Aquatic life at high altitude: Respiratory adaptations in the lake titicaca frog, Telmatobius culeus

Hutchison, Victor H.; Haines, Howard; Engbretson, Gustav A.

doi:10.1016/0034-5687(76)90022-0

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“…However, capillaries penetrate the epidermis in certain fishes and amphibians where their presence is associated with cutaneous gas exchange (Mittal and Datta Munshi, 1971;Guimond and Hutchison, 1973;Hutchison et al, 1976;Toledo and Jared, 1993). The skin of the pelvic region ('seat patch') of anuran amphibians is especially thin and richly vascularized, features regarded as specializations for water uptake from moist surfaces (Toledo and Jared, 1993).…”

Section: Issues Of Thicknessmentioning

confidence: 99%

Water relations of tetrapod integument

Lillywhite

2006

Journal of Experimental Biology

262

240

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Lillywhite

2006

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“…For example, Hutchinson et al (1976) and Hutchinson (1982) showed an increase of skin surface and dermal capillary density in Telmatobius toads in Lake Titicaca at 3812 meters above sea level, (m asl). Burggren & Mwalukoma (1983) showed that larval frogs exposed to hypoxia developed thinner skin with more capillary density and a enlargement of gills.…”

Section: Introductionmentioning

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Histological Characteristics of Gills and Dorsal Skin in Ambystoma leorae and Ambystoma rivulare: Morphological Changes for Living at High Altitude

et al. 2017

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ARREDONDO, J.; GONZÁLEZ-MORALES, J. C.; RODRÍGUEZ-ANTOLÍN, J.; BASTIAANS, E.; MONROY-VILCHIS, O.; MANJARREZ, J. & FAJARDO, V.Histological characteristics of gills and dorsal skin in Ambystoma leorae and Ambystoma rivulare: morphological changes for living at high altitude. Int. J. Morphol., 35(4):1590Morphol., 35(4): -1596Morphol., 35(4): , 2017. SUMMARY:Vertebrates exhibit structural changes in their cardiovascular and gas exchange systems in response to hypoxic conditions in high altitude environments. In highland neotenic mole salamanders, as other amphibians, the majority of gases exchange is carried out for skin and gills. But, in high altitude environments, the available oxygen is lower than it is in the air thus, the scarcity of oxygen limits the survival of organisms. Many studies on this subject have focused on understanding the hematological mechanisms that amphibians exhibit in response to hypoxia. However, little is known about possible morphological changes in respiratory structures that may permit increased gas exchange during respiration in high altitude amphibians like Ambystoma leorae and A. rivulare, two threatened Mexican salamander species. The aim of the present study was to describe and compare the histological characteristics of the gills and dorsal skin of A. leorae and A. rivulare from populations at low and high altitudes. We found that, in comparison to lowland organisms, highland ones exhibited more pronounced skin folds, greater numbers of secondary branches in the gills, thinner dorsal and gill epidermises, and greater quantity of melanin surrounding the gill blood vessels. These differences permit a greater capacity for gas exchange and also increase thermoregulatory capacity in high altitude environments.

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“…El ambiente de alta montaña es desafiante en muchos sentidos, ya que es frio, ventoso, deshidratante, con variaciones significativas en la temperatura, presentan una elevada exposición a la radiación ultravioleta y un descenso significativo en la presión parcial de oxígeno, y en su conjunto, pueden interactuar e influir en la distribución y sobrevivencia de los organismos e incluso llevarlos un estado de hipoxia, situación que puede repercutir en la reproducción de los organismos. Estas características extremas afectan tanto a los animales terrestres como a los acuáticos y puede llevarlos a formar adaptaciones para hacer frente a estas condiciones (Hillman et al;Hill, 2007;Hill et al, 2008;Jackson;Campbell et al, 2001).Otros estudios han abordado el efecto que tiene la baja disponibilidad de oxígeno en los organismos, tanto en condiciones controladas de laboratorio o en su ambiente natural (Ruiz-Valencia, 2010;Scott et al, 2009; Marques et al., 2008;Moyes & Schulte, 2008;Valenzuela et al, 2002;Campbell; Alerstam, 1990), sin embargo, sólo algunos estudios se han realizado en anfibios (Méndez et al, 2004;Ruiz et al,1989;Hutchison, 1982;Ruiz et al, 1983;Hutchison et al, 1976) pero limitados son aquellos que observan si hay un efecto de la hipoxia sobre la morfología externa del corazón. …”

