sendo assim, também são

importantes sistemas de expressão: células de mamíferos, de Saccharomyces cerevisiae

(leveduras podem ser usadas como hospedeiros para isolar cDNA de mamíferos por

complementação e a genética de leveduras tem sido explorada para desenvolver sistemas

seletivos para isolar genes que codificam proteínas que interagem entre si), de Bacillus subtilis

(possui um sistema secretor bem desenvolvido e proteínas recombinantes podem ser

endereçadas na forma ativa e na forma solúvel) e células de insetos (sistemas de expressão de

baculovirus).

Eferências do Sistema Circadiano - Melatonina, o hormônio do escuro

Marco Antonio Pires Camilo Lapa

A melatonina, o principal hormônio produzido pela glândula pineal, é o maior sinalizador endógeno

para sincronização dos ritmos circadianos nos vertebrados. A biossíntese da melatonina ocorre

através de uma via que transforma o aminoácido essencial triptofano em serotonina, e esta em N-

acetil-serotonina, para finalmente ser sintetizada a melatonina na fase escura do dia. Como já

visto, o principal oscilador endógeno nos mamíferos é o núcleo supraquiasmático (NSQ), que

processa a informação de claro/escuro e envia sinais para a glândula pineal, modulando a

produção de melatonina. Nos outros vertebrados, de modo geral, os osciladores que recebem

informação relacionada ao claro/escuro podem ser, além dos NSQ, a retina e a própria glândula

pineal.

O papel eferente da melatonina foi determinado por experimentos realizados por Gwinner e

Benzinger (1978) em que a injeção constante deste hormônio em estorninhos (Sturnus vulgaris)

V Curso de Inverno

resultou em um processo de atividade contínua nestas aves. Em outro grupo de aves cujas

pineais haviam sido retiradas, a aplicação de doses diárias de melatonina propiciou uma

sincronização normal nestes animais, indicando a atividade sincronizadora da melatonina.

Segundo Reiter e colaboradores (2007), além da glândula pineal, a melatonina pode ser

produzida em outros órgãos e tem uma gama de funções nos organismos, que vai muito além da

atividade sincronizadora do ritmo. Receptores que reconhecem especificamente a melatonina

estão espalhados por todo organismo e, por ser uma molécula lipofílica, ela pode ainda ativar

cascatas de sinalização diretamente no citoplasma e núcleo celular. O processo de eferência da

melatonina envolve atividade oxidante deste hormônio, regulação do ciclo reprodutivo, modulação

do sistema imune e diversas outras atividades fisiológicas que, em conjunto, contribuem (em nível

evolutivo e adaptativo, pode-se dizer) para a continuidade e manutenção da vida do organismo no

ambiente cíclico em que este se encontra.

Aspectos Evolutivos da Melatonina

Daiane Gil Franco

A melatonina é uma molécula derivada do aminoácido essencial triptofano e foi isolada pela

primeira vez da glândula pineal bovina em 1958 por Lerner e colaboradores. Até então se sabia

que o extrato obtido dessa glândula, quando aplicado sobre a pele de sapo, era capaz de produzir

uma resposta da pele à luz, ou seja, sabia-se que aquela glândula produzia alguma substância

fotossensível. Esta resposta é constituída pelo movimento de grânulos contendo melanina

(melanossomas) no interior dos melanóforos dermais. Graças a essas primeiras descobertas, hoje

sabemos qual a via biossintética da melatonina, seus receptores e muitas das funções por ela

desempenhadas. Inicialmente a melatonina foi considerada um hormônio, por ter sido encontrada

e amplamente estudada em vertebrados, principalmente em mamíferos, desempenhando funções

típicas de um hormônio. Atualmente essa concepção tem sido mudada, visto que esta indolamina

não é só produzida pela glândula pineal, atuando de forma endócrina, como também pode ser

produzida por diversos tecidos e células, atuando de forma autócrina ou parácrina. Em

vertebrados, o controle sazonal da reprodução, o ajuste circadiano, a regulação vascular e do

sistema imune são, entre outras, as funções mais conhecidas da melatonina. Em organismos não-

vertebrados, a melatonina já foi identificada em bactérias, protozoários, algas, fungos além das

plantas. Nestes organismos, a presença desta molécula pode estar ou não relacionada ao

fotoperiodismo, mas também pode atuar como um fator protetor contra agentes oxidantes. Esta

ação antioxidante ocorre em todos os taxons já estudados e, por este motivo, a hipótese de que

esta seria a função primordial da melatonina tem sido altamente discutida. Nesta aula vamos

expor a forma clássica da biossíntese da melatonina, discutindo suas possíveis variações e,

dentro de um enfoque evolutivo, discutir também quais seriam os papéis da presença da

melatonina nos diferentes taxons.

Estudos de Caso

Eduardo Koji Tamura

Serão discutidas algumas publicações de relatos clínicos envolvendo alterações cronobiológicas,

de modo a incentivar reflexões e questionamentos a respeito da aplicabilidade dos conceitos

transmitidos nas aulas anteriores.

