Um modo de alimentação anteriormente desconhecido em milípedes e a convergência da alimentação de fluidos entre artrópodes

Leif Moritz https://orcid.org/0000-0002-6028-5189 Elena Borisova https://orcid.org/0000-0002-1794-3596 Jörg U. Hammel https://orcid .org/0000-0002-6744-6811 Alexander Blanke https://orcid.org/0000-0003-4385-6039 e Thomas Wesener https://orcid.org/0000-0002-2028-3541 Autores Informações e Afiliações

Science Advances • 16 de fevereiro de 2022 • Vol 8 , Edição 7 • DOI: 10.1126/sciadv.abm0577

Resumo

Relatamos a alimentação de fluidos com uma bomba de sucção na classe de artrópodes Diplopoda, usando uma combinação de tomografia síncrotron, histologia, microscopia eletrônica e reconstruções tridimensionais. Dentro da cabeça de nove espécies do enigmático Colobognatha, encontramos uma câmara de bombeamento, que atua como bomba de deslocamento positivo e é notavelmente semelhante à dos insetos, apresentando até convergências estruturais finas. A bomba de sucção desses milípedes funciona em conjunto com peças bucais retráteis e saliva secretada externamente para a aquisição de alimentos líquidos. A alimentação fluida é uma das grandes inovações evolutivas dos artrópodes terrestres, e nosso estudo sugere que evoluiu com soluções biomecânicas semelhantes convergentes em todos os principais táxons de artrópodes. Embora os insetos que se alimentam de fluidos sejam megadiversos hoje, ainda não está claro por que outras linhagens, como Colobognatha, são comparativamente pobres em espécies.

INTRODUÇÃO

Os artrópodes são o grupo mais diverso de animais e desenvolveram uma imensa variedade de mecanismos de alimentação. A alimentação fluida é difundida entre várias linhagens de artrópodes, como tardígrados, onicóforos, aracnídeos, crustáceos e insetos, e tem sido suspeitada para um pequeno grupo de milípedes, os Colobognatha ( 1 – 3 ). Até agora, a morfologia interna do aparelho de alimentação e o mecanismo de alimentação desses milípedes permaneceram em grande parte desconhecidos. Para entender melhor como os colobognatos se alimentam e como a alimentação fluida evoluiu nos artrópodes, é essencial uma comparação com outros artrópodes suctoriais. Dentro de várias linhagens de artrópodes, diferentes mecanismos de bombeamento evoluíram para o transporte de fluidos do exterior para o canal alimentar. Todos esses sistemas de bombeamento dependem da criação de pressão negativa para atrair líquidos. Isso pode ser alcançado de várias maneiras, como a faringe sugadora trirradiada de tardígrados e vermes de veludo ( 4 ), por contração peristáltica do intestino como em Pauropoda ( 5 ), ou por uma ou várias câmaras de bombeamento mais complexas como em aracnídeos ( 6 ), crustáceos parasitas ( 7 ) e muitos insetos ( 8 ). Órgãos de bombeamento complexos para alimentação de fluidos são mais diversos e melhor estudados em insetos que se alimentam de fluidos, nos quais evoluíram independentemente em várias linhagens principais contribuindo para metade da diversidade de insetos ( 9 , 10 ). Na maioria dos insetos que se alimentam de fluidos, uma probóscide, formada pelo aparelho bucal, é combinada com uma câmara de bombeamento, que possui arquitetura semelhante em várias ordens ( 11 ), e pode ter desempenhado um papel na diversificação dos insetos ( 12 ). Os líquidos são atraídos para o canal alimentar e transportados para o intestino anterior por uma combinação de forças capilares e um gradiente de pressão criado por uma mudança volumétrica da câmara de bombeamento. Essas câmaras de bombeamento são geralmente formadas por modificações do cibário, uma câmara pré-oral anterior à boca real, e mostram um padrão morfológico comum: a câmara consiste em um piso esclerotizado rígido, um teto flexível, que é elevado por fortes músculos dilatadores para expandir o lúmen e as válvulas ou músculos anteriores e posteriores, que direcionam o fluxo de fluidos. Até agora, estruturas semelhantes são desconhecidas de milípedes, que se alimentam principalmente de material vegetal morto com peças bucais mordendo-mastigando. 13 ).