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Morfometría Geométrica del Corazón de Hyla plicata a Través de un Gradiente Altitudinal en el Eje Neovolcánico Mexicano

et al. 2013

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RIOS-RODAS, L.; RODRÍGUEZ-ROMERO, F. J.; VELÁZQUEZ-RODRÍGUEZ, A. S. & HERNÁNDEZ-FRANYUTTI, A. A.Morfometría geométrica del corazón de Hyla plicata a través de un gradiente altitudinal en el eje Neovolcánico Mexicano. Int. J. Morphol., 31(3):905-910, 2013. RESUMEN:Se ha descrito que el medio aéreo representa menos problemas a los organismos en relación con la hipoxia a excepción de circunstancias especiales, como la exposición a grandes alturas o las madrigueras. El ambiente de gran altitud es desafiante en diversos sentidos, dado que existen factores bióticos y abióticos que pueden interactuar para determinar la distribución y sobrevivencia de los organismos. Para conocer estos aspectos, la biología se apoya en la ecomorfología, área que ayuda a definir las diferencias morfológicas con respecto al cambio del hábitat y en la morfometría geométrica que permite analizar estadísticamente esos cambios. En el presente estudio, se evaluaron diferentes poblaciones de la rana Hyla plicata que es una de las especies que se distribuyen a mayor altitud en México, (1500 m hasta los 3700 m). Por lo que el objetivo de este estudio, fue analizar la morfología del corazón en Hyla plicata a través de un gradiente altitudinal. Para ello se colectaron organismos en cuatro localidades, una de ellas fue en La Cima (Distrito Federal a 3016 m), y tres ubicadas en el Estado de México: Buenavista (3200 m), El Cerrillo (2632 m) y San Juan Atezcapan (1860 m). Los organismos colectados se disectaron para extraer el corazón con la finalidad de digitalizarlos mediante fotografías, y analizarlos con puntos geométricos y de esta forma evaluar la forma del órgano. Los resultados indican que las localidades de mayor altitud presentan aurículas y ventrículos más ensanchados, lo que señala que esta estructura evolucionó y se adaptó para efectuar un bombeo más eficaz de la sangre y posteriormente dirigirla hacia los diferentes tejidos del cuerpo. Esta adaptación en la morfología del corazón, permitió que Hyla plicata se adaptara a los ambientes de alta montaña como se ha visto en otros vertebrados que habitan zonas de mayor altitud.PALABRAS CLAVE: Morfometría geométrica; Adaptación; Gradiente altitudinal; Hyla plicata; Corazón. INTRODUCCIÓNEl contenido de oxígeno en el aire es más abundante que en el agua, por lo que el medio aéreo presenta menos problemas relacionados con la hipoxia, en comparación con el medio acuático; la hipoxia en los vertebrados terrestres se encuentra en dos entornos naturales, uno con el incremento en la altitud y otro en las madrigueras subterráneas (Hillman et al., 2009;Jackson, 2007). El ambiente de alta montaña es desafiante en muchos sentidos, ya que es frio, ventoso, deshidratante, con variaciones significativas en la temperatura, presentan una elevada exposición a la radiación ultravioleta y un descenso significativo en la presión parcial de oxígeno, y en su conjunto, pueden interactuar e influir en la distribución y sobrevivencia de los organismos e incluso llevarlos un estado de hipoxia, situación que puede repercut...

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