Sincronização na Infecção pela Malária

Saulo Henrique Pires de Oliveira

A modulação do ciclo celular do Plasmodium sp, protozoário responsável pela infecção pela

malária é um tema extremamente intrigante. O parasita possui um ciclo de vida complexo, sendo

capaz de perceber mudanças no ambiente e modular seu ciclo de vida, fazendo uso de

estratégias arrojadas para conquistar a sincronia dentro do hospedeiro. Além de tudo, esse

protozoário utiliza a própria maquinaria de manutenção e percepção do ciclo claro-escuro do

hospedeiro como uma defesa, garantindo assim sua sobrevivência. No caso de malária humana,

P. falciparum, os principais agentes empregados pelo plasmódio são alguns derivados de

triptofano produzidos pelo corpo. Dentre eles, destaca-se o hormônio melatonina, intrinsecamente

ligado ao caráter circadiano do hospedeiro. Estes compostos são capazes de induzir uma

resposta fisiológica permitindo assim a sincronização dos parasitas. Através de uma rede

complexa de sinalização envolvendo os segundos mensageiros cálcio e AMPc, os parasitas

conseguem modular seu ciclo celular. Tal como um relógio que não funciona sem uma de suas

engrenagens, todo esse processo parece ser estritamente dependente desses segundos

mensageiros, que atuam de maneira orquestrada para permitir uma diferenciação sincrônica. Por

isso, diversos experimentos foram conduzidos utilizando inibidores das cascatas enzimáticas

possivelmente envolvidas no processo, permitindo uma distinção destas reações. Técnicas de

bioinformática para análise e comparação de seqüências e abordagens de biologia molecular tais

como microarray e tempo real fornecem novas evidências para uma maior caracterização dessas

vias. Resultados recentes comprovam a presença de proteínas putativas que se assemelham aos

receptores serpentina (serpentine receptor-like putative proteins) em P. falciparum. Estas

proteínas putativas representam os principais candidatos a sítio de ação dos derivados de

triptofano, como acionadores das eventuais cascatas enzimáticas obtidas como resposta

fisiológica.

Linhas de Pesquisa para Estágio:

Cronofarmacologia

Erika Cecon / Laboratório de Cronofarmacologia / sala 323 / e_cecon@yahoo.com.br

O estágio deverá englobar o conceito de que a síntese de melatonina pela glândula pineal, apesar

de ser sincronizada à informação luminosa ambiental, pode sofrer modulações diversas,

V Curso de Inverno

dependendo do ambiente em que se encontra ou mesmo da presença de um quadro patológico

no organismo. Dessa forma, poderemos estudar o efeito de diferentes substâncias sobre a

produção de melatonina em glândulas obtidas de ratos e mantidas em cultura; poderemos

analisar o conteúdo de melatonina em glândulas recém-retiradas de animais tratados com algum

agente patológico; ou ainda podem ser verificadas quais as adaptações observadas no padrão de

liberação de melatonina em diferentes condições ambientais que possam ser simuladas no

laboratório.

Neurofisiopatologia

Aula Inaugural

Karen Lisneiva Garcia Farizatto

O funcionamento do sistema nervoso central (SNC) é fascinante e misterioso tanto para os mais

leigos quanto para os estudiosos do assunto. O SNC é composto por células neuronais e gliais

que interagem entre si para seu correto funcionamento, e são células morfológica e

fisiologicamente diferentes, mas complementares. Com os avanços na tecnologia tem sido

possível desvendar alguns dos mistérios do SNC através dos estudos não só destes tipos

celulares, mas também de suas relações com comportamentos e funções vegetativas. Os

comportamentos e as funções vegetativas são regulados por grupamentos celulares distribuídos

por todo o encéfalo. Dependendo da região onde estes núcleos se encontram, a função será

predominantemente vegetativa, comportamental ou mista. A posição anatômica ou mesmo a

presença ou ausência de determinado grupamento celular pode ser modificado de acordo com a

classe animal, por isso a neuroanatomia comparada nos dá dicas sobre os possíveis papéis dos

diversos núcleos encefálicos para a manutenção do equilíbrio fisiológico do organismo. Uma das

principais funções do SNC é fazer com que o organismo responda coerentemente aos estímulos

do meio ambiente, seja através de ajustes vegetativos ou através de comportamentos. Um ajuste

bastante importante é o da pressão arterial, que ao ser danificado pode desencadear a

hipertensão. O SNC pode sofrer outros transtornos, como a neurodegeneração, por exemplo, e

enquanto não há cura para este tipo de doença, diversos profissionais desenvolvem abordagens

terapêuticas para a reabilitação dos indivíduos acometidos. Este módulo contempla várias funções

exercidas pelo sistema nervoso e algumas disfunções promovidas por diferentes fatores.

Controle Neural da Pressão Arterial

Karen Lisneiva Garcia Farizatto

O controle neural da pressão arterial (PA) é realizado pelo reflexo barorreceptor, que efetua o

controle da pressão momento a momento. Vários estudos mostram que o funcionamento do

barorreflexo sofre alterações durante o envelhecimento promovendo, assim, alterações na

freqüência cardíaca e aumento da pressão arterial. Essa alteração pode ser desencadeada por

diversos fatores. O barorreflexo está associado a vários núcleos do sistema nervoso central, que

têm papel importante na regulação do sistema cardiovascular. Entre eles, o Núcleo do Trato

Solitário (NTS), se destaca com papel fundamental na recepção e integração de múltiplos reflexos

viscerosensoriais; o Núcleo Paraventricular do Hipotálamo (PVN), é um centro integrador de

muitas funções fisiológicas; e o Locus Coeruleus (LC), que é o principal grupamento

noradrenérgico do sistema nervoso central, desempenha importante função tanto na regulação

das funções comportamentais, quanto no controle cardiovascular.