Para os milípedes colobognatas (colobo, reduzido; gnathos, mandíbula), um grupo remanescente pobre em espécies dos Diplopoda, a alimentação fluida foi suspeitada por causa de suas cabeças acuminadas e mandíbulas amplamente reduzidas ou modificadas, em comparação com os milípedes mordedores-mastigadores ( 1 – 3 , 14 , 15 ). No entanto, o modo exato de absorção de fluido não é claro, e uma estrutura semelhante aos órgãos de bombeamento de outros artrópodes suctoriais é desconhecida. Não apenas seu mecanismo de alimentação, mas também sua fonte de alimento permanecem enigmáticos. Colobognatha muitas vezes habitam habitats úmidos e podem ser encontrados perto de fungos ( Fig. 1A ), e alguns foram observados para sondar material vegetal em decomposição ( 3 ). Portanto, Colobognatha provavelmente se alimenta de filmes de algas, substâncias degradadas por bactérias ou hifas fúngicas ( 16 – 18 ). Com base em seu conteúdo intestinal, este último é a principal fonte de alimento da Platydesmida ( 16 ), que pode até apresentar digestão externa ( 18 ). Todas essas fontes alimentares compartilham uma consistência mais ou menos líquida, o que requer adaptações especiais do aparelho de alimentação. Em comparação com insetos e aracnídeos que se alimentam de fluidos, os Colobognatha são bastante pobres em espécies e parecem ser um grupo remanescente. 19 ) com ~250 espécies, divididas em quatro grupos, Platydesmida, Polyzoniida ( Fig. 1B ), Siphonocryptida ( Fig. 1C ) e Siphonophorida ( Fig. 1D ), que constituem 2% da diversidade de milípedes existente ( 20 ). Com exceção de Platydesmida, que apresenta a clássica configuração de peça bucal em movimento transversal sem bomba de sucção e que se alimenta por “surping” ( 21 , 22 ), a morfologia da cabeça das demais linhagens não foi estudada. Aqui, estudamos a morfologia da cabeça de representantes de todas as famílias dentro das três linhagens de colobognatas restantes (tabela S1). Nossos resultados não apenas mostram que a alimentação líquida também está presente em milípedes, mas também a comparam com outros artrópodes suctoriais para apresentar uma hipótese sobre o mecanismo geral de alimentação nesse grupo.

Fig. 1 . O habitus e a morfologia externa da cabeça de milípedes suctoriais (Colobognatha).
( A ) *Rhinotus purpureus* (Polyzoniida, Siphonotidae) em um Basidiomycota lamelado na estufa do Jardim Botânico de Bonn. ( B ) *Hirudisoma roseum* (Polyzoniida, Hirudisomatidae) da Geórgia, habitus. ( C ) *Hirudicryptus canariensis* (Siphonocryptida: Siphonocryptidae) de Tenerife, cabeça. ( D ) *Siphonophora* cf. *zelandica* (Siphonophorida, Siphonophoridae) da Nova Zelândia, habitus; fotografia de H. Reip. ( E ) *Siphonetus* sp. (Polyzoniida, Siphonotidae) da Nova Zelândia, vista fronto-lateral, microscopia eletrônica de varredura (MEV). ( F ) *Siphonethus* sp. (Siphonophorida, Siphonophoridae) da Nova Zelândia, vista dorsal da cabeça, SEM. Barras de escala, 100 μm (B, C e F) e 20 μm (E).

