Effect of temperature and diet (starch and fiber) on embryonic development, energy metabolism and growth of red-footed tortoise (Chelonoidis carbonaria). - Mendoza Yengle, Pierina Jocelyn [UNESP] (Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2021)
Existe pouca informação sobre as condições de incubação dos ovos, necessidades nutricionais e de manejo em cativeiro de jabutis piranga (Chelonoidis carbonaria) para a conservação. No primeiro estudo desta dissertação considerou-se que embriões de répteis respondem às mudanças da temperatura com ajustes metabólicos e fisiológicos que influenciam o sucesso de eclosão, fenótipo, e taxa de crescimento. As mudanças climáticas e o aquecimento global podem afetar as populações de répteis e a incubação artificial tem sido proposta como uma estratégia potencial para estudar e mitigar esses efeitos. Foram coletados ovos de jabuti piranga e incubados artificialmente às temperaturas constantes de 27,5°C e 29,5°C para determinar o efeito da temperatura no desenvolvimento embrionário mediante ovoscopia; a morfologia e a taxa de crescimento inicial do filhote. Os efeitos diretos da temperatura no período de incubação, massa perdida de ovos, índice de eclosão, tamanho e peso do filhote foram avaliados na eclosão e aos três meses de idade. Filhotes produzidos à 29,5°C apresentaram períodos de incubação mais curtos (141 dias) do que os de 27,5°C (201 dias; p <0,05). A perda de massa de ovo, o peso e tamanho do filhote na eclosão não foram diferentes entre as temperaturas de incubação (P> 0,05). No entanto, o índice de incubação (taxa de sobrevivência) foi menor (64,5% versus 100%) em ovos incubados a 29,5°C, mas o peso e a largura do plastrão dos filhotes foram maiores aos 3 meses de idade do que para os filhotes dos ovos incubados a 27,5°C (p <0,05). Esses resultados indicam claramente que a temperatura de incubação tem uma influência importante no sucesso eclosão e no tamanho e peso dos filhotes nos primeiros meses, influenciando a taxa de crescimento inicial. O segundo objeto de estudo considerou que alterações da carapaça são um problema importante, observado em muitos zoológicos e criatórios ao redor do mundo. O objetivo do estudo foi determinar o efeito de dois alimentos, um com elevado teor de fibra e outro com elevado teor de amido, sobre o metabolismo energético, digestibilidade dos nutrientes e crescimento do jabuti piranga. Seguindo um delineamento inteiramente casualizado, com 20 filhotes recém eclodidos, aleatoriamente divididos em duas rações experimentais (10 filhotes por ração). O estudo teve uma duração de 18 meses, período no qual os filhotes receberam apenas sua respectiva dieta experimental, e água ad libitum. As avaliações realizadas nos animais incluíram: determinação dos coeficientes de digestibilidade aparente dos nutrientes e tempo de trânsito gastrointestinal aos 5 e 11 meses; determinação da taxa metabólica em repouso e pós-prandial, com cálculo do incremento calórico em câmaras de respirometría por calorimetria indireta aos 6 e 12 meses; avaliação do crescimento e características da carapaça, com especial atenção à formação de piramidismo; e determinação da composição corporal por absorciometria de raio-X de dupla energia (DXA) quando os animais atingiram 250 g de peso vivo. Valores de P<0,05 foram considerados significativos. As análises foram conduzidas pelo R Studio Software (versão 3.2.3, AT). Os animais alimentados com a dieta alto amido apresentaram maiores consumos massa-específicos de matéria seca (12,75±3,11mg) em comparação aos animais da dieta alta fibra (10,20±3,37mg) (P<0,05). Apresentaram, ainda, menores tempos de trânsito e retenção gastrointestinal dos alimentos, de 2,95±1,01 e 8,09±2,05 dias, respectivamente (P<0,05), em comparação aos animais alimentados com dieta alta fibra (4,23±1,40 e 10,05±2,41 dias, respectivamente). Maiores eficiências digestivas dos nutrientes avaliados foram observadas em animais alimentados com a dieta com alto amido, com coeficiente de digestibilidade aparente da energia de 75,73±2,68% em comparação a 68,10±2,35% para a dieta alta fibra (P<0,05). A digestibilidade aparente da proteína bruta, no entanto, foi maior na dieta com alta fibra (P<0,05). Em relação à produção de calor em repouso e pós prandial na temperatura de preferência, estas não foram afetadas pela dieta (P>0,05). Foram observados incrementos calóricos de 43,85±14,92 e 41,33±14,66 kJ/kg/dia para as dietas alto amido e alta fibra, respectivamente (P>0,05). Os animais alimentados com a dieta de alto amido apresentaram aos 13 meses maiores larguras do plastrão e da carapaça, resultando em maiores taxas de crescimento da largura da carapaça do que os filhotes alimentados com a ração alta fibra (P<0,05). Sob as duas dietas animais desenvolveram carapaças com aparência piramidal, mas os alimentados com alto amido desenvolveram alterações de piramidismo com maior intensidade (P<0,05). Adicionalmente, os filhotes alimentados com alto amido apresentaram menor conteúdo mineral (1,88±0,15% versus 2,15±0,19%) e menor densidade óssea (0,13±0,01g/mm2 versus 0,15±0,02g/mm2) do que os alimentados com alta fibra (P<0,05), reforçando a piora na formação da carapaça. No terceiro estudo, filhotes alimentados com a dieta alta em fibra foram mantidos à duas temperaturas (18°C e 28°C), para avaliar o efeito da temperatura no consumo de energia bruta e digestível, taxa metabólica em repouso e pós-prandial aos 6 e 12 meses, e a temperatura corporal superficial. Maior consumo massa-específico de energia bruta e ganho de peso foram obtidos na primavera e verão. A maior e menor taxa metabólica em repouso à 28°C foram obtidas na primavera e inverno, respectivamente. À 28°C, os animais apresentaram maior consumo diário de energia bruta e