V Curso de Inverno

Neuroanatomia Básica

Sergio Marinho da Silva

O sistema nervoso representa o sistema mensageiro e de coordenação do corpo para as

atividades exercidas pelo organismo, sendo quem determina as respostas do corpo a mudanças

nos ambientes interno e externo. A Neuroanatomia é o ramo da anatomia que estuda a

organização anatômica do sistema nervoso. Nos animais vertebrados, estuda as inúmeras

ligações entre os nervos do encéfalo até a região periférica do corpo a qual tem conexão, e a

estrutura interna do encéfalo. Como resultado, o estudo da neuroanatomia desenvolveu uma

disciplina em si, embora também represente uma especialização dentro da neurociência. Investiga

também, com igual importância, o delineamento das regiões do encéfalo, a distinção entre as

estruturas e mantém centralizado seu foco de atenção para a investigação de como este

complexo sistema trabalha. O Sistema Nervoso divide-se em Sistema Nervoso Central (SNC) e

Sistema Nervoso Periférico. O Sistema Nervoso Central divide-se em encéfalo e medula. O

encéfalo corresponde ao telencéfalo, diencéfalo, cerebelo, e tronco encefálico. O Periférico

corresponde aos nervos cranianos, aos gânglios e nervos periféricos e receptores do corpo. A

função do Sistema Nervoso é receber informações sobre variações externas e internas e produzir

respostas a essas, juntamente com outros sistemas e manter a homeostase. Este sistema é

interessante para morfologistas por ser o mais complexo do corpo, ainda que conservado

filogeneticamente. O estudo comparativo dos vertebrados está permitindo que os morfologistas

construam esboços da filogenia do sistema. É pelo acréscimo de conhecimento sobre a micro e

ultra estrutura desse sistema que o morfologista auxilia no desenvolvimento das ciências da

fisiologia, psicologia e do comportamento. Sendo assim, o enfoque principal desta aula será a

anatomia do sistema nervoso, voltado para as suas principais estruturas. Será também discutida a

evolução do sistema nervoso na filogenia dos vertebrados.

Doenças neurodegenerativas

Fernanda Beatriz Monteito Paes Gouvêa

O progresso da ciência nos últimos anos, nas áreas de Neurociência e Genética, vem modificando

progressivamente o uso de recursos moleculares que identifiquem patologias neurodegenerativas

antes e depois do começo da sintomatologia, aumentando as perspectivas de possibilidades

terapêuticas eficazes. A avaliação do DNA permite identificar perda de porções, trocas de

componentes ou rearranjos decorrentes de mutações, causadores de perda ou mudança de

função dos genes, e responsáveis pelo surgimento de patologias. O diagnóstico preferivelmente

deve ser feito antes da fase sintomática, para que os sinais e sintomas clínicos possam ser

monitorados de forma a minimizar ou até mesmo impedir, quando possível, sua manifestação. Os

exames moleculares que detectam doenças neurodegenerativas ainda estão em fase de

desenvolvimento e, apesar do empenho dos pesquisadores, são poucas as doenças com

diagnóstico molecular preciso.

Aula prática de neuroanatomia básica

Karen L. G. Farizatto, Andreas Betz, Sérgio M. da Silva,

Fernanda Beatriz Monteiro Paes Gouvêa, João Paulo P. Matsumoto

Após a aula teórica de neuroanatomia, iremos observar algumas das estruturas apresentadas, em

peças do sistema nervoso central de humanos, ratos e lagartos. Também serão expostas lâminas

de certos núcleos encefálicos com marcação específica para alguns neurotransmissores. Todos

os alunos deverão manusear as peças para o melhor entendimento do conteúdo. Iremos, ainda,

em breve exposição teórica, comparar as diferenças entre os diferentes encéfalos apresentados.

Linhas de Pesquisa para Estágio:

Neurofisiopatologia – Análise e aferição da pressão arterial indireta e direta, antes e após à

administração de noradrenalina intravenosa

Karen L. G. Farizatto e Sérgio Marinho da Silva / sala 217 / karen.farizatto@usp.br

Através deste estágio, os alunos poderão entender os diferentes mecanismos de controle estão

envolvidos não só na manutenção como na variação momento a momento da pressão arterial

(PA), regulando o calibre e a reatividade vascular, a distribuição de fluido dentro e fora dos vasos

e o débito cardíaco.

Neurofisiopatologia - Ação de diferentes fármacos sobre o comportamento de ratos

Andreas Betz e Fernanda Beatriz Monteiro Paes Gouvêa / sala 217 / abetz79@yahoo.com.br e

beemonteiropaes@hotmail.com

Será observada a ação de um ou mais fármacos em relação ao comportamento dos ratos,

utilizando métodos já conhecidos de mensuração de diferentes parâmetros comportamentais. São

estudos realizados, muitas vezes, com a intenção de entender o comportamento humano em

situações adversas.

V Curso de Inverno

Fisiologia do Comportamento

Aula Inaugural

Wataru Sumi

A estimulação de uma célula nervosa é transmitida ao longo dessa célula que, por sua vez, pode

estimular um músculo, uma glândula ou outra célula nervosa. Como a velocidade de transmissão

do impulso nervoso é muito alta, a comunicação entre as diferentes partes de um organismo

ocorre de modo muito rápido. Essa alta velocidade na transmissão da informação permite ao

organismo responder a um estímulo ambiental relevante quase que imediatamente após o seu

recebimento. Assim, o animal passou a interagir com o ambiente de forma ativa, tornando, por

exemplo, o comportamento alimentar mais elaborado e provavelmente conferindo a ele vantagens

adaptativas. Os sistemas nervosos mais simples são capazes de produzir apenas

comportamentos estereotipados do tipo estímulo-resposta, ou seja, o estímulo recebe pouco

processamento adicional antes de o animal emitir uma resposta. O aumento da complexidade