RESULTADOS

Nossas observações de histologia, microscopia eletrônica de varredura (MEV) e microtomografia computadorizada (μCT) mostraram que as três linhagens Polyzoniida, Siphonocryptida e Siphonophorida compartilham várias características em relação à morfologia da cabeça e ao aparelho de alimentação, que não podem ser encontradas em nenhuma outra linhagem não – milípedes colobognatas ( 13 , 15 ). As cabeças dos espécimes estudados são diminutas e variam entre 128 e 504 μm de diâmetro e 162 e 815 μm de comprimento (tabela S2). Eles são altamente cônicos, afunilando anteriormente ( Figs. 1, C e E , e 2A ), e são até mesmo alongados em um longo “bico” em algumas espécies ( Figs. 1F e 2C e fig. S1). Tal bico é formado pela cápsula da cabeça e o lábio inferior em forma de placa chamado gnathochilarium, uma característica definidora de todos os milípedes. O gnatoquilarium é firmemente pressionado à margem inferior da cápsula cefálica e ao lábio superior (labrum), deixando apicalmente apenas uma fenda fina ( Fig. 1E e fig. S2, A a J) ou um poro circular ( Fig. 2F ), como a abertura funcional da boca para a câmara pré-oral. Os dados de SEM mostraram que o labrum e o gnathochilarium carregam pequenos poros (fig. S2), que são as aberturas externas das glândulas salivares, como é evidente em cortes histológicos ( Fig. 3, C a G ). Tais poros estavam ausentes em Siphonophora . Os dados SEM mostraram ainda que o labrum (e o gnathochilarium do Siphonophorida) carrega uma incisão mediana, que é revestida por dentes ( Figs. 1E e 2F e fig. S2).

Fig. 2 . As mandíbulas de milípedes que se alimentam de fluidos.

Fig. 3. The sucking pump and salivary glands of fluid-feeding millipedes.
( A e B ) Bomba de sucção e sua musculatura associada, segmentação tridimensional baseada em dados de SR-μCT, vista fronto-lateral. (A) *H. roseum* (Polyzoniida), planos de corte de (C) a (G) são indicados. (B) *Siphonophora* sp. (Siphonophorida). ( C a G ) *H. canariensis* (Siphonocryptida), cortes histológicos da cabeça. (C e D) Macho adulto, cortes sagitais: câmara de bombeamento (C) e glândula salivar (D). (E a G) Fêmea adulta, cortes transversais: através do lobo gnatal mandibular e poros das glândulas salivares (E), porção média da câmara de bombeamento (F) e porção posterior da câmara de bombeamento (G). Barras de escala, 50 μm (C e D), 20 μm (E) e 10 μm (F e G). c1, músculos compressores; du, ductos das glândulas salivares; e, músculos epifaríngeos; gn, gnatoquilarium; mc, cardo mandibular; mg, lobo gnatal mandibular; ms, estirpes mandibulares; p, músculos dilatadores da faringe; pc, câmara de bombeamento; ro, teto da câmara de bombeamento; s1, músculo esfincteriano; sg, glândulas salivares; te, complexo tentorial.

As mandíbulas pareadas e amplamente internalizadas consistem em três partes: o cardo, os estipes e o lobo gnatal ( Fig. 2, A a C ). Dados de μCT baseados em síncrotron de alta resolução (SR) mostraram que o cardo curto, que não possui músculos, articula-se com a cápsula da cabeça e é inclinado contra uma protuberância projetada para dentro. O estipe longo e delgado dos táxons estudados articula-se com o cardo e é dotado de um conjunto de músculos mandibulares, que se originam mesalmente de um endoesqueleto esclerotizado ramificado, o chamado complexo tentorial, e um único músculo surgindo posteriormente da cápsula cefálica. Fig. 2, B e C , Fig. S3 a S11 e tabela S3). Anteriormente, o estipe articula-se com o lobo gnatal mandibular, que é pequeno e triangular em Polyzoniida e Siphonocryptida (figs. S3D e S4D) e extremamente alongado e em forma de estilete em alguns Siphonophorida ( Fig. 2, C e G , e fig. S10 ). Apicalmente, os lobos gnatais carregam dentes maiores e menores, que formam uma estrutura ventral em forma de serra em Siphonophoridae. Fig. 2, H e I , e fig. S12). Na sua base, o lobo gnatal de todos os táxons estudados dá origem a um apódema, o esclerito do lobo gnatal, ao qual se insere um único músculo (m1), surgindo posteriormente da cápsula cefálica ( Fig. 2, B e C , e figos . S3C, S4C, S8B e S10B).

