¿Fiebre o Hipotermia en reptiles? Estudio de las respuestas termofisiológicas conductuales frente a una infección bacteriana en lagartos Patagónicos.

Abstract

Los reptiles, como ectotermos, dependen estrechamente de la temperatura ambiental, aunque muchas especies son capaces de regular con notable precisión su temperatura corporal (Tc) por medio de mecanismos comportamentales y fisiológicos. En particular, los reptiles tienden a mantener sus Tc cercanas a las temperaturas “óptimas” en términos de actividad metabólica y de desempeño fisiológico. Los ajustes termorregulatorios para mantener la Tc adecuada resultan de un balance entre diversos requerimientos como el forrajeo, la evitación de depredadores, y el desarrollo de actividades sociales y reproductivas, además de la necesidad circunstancial de fortalecer el sistema inmune mediante el aumento de la Tc. Las respuestas a una infección pueden observarse no sólo en diferencias de la Tc media, sino también en un ajuste de la precisión en la termorregulación. Algunos estudios realizados en lagartos demostraron que, ante una infección simulada, los individuos podrían optar entre dos posibles estrategias conductuales, la fiebre o la hipotermia. Se considera que los dos mecanismos termorregulatorios representan estrategias complementarias de supervivencia ante un proceso de inflamación sistémica; la fiebre conductual asegura el ataque activo contra el agente infeccioso, mientras que la hipotermia permite contrarrestar la infección conservando la energía disponible. Las diferentes respuestas termorregulatorias ante una infección bacteriana pueden estar afectadas tanto por el estado de salud y reproductivo de los individuos, como por la disponibilidad de microambientes térmicos predominantes en su ambiente. Los individuos con un bajo índice de condición corporal (indicador de bajas reservas energéticas) y aquellos que habitan ambientes rigurosos fríos suelen desarrollar hipotermia conductual. En cambio, los individuos que presentan un índice de condición corporal normal y que habitan ambientes más benignos, tienden a aumentar la temperatura ante un desafío inmune, desarrollando fiebre conductual. En ambos casos la posibilidad de realizar respuestas conductuales o fisiológicas impacta en la adecuación biológica dado que el estado de salud puede afectar la capacidad de locomoción y la resistencia física, influyendo así en actividades vitales tales como el forrajeo, las interacciones sociales y la reproducción. En esta tesis presento información de base respecto al estado de salud (presencia de ectoparásitos, valores hematológicos, ensayo de inflamación de la piel con fitohemaglutinina e índice de condición corporal) y la respuesta termorregulatoria a una endotoxina bacteriana (lipopolisacárido, LPS) de dos especies hermanas de liolaémidos vivíparos, de la Patagonia, Argentina: Liolaemus kingii y Liolaemus sarmientoi. Ante un mismo desafío inmune, se espera que estas especies que habitan a diferentes latitudes, termorregulen según la disponibilidad térmica de su ambiente natural. Predecimos que los individuos de L. kingii, que habitan ambientes con climas templados, tenderán a desarrollar fiebre conductual, mientas que los individuos de L. sarmientoi que habitan en climas fríos, seleccionarán menores temperaturas desarrollando hipotermia conductual. También se espera que la respuesta termorregulatoria muestre interacción con el estado de salud inicial de los individuos. Además, se analiza sólo para L. sarmientoi, cómo el estado de salud que presentan en su ambiente natural afecta la termorregulación y el rendimiento locomotor (velocidad y resistencia). Los individuos de L. sarmientoi mostraron capacidad de realizar un ajuste fisiológico para mejorar la respuesta inmune a una posible infección o enfermedad dado que se observó relación entre la termorregulación y el rendimiento locomotor con el perfil leucocitario. Los juveniles y machos adultos de esta especie fueron capaces de seleccionar mayores temperaturas corporales preferidas (Tp y Tp-max) cuando presentaron altos recuentos de eosinófilos o basófilos, y mejorar así, la actividad fagocítica de estos leucocitos mediante un incremento de la temperatura corporal. En contraste, las hembras preñadas de L. sarmientoi mantuvieron sus temperaturas preferidas estables y no mostraron relación con el perfil leucocitario. En cuanto al rendimiento locomotor sólo en los juveniles, la resistencia locomotora fue menor en los individuos que presentaron un alto porcentaje de heterófilos, relacionados con la respuesta inmune innata. En cambio, tanto en machos adultos como en hembras preñadas, no se halló una relación entre el rendimiento locomotor (velocidades de carrera corta y larga, y resistencia locomotora) y el perfil leucocitario. Los individuos de ambas especies estudiadas Liolaemus kingii y Liolaemus sarmientoi, presentaron un buen estado de salud en su ambiente natural, evidenciado por la ausencia de lesiones externas o ectoparásitos, un índice similar de condición corporal entre individuos y la capacidad para desarrollar una respuesta inflamatoria temporal y localizada cuando fueron inyectados con fitohemaglutinina (PHA). Liolaemus kingii y L. sarmientoi, termorregularon en forma diferente ante el desafío inmune, aunque no variaron en el perfil leucocitario entre individuos inyectados con una endotoxina bacteriana (lipopolisacárido, LPS) y los controles. Ante la misma amenaza de patógeno (LPS) en condiciones experimentales de laboratorio similares, las lagartijas termorregularon a temperaturas cercanas a la temperatura corporal (Tc) que experimentan en su ambiente a diferencia de los individuos control (inyectados con solución fisiológica). Los resultados sugieren que la disponibilidad de temperaturas en los ambientes de L. kingii (Te = 18.6 °C) y L. sarmientoi (Te = 11.7 °C; Te media de los meses de actividad) resulta en una adaptación, modelando diferentes caminos evolutivos para las respuestas termofisiológicas a los desafíos inmunitarios apoyando la hipótesis de esta tesis. Los individuos de L. kingii inyectados con LPS en el laboratorio mantuvieron su Tp alta y estable dentro del rango del Tset a lo largo de todo el experimento. En cambio, los individuos de L. sarmientoi inyectados con LPS, disminuyeron su Tp mostrando la capacidad de realizar termorregulación conductual, desarrollando hipotermia. Se espera que surjan futuras investigaciones para avanzar en el entendimiento de la ecoinmunología en lagartos y responder interrogantes relacionados con los posibles desafíos del cambio climático que están afectando la diversidad de ambientes para la termorregulación y sometiendo las poblaciones a nuevos patógenos.