permitiu que a informação recebesse processamento adicional, assim, o animal poderia interpretar

o sinal recebido e responder apenas quando essa é relevante. Um processo mais recente é

centralização do sistema nervoso, associada à divisão funcional desse sistema e à integração

entre sistemas sensoriais e motores. O grande avanço promovido nesse processo foi a

centralização do controle. O aumento da complexidade do sistema nervoso está associado ao

aumento gradativo da plasticidade. A plasticidade é fruto da capacidade do sistema nervoso de

armazenar informações e evocá-las. Isso permite que o animal altere o comportamento de acordo

com experiências prévias. Da simples função de transmitir informação em alta velocidade nos

organismos mais basais para a capacidade de aprender, lembrar e pensar nos organismos mais

derivados, o salto é tão grande, que é difícil de acreditar que as mesmas células nervosas que

promovem o movimento de contração em uma anêmona-do-mar, nos permitem pensar, inventar,

criar.

Tradução dos estímulos do ambiente, sensação e percepção

André Maia Chagas e Renata Pereira Lima

O mundo real é igual ao mundo percebido? Para a neurociência a resposta é negativa e apesar

de parecer um contra senso, é facilmente explicável. Para esse ramo da ciência, existem

subsistemas presentes desde seres unicelulares e que são responsáveis pela tradução dos

estímulos físicos e químicos do ambiente em sinais elétricos passíveis de interpretação pelo

sistema nervoso (sensação). Os objetos enxergados por nós, por exemplo, são na verdade a

tradução que o nosso sistema visual produz dos raios luminosos que depois de refletirem sobre os

objetos chegam aos nossos olhos. Logo, sistemas visuais diferentes produzem interpretações

diferentes de um mesmo objeto; se por acaso nós fossemos dotados de receptores (células

responsáveis pela codificação do estímulo ambiental em estímulo nervoso) capazes de perceber

radiação infravermelha nós enxergaríamos o mundo de uma maneira absolutamente diferente. O

objetivo desta aula é introduzir uma noção geral sobre os sentidos, as diferentes modalidades

sensoriais, e sobre como essas modalidades diferem entre as espécies e entre indivíduos e como

diferem ainda, ao longo da vida de um mesmo indivíduo. Diferenças de humor produzem

sensações diferentes frente a um mesmo estímulo, por exemplo. Também se pretende mostrar

como as sensações produzidas pelas modalidades sensoriais integram-se a outras funções do

sistema nervoso e como através da percepção são responsáveis por alterações comportamentais

e cognitivas. Por exemplo, é a somestesia que nos permite passar a mão sobre um objeto e sentir

sua textura, mas é a integração dessa informação, através da percepção, com as informações

armazenadas no sistema mnemônico que nos permite reconhecer que objeto é aquele, mesmo

sem o termos visto.

Integração neural

Renata Pereira Lima

Por que flexionamos a perna quando recebemos um estímulo na região patelar? Ou, como

conseguimos reconhecer uma imagem e associá-la a um conceito previamente estabelecido

como, por exemplo, quando vemos a imagem de uma maçã e sabemos que se trata de uma

maçã. A arquitetura do sistema nervoso, apesar de complexa, segue um conjunto relativamente

simples de princípios funcionais e organizacionais. O neurônio, unidade fundamental deste

sistema, é o responsável por receber, propagar e transmitir impulsos eletroquímicos que

constituem a informação. Tipicamente, um neurônio forma cerca de 1000 conexões e, já que o

cérebro humano contém pelo menos 1011 neurônios, isto significa dizer que em torno de 1017

conexões sinápticas são formadas no cérebro. Estas conexões formam no sistema nervoso várias

redes de neurônios interconectados, que são construídas de acordo com a interdependência e a

necessidade de integração constante de suas informações frente aos mais simples

comportamentos. Devido à plasticidade do sistema nervoso, a cada nova experiência do

indivíduo, estas redes são rearranjadas, outras tantas sinapses são reforçadas e múltiplas

possibilidades de respostas ao ambiente tornam-se possíveis. De acordo com a funcionalidade

destas redes, circuitos são formados a fim de produzir funções fisiológicas específicas, tais como:

reflexos, memória, integração sensorial, coordenação motora, aprendizado, etc. A proposta desta

aula é discutir a integração neural envolvida desde o momento em que um indivíduo recebe um

estímulo até o momento em que uma resposta é gerada, seja ela simples (reflexo) ou mais

complexa, envolvendo cognição (formação da memória).

Neurofisiologia da atenção

Claudia Franco de Olim Marote

Nosso comportamento depende dos estímulos ambientais que processamos e respondemos. A

todo momento estamos expostos a inúmeros estímulos de todas as modalidades sensoriais.

V Curso de Inverno

Nosso sistema nervoso não processa todos eles, há uma seleção, pela atenção, dos estímulos

que receberão processamento adicional, incluindo o consciente, e dos que serão ignorados. O

controle da atenção é determinado por fatores relacionados às características físicas do estímulo

no ambiente (o barulho de uma porta batendo); por fatores internos ao indivíduo (intenção de

procurar um livro numa estante) e pela interação entre eles. Dessa forma, um indivíduo detecta

melhor um objeto quando este é esperado e conhecido do que quando o objeto é desconhecido

e/ou não esperado. Esta facilitação depende da habilidade de representar esta informação prévia

e usá-la para induzir o processamento da informação que chega. Uma fonte de informação sobre

o funcionamento da atenção e seu substrato neural é o estudo, através de experimentos

comportamentais, principalmente na modalidade visual de humanos sãos e humanos que

sofreram danos no sistema nervoso. Com estes estudos em laboratório foi possível desenvolver

modelos do funcionamento atencional; o uso concomitante de técnica de registro da atividade

elétrica e de imageamento do sistema nervoso central permitem vislumbrar os correlatos neurais

do processamento atencional. O sistema visual é organizado em campos receptivos, desde as

células da retina até as regiões visuais corticais; a atenção pode modular a resposta de uma

célula a um estímulo presente em seu campo receptivo. Todas as evidências convergem para o

fato de que atenção envolve uma rede formada por áreas distribuídas por todo o encéfalo. A

atenção, como processo fisiológico, tem papel importante na sobrevivência dos indivíduos de

qualquer espécie, o que fica evidente nos casos de deficiências atencionais. Justifica-se, assim, o

estudo da atenção em seus aspectos anatômicos e funcionais.