Atrás dos lobos gnatais mandibulares, a câmara pré-oral se abre em uma câmara de bombeamento em todos os táxons estudados ( Fig. 3, A e B , e fig. S14). O piso em forma de U desta câmara é espesso e alto em contraste, o que pode ser devido à esclerotização, e é sustentado pelo complexo tentorial, uma parte do endoesqueleto da cabeça dos artrópodes ( Fig. 3 ). O canal formado pelo assoalho é fechado dorsalmente por um teto fino no qual se inserem grandes músculos dilatadores (p1, p2 e p3), oriundos da cápsula cefálica ( Fig. 3 e Fig. S14). Em Polyzoniida e Siphonocryptida, adicionalmente, um par de músculos compressores grandes (c1) se estende acima do teto ( Fig. 3, A e F , e figs. S3C e S4C). Posteriormente, a câmara de bombeamento abre-se no intestino anterior e é circundada por um músculo circular bem desenvolvido (s1), que parece distinto da parede muscular geral da faringe na maioria das espécies ( Fig. 3, A e C , e figs. S3C). , S4C e S8B). No entanto, tal músculo esfíncter está ausente em Siphonophoridae ( Fig. 3B e fig. S10).

A alimentação de fluidos em outros grupos de artrópodes geralmente depende de forças capilares passivas, além da alimentação suctorial ativa. Nós avaliamos o potencial de um efeito capilar calculando a altura de equilíbrio da água para Siphonophoridae, que tem o bico mais longo relatado aqui. O lúmen de seu bico é dividido mesalmente por um septo, resultando em dois canais alimentares cilíndricos separados ( Fig. 2H e fig. S15, A e B). A altura de equilíbrio para a água foi calculada para dois cenários seguindo a lei de Jurin ( 23 ) para considerar morfologias com e sem septo. No primeiro cenário, o canal alimentar é um único cilindro com diâmetro de 15 μm, e no segundo cenário, o canal alimentar é subdividido em dois cilindros, cada um com diâmetro de 7 μm, refletindo o septo relatado acima. Se a superfície interna do canal alimentar for hidrofílica e o ângulo de contato (θ) for 0° ( 24 , 25 ) ( 10 ), a altura de equilíbrio é 1,982 m para o primeiro cenário e 4,248 m para o segundo cenário. Assumindo uma superfície menos hidrofílica e, portanto, um ângulo de contato de 45°, a altura de equilíbrio é 1,402 e 3,004 m, respectivamente. Assumindo uma superfície muito fracamente hidrofílica (θ = 89°), a altura de equilíbrio é 0,035 e 0,074 m, respectivamente (ver Texto Suplementar). Dado que mesmo valores teóricos nos extremos superior e inferior das características teoricamente possíveis do fluido e da superfície resultam em efeitos capilares várias vezes maiores do que os maiores comprimentos de bico, pode-se supor que os táxons estudados também podem acessar fluidos com maior viscosidade, como partículas (por exemplo, de fungos ou algas) suspensas na saliva ou substâncias degradadas por bactérias.

DISCUSSÃO

A câmara de bombeamento e mecanismo de alimentação de milípedes colobognathan

Um mecanismo de bombeamento ativo para a ingestão de alimentos líquidos evoluiu independentemente em várias linhagens de artrópodes ( Fig. 4 e tabela S4), mas todos compartilham um princípio funcional unificador: uma bomba de deslocamento positivo força o fluido para dentro ou para fora de uma câmara por uma mudança de sua volume ( 26 , 27 ). Tardígrados, onicóforos ( 4 ) e aranhas do mar ( 28 ) possuem faringe sugadora trirradiada sem músculos constritores, enquanto muitos aracnídeos ( 6 ), colêmbolos ( 29 ) e proturanos ( 30 ) compartilham uma câmara de bombeamento com dilatador dorsal e ventral ou lateral músculos e músculos compressores circundantes.

Fig. 4 . Bombas de sucção e seus componentes funcionais em artrópodes.
A filogenia da espinha dorsal é baseada em ( 71 ), relações internas dentro de Hexapoda de acordo com ( 72 ), dentro de Myriapoda de acordo com ( 73 ), dentro de Chilopoda de acordo com ( 74 ) e dentro de Diplopoda de acordo com ( 21 ). Para referências sobre as bombas de sucção nos táxons, veja a tabela S4. Representações esquemáticas e simplificadas dos órgãos de bombeamento de vários artrópodes são mostradas à direita. Seções transversais da bomba são mostradas à esquerda e seções longitudinais são mostradas à direita; para Tardigrada e Geophilomorpha apenas a seção transversal é mostrada. As cores não indicam homologia, mas sim analogia funcional.