Reptiles, as ectotherms, closely depend on environmental temperature, although many species are capable of regulating their body temperature (Tc) with remarkable precision through behavioral and physiological mechanisms. In particular, reptiles tend to keep their Tc close to "optimal" temperatures in terms of metabolic activity and physiological performance. In order to maintain adequate Tc, thermoregulatory adjustments result from a balance among various requirements such as foraging, avoidance of predators, and the development of social and reproductive activities, in addition to the circumstantial need to strengthen the immune system by increasing Tc. Responses to an infection can be seen not only in differences in mean Tc, but also in thermoregulation precision. Some studies carried out in lizards showed that, when faced with a simulated infection, individuals could choose between two possible behavioral strategies, fever or hypothermia. It is considered that the two thermoregulatory mechanisms represent complementary survival strategies in the face of a systemic inflammation process; behavioral fever ensures the active attack against the infectious agent, while hypothermia allows to counteract the infection while conserving the available energy. The different thermoregulatory responses to a bacterial infection can be affected both by the health and reproductive status of individuals, and by the availability of predominant thermal microenvironments in their environment. Individuals with a low body condition index (indicator of low energy reserves) and those which live in harsh cold environments often develop behavioral hypothermia. In contrast, individuals which present a normal body condition index and living in milder environments tend to increase the temperature when faced with an immune challenge, developing behavioral fever. In both cases, the possibility of carrying out behavioral or physiological responses impacts fitness since the state of health can affect locomotion capacity and physical resistance, thus influencing vital activities such as foraging, social interactions and reproduction. In this thesis I present basic information regarding the health status (presence of ectoparasites, hematological values, skin inflammation test with phytohemagglutinin and body condition index) and the thermoregulatory response to a bacterial endotoxin (lipopolysaccharide, LPS) of two sister species of viviparous liolaemids, from Patagonia, Argentina: Liolaemus kingii and Liolaemus sarmientoi. Faced with the same immune challenge, it is expected that these species that inhabit different latitudes, thermoregulate according to the thermal availability of their natural environment. We predict that L. kingii individuals, which inhabit environments with temperate climates, will tend to develop behavioral fever, while L. sarmientoi individuals that live in cold climates will select lower temperatures, developing behavioral hypothermia. The thermoregulatory response is also expected to show interaction with the initial health status of individuals. In addition, it is analyzed only for L. sarmientoi, how the state of health that they present in their natural environment affects thermoregulation and locomotor performance (speed and endurance). The individuals of L. sarmientoi showed the ability to perform a physiological adjustment to improve the immune response to a possible infection or disease, since a relationship between thermoregulation and locomotor performance with the leukocyte profile was observed. Juveniles and adult males of this species were able to select higher preferred body temperatures (Tp and Tp-max) when they presented high counts of eosinophils or basophils, thus, improving the phagocytic activity of these leukocytes through an increase in body temperature. In contrast, the L. sarmientoi pregnant females maintained their preferred temperatures stable and showed no relationship with the leukocyte profile. Regarding locomotor performance only in juveniles, locomotor resistance was lower in individuals which presented a high percentage of heterophiles, related to the innate immune response. In contrast, in both adult males and pregnant females, no relationship was found between locomotor performance (short and long running speeds, and locomotor endurance) and the leukocyte profile. The individuals of both species studied, Liolaemus kingii and Liolaemus sarmientoi, presented a good state of health in their natural environment, evidenced by the absence of external lesions or ectoparasites, a similar index of body condition among individuals and the ability to develop a temporary inflammatory response and localized when they were injected with phytohemagglutinin (PHA). Liolaemus kingii and L. sarmientoi, thermoregulated differently before the immune challenge, although they did not vary in the leukocyte profile between individuals injected with a bacterial endotoxin (lipopolysaccharide, LPS) and the controls. Faced with the same pathogen threat (LPS) in similar experimental laboratory conditions, the lizards thermoregulated at temperatures close to the body temperature (Tc) that they experience in their environment unlike control individuals (injected with physiological solution). The results suggest that the availability of temperatures in the environments of L. kingii (Te = 18.6 °C) and L. sarmientoi (Te = 11.7 °C; mean Te of the activity months) result in an adaptation, modeling different evolutionary pathways for thermophysiological responses to immune challenges supporting the hypothesis of this thesis. Liolaemus kingii individuals injected with LPS in the laboratory kept their Tp high and stable within the Tset range throughout the entire experiment. In contrast, L. sarmientoi individuals injected with LPS, decreased their Tp showing the ability to perform behavioral thermoregulation, developing hypothermia. Future research is expected to advance in the understanding of ecoimmunology in lizards and in answering questions related to the possible climate change challenges that are affecting the diversity of environments for thermoregulation and subjecting populations to new pathogens.