Aprendizagem e Memória

Rodrigo Pavão

Como conseguimos lembrar de eventos passados? Por que nunca esquecemos como andar de

bicicleta? A resposta dessas perguntas está relacionada com uma série de processos como

aprendizagem, memória e evocação do conhecimento, que são respectivamente, aquisição,

arquivamento e lembrança/execução habilidosa. Esses processos permitem a capacidade de um

organismo alterar seu comportamento em decorrência de experiências prévias, o que traz

significativa vantagem adaptativa. Do ponto de vista fisiológico, essa capacidade é resultado de

modificações na circuitaria neural em função da interação do indivíduo com o ambiente.

Apresentadas essas definições, diversas questões surgem. Por exemplo, o que é conhecimento

aprendido, isto é, adquirido pela experiência ontogenética, e o que é conhecimento inato,

adquirido ao longo da história filogenética? Como e onde esses conhecimentos são representados

no sistema nervoso? Como se dá o esquecimento ou a lembrança de experiências a que fomos

expostos? Essas questões serão discutidas nessa aula, apresentado um histórico do estudo da

aprendizagem e memória, incluindo as primeiras questões levantadas por filósofos antigos, o

surgimento da psicologia experimental e as abordagens investigativas atuais dessa área. Ao longo

desse processo, será elaborado um modelo teórico sintético dos sistemas de memória, discutindo

as diferentes modalidades de memória e seus mecanismos de funcionamento.

Evolução do comportamento e o distanciamento das razões causais das funcionais

Pedro Leite Ribeiro

Todo comportamento de humanos e animais é fruto de processos neurais e cognitivos. O estudo

do comportamento, portanto, pode servir de instrumento para o entendimento do cérebro, pois a

sua compreensão pode levar o pesquisador a fazer inferências a respeito do funcionamento do

sistema nervoso. Se considerarmos que os processos de seleção natural, na maioria das vezes,

acabam por selecionar características comportamentais, poderemos advogar que o estudo do

comportamento é uma boa maneira de integrar o entendimento do sistema nervoso com os

processos evolutivos que levaram a sua formação. Quando pensamos em comportamento, uma

enorme variedade de coisas podem vir às nossas mentes, desde os mais simples - como o reflexo

patelar, até os mais complexos - como a ato de jogar uma partida de xadrez. Atribuímos aos

comportamentos complexos a necessidade de uma capacidade cognitiva, que implica numa

sofisticação do sistema nervoso. A identificação destes comportamentos ditos complexos é,

portanto, uma forma de identificar e até medir a capacidade cognitiva dos animais e humanos. No

entanto, qual será a função adaptativa do comportamento sofisticado? Qual a vantagem

adaptativa de jogar xadrez? Talvez a resposta para essas perguntas não esteja no

comportamento em si, mas na capacidade que o animal que exibe este comportamento tem.

Capacidade criativa, de improvisar, de encontrar soluções para os problemas com os quais ele

pode se deparar durante a vida. Disto segue uma dificuldade inerente do estudo de

comportamentos sofisticados e a explicação de seu surgimento através dos processos de seleção

natural que conhecemos. Qual a função do comportamento que observamos, qual seu valor

adaptativo? Outro fator complicador e estimulante no estudo do comportamento é o

entendimento de suas relações causais. O que provoca determinado comportamento, o que faz

com que ele aconteça? Afinal, a sua razão causal nem sempre é parecida com sua razão

funcional.

Discussão Final (Arnaldo Cheixas Dias, André Chagas, Claudia Marote, Pedro Ribeiro, Renata

Lima, Rodrigo Pavão e Wataru Sumi)

Linhas de Pesquisa para Estágio:

Memória e atenção em seres humanos

Rodrigo Pavão / Laboratório de Neurociências e Comportamento / 200B / rpavao@gmail.com

Os processos de aprendizagem, memória, antecipação e atenção podem ser investigados pelo

uso de testes neuropsicológicos computacionais. Os eventuais participantes terão a liberdade de

V Curso de Inverno

desenvolver projetos que abordem outros aspectos cognitivos além dos citados, como imaginação

e até mesmo emoção. As seguintes etapas serão realizadas durante o estágio: elaboração do

software para coleta, coleta de dados (envolvendo possivelmente alunos do curso como

voluntários) e análise e discussão dos resultados.

O prejuízo da atenção em ratos portadores de descargas eletrocorticais espículícula-onda

dependente do tempo de crise

Arnaldo Cheixas Dias / Laboratório de Neurociências e Comportamento / 200B /

cheixas@gmail.com

A epilepsia de ausência é clinicamente caracterizada por crises generalizadas paroxísticas não

convulsivas. Ratos com crises tipo ausência apresentam descargas eletrocorticais em forma de

espícula-onda no eletrocorticograma (ECoG). As crises ocorrem principalmente durante a vigília

quieta. Durante atividades que demandam atenção a ocorrência de crises tende a ser menor.