Dentro dos miriápodes, as centopéias geofilomórficas predadoras podem ter uma bomba faríngea com seção transversal de dupla âncora e músculos dilatadores laterais ( 31 , 32 ), enquanto os diminutos Pauropoda sugam o conteúdo das hifas fúngicas por movimentos peristálticos do intestino médio ( 5 ). Para milípedes (Diplopoda), demonstramos a presença de uma bomba de sucção e alimentação de sucção ativa, que se assemelha à maioria das linhagens de insetos que se alimentam de fluidos, mesmo em detalhes estruturais finos. Todos os Colobognatha estudados compartilham uma câmara de bombeamento com piso espesso, que é formado pelo complexo tentorial, e um teto fino, supostamente flexível, ao qual aderem grandes músculos dilatadores. A câmara de bombeamento dos milípedes pode ter sido formada por partes da câmara pré-oral e da faringe porque os músculos epifaríngeos e faríngeos se inserem em seu teto (ver Texto Suplementar e tabela S3).

O padrão básico da câmara de bombeamento colobognathan se assemelha ao de vários insetos suctoriais como os Hemiptera ( 33 , 34 ), Lepidoptera ( 8 , 35 ), alguns Hymenoptera ( 36 , 37 ), Diptera ( 38 ), Siphonaptera ( 8 ) e Thysanoptera ( 11 , 38 , 39 ) ( Fig. 4 e tabela S4). Todos esses insetos apresentam um cibário, modificado em uma câmara de bombeamento com piso rígido esclerotizado e teto fino e flexível, ao qual aderem grandes músculos dilatadores. Um sistema de bombeamento semelhante com piso esclerotizado e teto flexível com músculos dilatadores também pode ser observado na bomba de sucção pré-cerebral de Ricinulei dentro de Chelicerata ( 40 ). Lepidoptera ( 35 , 41 ), alguns Hymenoptera ( 36 ) e alguns Coleoptera ( 42 ) possuem músculos compressores dorsais que se estendem acima do teto da câmara de bombeamento, como presentes em Polyzoniida e Siphonocryptida, enquanto estes estão ausentes em outras linhagens de insetos e Siphonophorida. Esta estrutura detalhada comum da câmara de bombeamento nos milípedes suctoriais, várias linhagens de insetos suctoriais e alguns aracnídeos aparentemente evoluíram de forma convergente.

Nos milípedes estudados, o volume da bomba de sucção pode aumentar pela contração dos grandes músculos dilatadores, enquanto a parede ventral espessa evita a deformação devido ao acúmulo de pressão negativa. Este também é o caso da maioria dos insetos suctoriais com uma câmara de bombeamento similarmente estruturada ( Fig. 4 ) ( 8 , 33 – 38 ). Durante a ingestão de líquidos, o músculo esfíncter posterior fecha a bomba de sucção posteriormente em Polyzoniida, Siphonocryptida e Siphonorhinidae, semelhante aos Lepidoptera ( 35 , 43 ). Quando o músculo esfincteriano relaxa, o conteúdo da bomba de sucção é esvaziado no intestino anterior passivamente pela retração elástica da parede dorsal em Siphonophorida, como é o caso de Hemiptera e Diptera ( 34 , 44 , 45 ), ou ativamente pela ação de músculos dorsalmente da câmara, que estão presentes apenas em Polyzoniida e Siphonocryptida e podem funcionar de forma semelhante aos músculos compressores que atravessam o teto da câmara de bombeamento em Lepidoptera ( 10 , 35 ) e em alguns Hymenoptera ( 37 , 46 , 47 ) e Coleópteros ( 42 , 48 , 49 ). Um mecanismo que fecha a bomba de sucção anteriormente para evitar o fluxo de fluido para fora do aparelho bucal foi relatado para borboletas, mariposas e Hemiptera ( 43 , 44 ) mas não pôde ser identificado nos milípedes estudados. Evidências disponíveis sugerem que, em milípedes suctoriais, a bomba cheia é fechada anteriormente pelo labrum e gnatochilarium, que podem ser firmemente pressionados um ao outro [fig. S2; ( 15 , 50 )]. A ingestão de líquidos pode ser facilitada ainda mais por forças capilares que atuam na minúscula abertura em forma de fenda da câmara pré-oral. A abertura diminuta da câmara pré-oral, com incisão do lábio, resulta em forças capilares suficientes para preencher até o bico alongado de Siphonophoridae, como é o caso das borboletas ( 10 ). A estimativa superior da altura da água que sobe dentro da tromba de Siphonophorida é superior a 4 m para um bico com diâmetro de 7 μm, o que supera o comprimento do bico em múltiplos e sugere que não é necessária pressão de sucção para encher a probóscide. Um fenômeno semelhante foi observado em borboletas, onde a altura da água pode variar entre 14,7 m para um diâmetro de 2 μm e 14,7 cm para um canal alimentar de 200 μm. 10 ). Considerando que as propriedades hidrofílicas do bico são desconhecidas e que o alimento pode ser mais viscoso, valores menores podem ser esperados para Siphonophorida. Sugerimos que uma mistura de forças capilares e bombeamento ativo seja usada para transportar líquidos para o canal alimentar.

