Densidade celular encefálica em cinco espécies de elasmobrânquios do Atlântico Sudoeste: variações e implicações ecológicas

Abstract

Os elasmobrânquios são um grupo chave para o entendimento da caracterização encefálica de vertebrados, visto que são o primeiro clado animal vivente a apresentar a organização encefálica homóloga dos demais craniados de surgimento posterior. Apesar de seu potencial para o estudo da neurobiologia, esses animais carecem de trabalhos específicos que busquem compreender seu funcionamento nervoso, principalmente com abordagem em nível celular. Com o objetivo de aumentar a disponibilidade de dados de base e ampliar a compreensão do comportamento neurológico de elasmobrânquios, o presente trabalho relacionou diferenças na caracterização encefálica de dois tubarões (Sphyrna zygaena e Squatina guggenheim) e três raias (Dasyatis hypostigma, Pseudobatos horkelii e Rhinoptera bonasus) por meio da quantificação do número de células e da densidade celular do telencéfalo, mesencéfalo, diencéfalo, cerebelo e medula oblongata, utilizando o método do fracionador isotrópico. Observaram-se diferenças consideráveis entre os parâmetros celulares das cinco espécies, que evidenciam interações entre os aspectos ecológicos e a estruturação celular de seus cerebrótipos. De maneira geral, espécies de hábitos próximos apresentaram maior similaridade no número e distribuição total de células, onde espécies bentônicas (P. horkelii e S. guggenheim) apresentaram menor quantidade de células em relação às bentopelágicas (D. hypostigma e R. bonasus) e à pelágica (S. zygaena), padrão condizente com o que consta em literatura. A raia R. bonasus apresentou o maior número de células, possivelmente refletindo maior investimento materno na espécie, além de demandas relacionadas ao comportamento social, deslocamento em grandes cardumes e uso de nadadeiras cefálicas. O grande número de células no telencéfalo de R. bonasus e S. zygaena foi associado a seus padrões sociais, migratórios e nichos tróficos. A alta quantidade de células na medula oblonga de S. guggenheim foi relacionada com as demandas de eletrorrecepção e mecanorrecepção da estratégia alimentar de emboscada. A densidade celular exibiu hierarquia muito similar entre as espécies, com alto destaque do cerebelo na maioria. A densidade celular parece estar mais alinhada a um padrão estrutural comum entre vertebrados, do que a aspectos ecológicos, embora pareça representar otimizações de processamento nos diencéfalos de S. guggenheim e R. bonasus. A hierarquia de densidade celular entre regiões encefálicas de S. zygaena sugere um maior tamanho de células nervosas na espécie. Os dados obtidos fornecem informações inéditas a respeito da estruturação celular do encéfalo de elasmobrânquios e demonstram a aplicabilidade do fracionador isotrópico em espécies até então não analisadas por essa metodologia. Os resultados sugerem que o número total de células, mais do que a densidade celular, reflete aspectos ecológicos das espécies. Assim, sugere-se a ampliação desse tipo de estudo para um maior escopo de espécies e parâmetros, a fim de ampliar a compreensão acerca dos mecanismos ecológicos, comportamentais e evolutivos na estruturação encefálica de elasmobrânquios.

Elasmobranchs are a key group for understanding vertebrate brain organization, as they represent the earliest extant clade to exhibit the encephalic architecture homologous to that of later-diverging craniates. Despite their relevance to neurobiological studies, these animals remain understudied, particularly regarding cellular-level brain organization. To expand baseline data and improve our understanding of elasmobranch neurobiology, this study compared the encephalic characteristics of two sharks (Sphyrna zygaena and Squatina guggenheim) and three batoids (Dasyatis hypostigma, Pseudobatos horkelii, and Rhinoptera bonasus) through quantification of cell number and cell density in the telencephalon, mesencephalon, diencephalon, cerebellum, and medulla oblongata, using the isotropic fractionator method. Marked differences in cellular parameters were observed among the five species, revealing interactions between ecological traits and the cellular structuring of their cerebrotypes. In general, species with similar ecological habits shared similar total cell numbers and distribution patterns. Benthic species (P. horkelii and S. guggenheim) exhibited lower total cell numbers than benthopelagic (D. hypostigma and R. bonasus) and pelagic (S. zygaena) species, a pattern consistent with the literature. R. bonasus displayed the highest cell counts, potentially reflecting high maternal investment and demands associated with social behavior, schooling, and the use of cephalic fins. Elevated telencephalic cell numbers in R. bonasus and S. zygaena were associated with their sociality, migratory behavior, and trophic niche. The high number of cells in the medulla oblongata of S. guggenheim appears related to electrosensory and mechanosensory demands of its ambush-feeding strategy. Cell density showed a similar hierarchical pattern across species, with the cerebellum generally exhibiting the highest densities. Overall, cell density appears more aligned with conserved structural constraints among vertebrates than with ecological drivers, although potential processing optimizations were observed in the diencephalon of S. guggenheim and R. bonasus. The cell-density hierarchy in S. zygaena suggests larger neuronal cell bodies in this species. The data presented here provides novel information on the cellular organization of elasmobranch brains and demonstrate the applicability of the isotropic fractionator to species not previously analyzed with this method. Our results indicate that total cell number, more than cell density, reflects ecological patterns among species. It is suggested to expand this approach to a broader range of taxa and parameters to further elucidate the ecological, behavioral, and evolutionary mechanisms shaping elasmobranch brain structure.