Temos buscado, por meio da eletrofisiologia e de tarefas comportamentais, avaliar as relações

funcionais entre a atenção e a crise tipo ausência, tendo em vista a compreensão dos centros

encefálicos geradores da crise bem como o modo como a manutenção do alerta pode bloquear a

ocorrência de crises.

Neurobiologia do comportamento reprodutivo em ratos

llton Santos da Silva - Laboratório de Neurociências e Comportamento /S-200B silvais@ib.usp.br

A experiência reprodutiva parece contribuir para alterações neurofisiológicas que proporcionem

comportamentos consideravelmente refinados, especialmente em fêmeas. A maternidade exige

uma série de adaptações fisiológicas e comportamentais que visam minimizar o gasto energético

da fêmea, que passa por marcantes alterações metabólicas durante este período. Tal fato

também possibilita que ela esteja atenta às exigências da sua vulnerável e dependente prole,

desenvolvendo cuidados especiais que garantam a sobrevivência da sua progênie. Em nossa

linha de pesquisa, buscamos investigar a contribuição da experiência reprodutiva, bem como o

dimorfismo sexual nos processos cognitivos em ratos.

Evolução de Sistemas Biológicos

Aula Inaugural

Monique N. Simon

A área denominada ‘fisiologia evolutiva’ é uma ramificação da fisiologia comparada e tem ampla

aproximação com a ecofisiologia. Trata fundamentalmente da evolução da função e dentre suas

questões capitais estão o porquê de determinados organismos serem estruturados de uma certa

maneira e o porquê da evolução de sistemas fisiológicos seguir certos caminhos e não outros. A

fisiologia traz um entendimento dos mecanismos que levam à plasticidade fenotípica ou mesmo à

adaptação. O contexto ecológico é extremamente relevante para a escolha adequada das

perguntas a serem estudadas e na determinação dos métodos. O paradigma do desempenho

organismal determina que o conhecimento da ecologia do organismo permite uma medida correta

do desempenho do mesmo. O desempenho é determinado por características bioquímicas,

fisiológicas e morfológicas do indivíduo. O conhecimento da história natural das espécies também

é muito relevante para a área da fisiologia evolutiva, pois diversos caracteres fisiológicos são

herdados dos ancestrais e modificados a partir destes. Uma nova estatística foi desenvolvida para

análise de dados comparativos, que leva em conta as relações filogenéticas das espécies. O

estudo de diversos níveis de organização (organismo, sistemas, órgãos, tecidos, células) é

essencial para o entendimento completo da evolução de um determinado parâmetro fisiológico,

além do estudo da interação organismo-ambiente e da filogenia na qual as espécies se inserem. A

comparação interespecifíca, assim como experimentos de seleção artificial, são desenhos de

pesquisa comuns da área, que acabam por revelar correlações entre caracteres e compromissos

fenotípicos, além de restrições evolutivas, conceitos-chave da área.

Introdução à Endocrinologia Comparada – Fatos e Curiosidades

Vânia Regina de Assis

O sistema endócrino é composto por várias glândulas localizadas em diferentes partes do corpo,

que produzem hormônios com diferentes funções. A principal característica morfológica dessas

glândulas endócrinas é a ausência de ductos, assim sendo, seus produtos são liberados

diretamente no meio, ou na corrente sanguínea, de onde serão transportados até os órgãos alvo.

Os hormônios são encontrados em concentrações muito reduzidas na corrente sanguínea, e

encontram-se em duas categorias gerais: Protéicos: Aminas – derivados do aminoácido Tirosina.

Ex: Tiroxina (T4); Peptídeos e proteínas – podem ser compostos por três aminoácidos (Hormônio

Liberador de Tirotropina (TRH)) a duzentos amino ácidos (Hormônio Folículo Estimulante (FSH)).

Esteróides: derivados do colesterol. A estrutura química dos hormônios esteróides é virtualmente

idêntica entre todos os vertebrados, mas suas funções mudam muitas vezes, entre as diferentes

espécies. Da mesma forma, alguns hormônios protéicos têm sido conservados sobre o tempo

evolutivo e exibem diversas funções. Nesta aula, vamos abordar a endocrinologia partindo de

V Curso de Inverno

mamíferos, fazendo comparações com outros grupos amimais, sempre que possível, (vertebrados

e invertebrados), trazendo algumas curiosidades.

Análise de dados comparativos

Tatiana H. Kawamoto e Fábio de Andrade Machado

O método comparativo tem como um dos principais objetivos o diagnóstico de adaptações, que

normalmente se dá pela identificação da correlação entre variáveis (sejam fenotípicas ou

ambientais) no contexto filogenético dos organismos estudados. A análise de dados comparativos

costuma violar um dos pressupostos básicos estatísticos, a independência de dados. A

dependência de caracteres em dados biológicos provém do fato de que as espécies biológicas

apresentam uma estrutura hierárquica (filogenética), o que torna a maior parte dos testes

estatísticos padrão inapropriados para serem aplicados em análises comparativas. Ignorar a

estrutura filogenética tem como conseqüência limitar conclusões (p.e. estudos com 1 ou 2

espécies, condicionam e limitam conclusões para aquelas duas espécies) ou até mesmo

inviabilizar conclusões (p.e. o tamanho do genoma das aves não está associado a um maior

metabolismo necessário ao vôo, como parecia ser nas análises comparativas que não consideram

filogenia). O conjunto relativamente novo de métodos estatísticos especiais, chamados

simplesmente de "métodos comparativos" coloca a filogenia das espécies envolvidas em dada

análise como fator relevante, contornando as limitações conferidas pela dependência dos dados

comparativos. Entre esses, destacam-se o método clássico de Contrastes Filogenéticos e o novo

método de Autovetores Filogenéticos, os quais serão abordados nesta parte do curso.