Mecanismo de protrusão-retração das mandíbulas

Embora Colobognatha tenha sido observado em fungos ou sondagem de material vegetal em decomposição ( 3 ), a ingestão real de alimentos e sua morfologia interna não foram documentadas até o momento. Com base na disposição dos músculos e elementos esqueléticos, comparados aos milípedes mordedores-mastigadores e Platydesmida, com mandíbulas que se movem em um plano transversal ( 13 , 22 , 51 – 53 ), o movimento mais provável das mandíbulas nos milípedes estudados é uma protrusão-retração através da diminuta abertura bucal funcional, semelhante ao movimento de protrusão das maxilas dos insetos ( 30 , 54 ). Portanto, as mandíbulas só podem ser usadas para penetrar superfícies ou soltar partículas raspando ou perfurando em vez de mastigar. Quando a mandíbula é retraída, o cardo é inclinado contra uma protuberância ventral da cápsula cefálica ( Fig. 2D ). Pela contração dos músculos que se estendem entre os estipes mandibulares e o complexo tentorial (m3, m4, m5; Fig. 2 ), a base mandibular se endireita e se move para frente, resultando na protrusão do lobo gnatal ( Fig. 2E ). A mandíbula é retraída pela contração dos músculos que vão do crânio ao estipe mandibular (m2) e ao esclerito do lobo gnatal (m1; Fig. 2D ). Com base nos comprimentos do músculo do lobo gnatal, do cardo mandibular e dos estipes mandibulares, as pontas dos lobos gnatais podem se projetar através da abertura da câmara pré-oral (ver Texto Suplementar). Além disso, o endoesqueleto (complexo tentorial) é mesalmente fundido e sustenta a faringe e, portanto, provavelmente é imóvel. Isso contrasta com o movimento de balanço do tentório, que é essencial para a abdução mandibular em milípedes mordedores-mastigadores ( 13 , 15 , 51 ).

saliva secretada externamente

Em milípedes mordedores-mastigadores, as glândulas salivares se abrem dentro da câmara pré-oral através de um único ducto ( 55 ), e a saliva liberada está envolvida na digestão enzimática de polissacarídeos, lipídios e proteínas ( 56 ). Em contraste, as glândulas salivares em milípedes que se alimentam de líquidos se abrem através de vários tubos cuticulares e pequenos poros externos próximos à abertura funcional da boca. Esses poros e ductos (fig. S13) são um caráter potencialmente apomórfico para Colobognatha. Para Siphonorhinidae, a liberação de secreção foi observada a partir desses poros ( 50 ). A saliva liberada dos poros pode auxiliar na lubrificação do bico, na suspensão de partículas soltas para ingestão de líquidos ou na digestão externa ( 18 , 57 ). A liberação de saliva através de vários pequenos poros espalhados no labrum e gnatochilarium, em comparação com quantidades maiores por meio de uma única abertura, também pode servir para criar uma fina película de saliva em vez de gotículas maiores, que se afastariam da ponta das cabeças cônicas em direção à saliva. o ponto de menor curvatura ( 58 , 59 ).

Diversidade e evolução dos milípedes que se alimentam de fluidos

Nos insetos, a evolução de uma bomba de sucção emparelhada com uma probóscide pode ter desempenhado um papel em sua enorme diversificação ( 12 ). Enquanto os insetos que se alimentam de fluidos são extremamente diversos e representam quase metade de todas as espécies de insetos ( 9 , 10 ), os milípedes que se alimentam de fluidos (Colobognatha) constituem apenas cerca de 2% da diversidade de milípedes existente [ca. 250 das 11.000 espécies descritas ( 20 )]. Em amostras existentes de florestas tropicais, menos de 6% da abundância de milípedes é atribuída ao Colobognatha [por exemplo, ( 60 )], enquanto eles eram o grupo dominante de milípedes ca. 100 milhões de anos atrás com base nos restos mais antigos conhecidos encontrados em âmbar birmanês ( 61 ). A morfologia externa destes Colobognatha do Cretáceo é quase idêntica à dos representantes existentes ( 62 ). A menor diversidade de Colobognatha existente em comparação com os insetos suctoriais megadiversos pode estar relacionada à menor capacidade de dispersão e dependência de habitats úmidos de diplópodes colobognatas, o que os torna mais propensos à extinção em ambientes em mudança.

Nossa descoberta de um modo de alimentação fluida neste grupo de milípedes mostra que estratégias de alimentação semelhantes e adaptações biomecânicas para avaliar alimentos líquidos evoluíram em todos os principais táxons de artrópodes. Neste contexto, o alto grau de analogia morfológica, mesmo em detalhes estruturais finos, é notável e sublinha a força da seleção para soluções funcionais comuns, uma vez que um novo tipo de alimento constituiu uma vantagem evolutiva. No entanto, nossa visão geral das estratégias de alimentação de fluidos entre artrópodes também sugere que, embora a alimentação suctorial e a especialização possam ter levado à diversificação em várias linhagens de insetos, esse não é o caso de outros grupos de artrópodes. A alimentação de fluidos por si só não é um fator universal de diversificação.

MATERIAIS E MÉTODOS

Amostragem de táxons e deposição de dados

A morfologia da cabeça de nove espécies representando todos os seis táxons superiores (famílias) de Polyzoniida, Siphonocryptida e Siphonophorida foi estudada (tabela S1). Para comparações com o Platydesmida, foram utilizados os dados de μCT já disponíveis ( 21 , 22 ) . Todos os dados de μCT, segmentações e dados histológicos digitalizados são depositados no Zenodo ( https://doi.org/10.5281/zenodo.5215894 ). Espécimes voucher foram depositados nas coleções do Museu de Pesquisa Zoológica Alexander Koenig (ZFMK) (tabela S1). As amostras foram examinadas e dissecadas com um microscópio estéreo Olympus Discovery.V12.

SR-μCT e segmentação tridimensional

Para SR-μCT, os espécimes foram fixados em solução de Bouin (Morphisto, Art.Nr. 12588) ou etanol 95% (EtOH) (tabela S1) e ponto crítico secos com Leica EM CPD 300. Os dados de SR-μCT foram obtidos no Imaging Beamline P05 (IBL) operado por Helmholtz-Zentrum Hereon ( 63 – 65 ) em PETRA III [Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY), Hamburgo, Alemanha], no PSI (Paul Scherrer Institut) SLS Beamline TOMCAT-X02DA (Villingen PSI , Suíça) ( 66 ), e no Super Photon ring-8 GeV (SPring-8, Hyogo, Japão) na linha de luz BL47XU (tabela S1) ( 67 ). O corte e os ajustes de brilho e contraste das pilhas de imagens foram feitos no Fiji ImageJ versão 1.50e ( 68 ). As segmentações foram realizadas no ITK-SNAP 3.8.0 ( 69 ) e processadas posteriormente no MeshLab v2020.07 ( 70 ) e Blender 2.77 ( www.blender.org ) para renderização final. As medições foram feitas no Blender 2.77 e Fiji ImageJ versão 1.50e.