Locomoção

Meirielen Caroline da Silva

O ambiente oferece, a todo instante, informações e estímulos variados aos organismos. Entre as

possíveis respostas organismais, está a locomoção. Da unicelular ameba aos grandes elefantes

africanos, passando pelas aranhas, sapos e guepardos, os seres vivos desenvolveram incríveis

estratégias para deslocar-se em ambientes diversos e desafiadores. O líquido intracelular, as

estruturas subcelulares, o armazenamento de energia elástica e os músculos são alguns

exemplos de grandes passos evolutivos para a movimentação como a conhecemos. Outras

estruturas, tais como os esqueletos, oferecem um arcabouço para a efetivação do mover-se. Num

planeta que está em constante mudança, adaptar-se a novos elementos no meio é uma questão

de sobrevivência. Parte da capacidade de habituar-se a uma nova situação ambiental provém da

plasticidade inerente de diversos grupos. A interação do aparato de deslocamento e fatores

fisiológicos e ambientais fornece a chave para o sucesso das espécies e manutenção da aptidão.

Em meio à complexidade envolvida nas reações rotineiras dos animais, estão questões

alométricas que explicam, em parte, o porquê de cada padrão de deslocamento, as vantagens e

desvantagens do tamanho, e suas implicações ecológicas relevantes.

Evolução da sociobiologia

Pedro Leite Ribeiro

Darwin, ao propor a teoria da Seleção Natural em seu livro "Origem das Espécies", questiona a

abrangência de sua teoria quando, por exemplo, fala dos insetos sociais: "Há que se admitir a

existência de casos que apresentam especial dificuldade com relação à teoria da seleção natural.

Um dos mais curiosos é o da existência de duas ou três castas definidas de formigas-operárias ou

fêmeas estéreis na mesma comunidade de insetos". A idéia de que a seleção natural agiria

exclusivamente sobre o indivíduo traz uma dificuldade para a explicação de como as relações

altruísticas das castas inférteis de uma colônia de formigas teriam sido selecionadas. Afinal, como

a esterilidade de um indivíduo pode ter sido selecionada? Hamilton propõe que o altruísmo, que

em última instância poderia levar à esterilidade de uma casta, na verdade não é um altruísmo

puro, que leva a uma vantagem do outro sem benefício algum para quem faz a generosidade.

Afinal, numa relação de parentesco próximo, como por exemplo, numa colônia de insetos sociais,

ao ajudar um membro da colônia, quem ajuda estaria ajudando, de maneira indireta, seus próprios

genes, uma vez que o indivíduo ajudado guarda muitas similaridades genéticas. Assim, vários

indivíduos inférteis ao trabalharem juntos para a sobrevivência da colônia estariam todos

"beneficiando" os próprios genes através do sucesso reprodutivo da colônia. Desta forma a

incongruência na teoria da evolução fica, pelo menos aparentemente, resolvida. No entanto E.

Wilson (o pai da sociobiologia), em artigo publicado em 2008, questiona as idéias de Hamilton. Ele

diz que dezenas de estudos sobre comportamento de insetos eusociais, inclusive alguns feitos no

Brasil, que sugerem a importância da idéia de seleção de parentesco, podem estar equivocados.

Evolução dos mecanismos neurossensoriais

Antônio Carlos da Silva

Uma das questões muito repetidas em biologia é “Por que um grupo de animais se diversifica

mais que outros?”. As repostas tradicionais para esta questão envolvem a idéia de “chave de

inovação”. Quantos fatores podem estar de fato relacionados à resposta desta questão têm sido

tema de muitas discussões entre os pesquisadores. O ponto aqui a ser levantado é que as células

sensoriais e nervosas (neurossensoriais) são responsáveis por auxiliar nos mecanismos que

possibilitam o ajuste necessário à manutenção da homeostase do organismo. No caso da visão

uma diversidade de tipos e estruturas de olhos é encontrada no reino animal, além de estruturas

que permitem a percepção luminosa em grupos de animais unicelulares. Estudos filogenéticos

revelaram que todos os filos animais já apresentaram de alguma forma um órgão sensível a luz, o

que nos leva a tentar compreender quais as soluções encontradas por cada grupo de animais

durante o processo de evolução e em que resulta essa enorme diversidade. A aula tem como

objetivo uma revisão de estruturas associadas à percepção luminosa em vários filos do reino

animal, bem como sua relevância para cada grupo apresentado.

V Curso de Inverno

Endotermia, Ectotermia e Metabolismo: Custos e vantagens

Fabiano Ricardo Andrade Negrini

A idéia geral da aula é discutir os passos evolutivos dos animais ectotérmicos até os endotérmicos

e discutir os conceitos de endotermia, ectotermia e metabolismo. Serão propostas aos alunos

discussões acerca das vantagens e desvantagens de cada uma das alternativas. Em conjunto,

espera-se trabalhar o conceito de metabolismo basal como uma medida do custo mínimo de vida.

Estratégias fisiológicas dos anfíbios para sobrevivência em ambientes com baixa

disponibilidade hídrica

Ivan Prates

Os anfíbios modernos são muitas vezes considerados elementos de transição entre o modo de

vida totalmente aquático e o terrestre. Essa idéia suporta-se na grande importância da

disponibilidade de água líquida para esses animais, expressa em diversos aspectos de sua

biologia: a contribuição da respiração cutânea para muitas espécies, e o caráter associado do

fluxo de gases respiratórios e de água; a presença de uma fase larval aquática no ciclo de vida,

bem como a necessidade do meio aquático para reprodução; a limitada capacidade de

concentração da urina pelos rins; e o fato de que, em geral, a pele dos anfíbios não protege o

corpo da perda de água por evaporação, sendo sua principal via de desidratação. A dependência

da água, de qualquer forma, não impediu que os anfíbios anuros invadissem muitos ambientes

terrestres, havendo inclusive formas bem sucedidas na colonização de ambientes de clima semi-

árido. Para esses animais, diversas propriedades de caráter fisiológico estão envolvidas com a

manutenção de um balanço hídrico adequado. Nesse contexto, a aula irá focar as diversas

estratégias dos diferentes grupos de anfíbios para a sobrevivência em ambientes com baixa

disponibilidade de água, contemplando-as sob um panorama evolutivo. Entre outros temas, serão

abordados: a produção, pela pele, de secreções lipídicas impermeabilizantes, bem como a

habilidade de secretar carapaças protéicas, que conferem baixas taxas de perda evaporativa de

água; a camada dérmica calcificada presente em certos anfíbios, em particular naqueles mais

terrestres, que parece associada à absorção ou retenção de água; a presença de iridóforos na

derme de certas espécies, que formam uma barreira à passagem de água; a excreção de ácido

úrico por espécies de phyllomedusíneos; as adaptações de anfíbios que vivem em estuários e

águas salobras; as modificações associadas à fossorialidade; os ajustes no desenvolvimento

larvário, incluindo o truncamento de estágios; entre outros.

Fisiologia Evolutiva e Reprodução: o Exemplo da Evolução da Viviparidade em Squamata

Renata Brandt Nunes

A viviparidade é padrão de reprodução, no qual as fêmeas carregam os ovos em desenvolvimento

dentro do trato reprodutivo, dando à luz os filhotes. Evoluiu em mais de 100 ocasiões distintas

dentro dos Squamata sendo, portanto, mais freqüente do que em todos os vertebrados

combinados. Em uma centena de origens diversas, a viviparidade evoluiu muito recentemente, e

geralmente em níveis taxonômicos inferiores, como gêneros, espécies ou mesmo populações, o

que permite uma potencial reconstrução da transição evolucionária para esse modelo, além de

constituir uma dica para um possível padrão na evolução da viviparidade em outros táxons. Os

Squamata apresentam, ainda, um incrível gradiente de ovíparos a vivíparos. Esse será o cerne da

discussão da aula, a qual será baseada nas atuais pesquisas da área - que são bastante

integrativas, e mais centradas nos tipos de perguntas que elas podem responder do que nas

técnicas que elas empregam. Discutiremos tanto os aspectos fisiológicos e anatômicos, quanto a

ecologia reprodutiva, com ênfase nos lagartos, grupo que tenho mais familiaridade.

Linhas de Pesquisa para Estágio:

Ecofisiologia e Fisiologia Evolutiva

Monique N. Simon/ Laboratório de Ecofisiologia e Fisiologia Evolutiva / sala 219 /

monique.nouailhetas@gmail.com

Pretende-se, com esse estágio, realizar uma análise sobre a variação intraespecífica de duas

variáveis fisiológicas distintas em uma espécie de sapo, a fim de se inferir sobre o desempenho

desses indivíduos em seu habitat e sobre a ação de possíveis processos de seleção.

Ecofisiologia e Fisiologia Evolutiva

Renata Brandt Nunes / Laboratório de Ecofisiologia e Fisiologia Evolutiva / sala 222 /

rbrandt@ib.usp.br

As perguntas desenvolvidas durante o estágio deverão envolver problemas enfrentados pelos

animais, levando em conta mudanças em fatores ecológicos (competição intra e inter específica,

predação etc.) e físicos (umidade, temperatura, luz etc.), que no laboratório possam ser

reproduzidos. Poderão ser estudados diferentes grupos, coletados nas proximidades ou

disponíveis no laboratório como: invertebrados, peixes, anfíbios e répteis; avaliando

comportamento, metabolismo, desempenho locomotor, seleção de gradientes físicos, etc.

Fisiologia, comportamento e evolução das aranhas de teia

Tatiana Hideko Kawamoto / Laboratório de Ecofisiologia e Fisiologia Evolutiva / sala 219 /

tatika@usp.br

A pesquisa envolve a análise de padrões comportamentais, ecológicos e fisiológicos

(respirometria) das aranhas de teia. Os trabalhos podem ser desenvolvidos com aranhas de teia

normalmente presentes na fauna doméstica, tendo a literatura como base de informações para a

compreensão do contexto evolutivo do aspecto observado.

V Curso de Inverno

Implicações ecofisiológicas na locomoção

Meirielen Caroline da Silva / Laboratório de Ecofisiologia e Fisiologia Evolutiva / sala 219 /

meirielen@usp.br

Os trabalhos a serem desenvolvidos devem abordar questões relacionadas às variações no

desempenho locomotor de grupos como anfíbios e répteis (ou outro disponível no laboratório) e

sua relevância ecológica. Para tal, deve-se considerar a importância de fatores ambientais - como

luz, disponibilidade de água, temperatura e umidade - e ecológicos – história de vida, pressão de

predação, limites termais, e estado de alimentação. A comparação entre diferentes populações ou

espécies pode favorecer uma visão evolutiva do assunto.