Histologia

histológicos foram obtidos de um macho e uma fêmea de Hirudicryptus canariensis (Siphonocryptida), que foram fixados em solução de Bouin e embutidos em resina epóxi (Araldite CY212, Agar Scientific Ltd., R1030) seguindo o protocolo do fabricante. Cortes semi-finos cruzados e sagitais (1 μm) foram obtidos com um micrótomo Leica HistoCore NANOCUT R com uma lâmina de diamante DiATOME histo Jumbo e corados com azul de toluidina 1% (PanReac AppliChem, A3842.0010) por 2 min. Os cortes obtidos foram fotografados com um microscópio de luz Olympus BX61VS equipado com um sistema de carregamento de slides VS120-S6-W e são depositados no ZFMK [ZFMK-HIST000002 ( H. canariensis , fêmea, cortes transversais) e ZFMK-HIST000003 ( H. canariensis , masculino, cortes sagitais)].

Microscopia eletrônica de varredura

Para SEM, os espécimes fixados em 70 ou 95% EtOH foram desidratados e secos no ponto crítico usando um Leica EM CPD 300. Os espécimes foram montados em stubs de SEM usando fita condutora e pulverizados com ouro usando o Cressington Sputter Coater 108auto. As imagens SEM foram obtidas com um microscópio eletrônico de varredura Zeiss Sigma 300 VP no ZFMK.

Forças capilares

Para estimar a capilaridade com a lei de Jurin ( 23 ), a altura de equilíbrio foi calculada sem e considerando o ângulo de contato do fluido e o canal alimentar ( 10 , 24 , 25 ), aqui calculado (ver Texto Complementar) para um ângulo de contato de 0° (alta hidrofilia), 45° (média hidrofilia) e 89° (baixa hidrofilia).

Agradecimentos

Agradecemos a J. Vehof e T. Klug (ambos ZFMK), ao grupo de trabalho do IEZ e ao Jardim Botânico da Universidade de Bonn pela assistência metodológica e discussões. Agradecemos a W. Shear e H. Enghoff pelas discussões e a este último pelo material. H. Reip agradece o material e as fotografias. Agradecemos a S. Naeem e seis revisores anônimos pelos valiosos comentários. Agradecemos a H. Wesener pela leitura de prova e a S. Berger pelas sugestões na Fig. 4 . Os dados do SR-CT foram adquiridos no Deutsche Elektronen Synchrotron (DESY; tempos de feixe I-20170869, I-20180474 e BAG-20190010), no Instituto Paul Scherrer (PSI; tempo de feixe 20171469) e no SPring-8 (Hyogo , Japão). Agradecemos ao Servicio Administrativo de Medio Ambiente y Seguridad do Cabildo de Tenerife pela concessão de licenças para a coleta de H. canariensis . LM agradece J.-W. Wägele (ZFMK) pelo encorajamento e discussões frutíferas.

Financiamento: Este trabalho recebeu apoio da Fundação Alemã de Pesquisa (DFG; Projetos WE 2479/4-1 e BL 1355/5-1), do Conselho Europeu de Pesquisa (ERC; contrato de concessão nº 754290) e da NSF (bolsas DEB 97-12438 e 05-29715).

Contribuições dos autores: Conceituação: LM, TW e AB Metodologia: LM, EB e JUH Investigação: LM, EB, JUH, TW e AB Visualização: LM Supervisão: TW e AB Redação—rascunho original: LM, TW e AB Redação—revisão e edição: LM, TW, AB, EB e JUH

Interesses concorrentes: Os autores declaram que não têm interesses concorrentes.

Disponibilidade de dados e materiais: Todos os dados necessários para avaliar as conclusões do artigo estão presentes no artigo e/ou nos Materiais Suplementares. Todos os dados gerados, incluindo metadados, são depositados no Zenodo (doi: 10.5281/zenodo.5215894 ).

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Referências

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REFERÊNCIAS E NOTAS

OF Cook, HF Loomis, Milípedes da ordem Colobognatha, com descrições de seis novos gêneros e espécies-tipo, do Arizona e da Califórnia. Proc. Nacional dos EUA. Museu 72 , 1-26 (1928).

sábado, 19 de fevereiro de 2022