digestível, consumo de oxigênio, produção de CO2, e taxa metabólica em repouso e pós-prandial, sendo a produção de calor em repouso de 30,56±4,07kJ/kg/dia à 28°C e de apenas 7,71±1,26kJ/kg/dia à 18°C (P<0,05). Coeficiente do incremento calórico específico foi também afetado pela temperatura, sendo a digestão menos dispendiosa energeticamente à 28°C do que a 18°C (P<0,05). Coeficientes respiratórios atípicos foram observados à 18°C (0,30-0,50). Adicionalmente uma forte influência da massa corporal foi descrita na taxa metabólica em repouso com exponente alométrico de 0,62 e 0,92 à 28°C e 18°C, respectivamente. E observou-se a prioridade de termorregular a temperatura superficial da cabeça sob temperatura baixa, e os animais apresentaram temperaturas corporais superficiais maiores pós alimentação. Como conclusão, o presente trabalho indica a importância de se considerar o efeito da temperatura e da composição da dieta no metabolismo energético e crescimento de jabuti piranga. Alimentos com maior energia digestível, como elevado amido pode induzir crescimento mais acelerado da carapaça com menor mineralização. Adicionalmente a importância de considerar a diferencia dos requerimentos de energia em diferentes regimes térmicos.

There is very little information about egg incubation conditions, nutrient requirements, and captive management of the red-footed tortoise (Chelonoidis carbonaria) for conservation purposes. In the first study of this thesis, it was considered that reptile embryos respond to temperature changes with metabolic and physiological adjustments that influence hatchling success, phenotype, behaviour, and growth rate. Climate change and global warming can affect the reptile population by altering the frequencies of hatchling survival and phenotypes. Therefore, previous studies proposed artificial incubation as a potential strategy for mitigating these effects. Red-footed tortoise eggs were collected and incubated at constant temperatures of 27.5°C and 29.5°C to investigate the physiological effects of temperature on embryo development, hatchling morphology and early growth rate. The direct effects of temperature on the incubation period, lost egg mass, hatching index, hatchling size, and mass were evaluated at hatching and at three months of age. Hatchlings from 29.5°C presented shorter incubation times (141 says) than those from 27.5°C (201 days; P<0.05). Egg mass loss, hatchling mass, and size at hatching were not different between the incubation temperatures (P>0.05). However, the hatching index (survival rate) was lower (64.5% versus 100%) in eggs incubated at 29.5°C, but the hatchling mass and straight plastron width were higher at 3 months of age than those for eggs incubated at 27.5°C (P<0.05). These results clearly indicate that incubation temperature has an important influence on hatchling success and hatchling size and mass in the first months by influencing the early growth rate. The second objective of the thesis considered that changes in the carapace are an important problem, observed in many zoos around the world. The objective was to determine the effect of two diets, one with a high fiber content and the other with a high starch content, on energy metabolism, nutrient digestibility, and growth of the red-footed tortoise. Following a completely randomized design, with 20 hatchlings, randomly divided into two experimental diets (10 hatchlings per feed). The study lasted 18 months, during which the animals received only their respective experimental diet, and water ad libitum. The evaluations performed on the animals included: determination of the apparent digestibility coefficients of the nutrients and gastrointestinal transit time at 5 and 11 months; determination of the metabolic rate at rest and postprandial, with calculation of the heat increment in respirometry chambers by indirect calorimetry at 6 and 12 months; evaluation of the growth and characteristics of the carapace, with special attention to the formation of pyramiding; and determination of body composition by dual energy X-ray absorptiometry (DXA) when the animals reached 250 g of body mass. Values of P <0.05 were considered significant. The analyzes were conducted by R Studio Software (version 3.2.3, AT). Animals fed with the high starch diet showed higher mass-specific dry matter intake (12.75±3.11mg) compared to animals fed with the high fiber diet (10.20±3.37mg) (P<0.05). They also presented shorter transit times and gastrointestinal retention offood, of 2.95±1.01 and 8.09±2.05 days, respectively (P<0.05), compared to animals fed a high fiber diet. (4.23±1.40 and 10.05±2.41 days, respectively). Higher digestive efficiencies of the evaluated nutrients were observed in animals fed with the high starch diet, with an apparent energy digestibility coefficient of 75.73±2.68% compared to 68.10±2.35% for the high fiber diet. (P<0.05). The apparent digestibility of crude protein, however, was higher in the high fiber diet (P<0.05). Regarding the production of heat production at rest and post-prandial at the preferred temperature, these were not affected by the diet (P>0.05). Heat increments of 43.85 ± 14.92 and 41.33 ± 14.66 kJ/kg/day were observed for the high starch and high fiber diet, respectively (P>0.05). The animals fed with the high starch diet presented, at 13 months, wider plastrons and carapaces, resulting in higher growth rates of the carapace width than the hatchlings fed with the high fiber diet (P<0.05). Under the two animal diets, they developed pyramiding growth, but those fed with the high starch diet developed this doming with greater intensity (P<0.05). Additionally, hatchlings fed with the high starch diet had lower mineral content (1.88±0.15% versus 2.15±0.19%) and lower bone density (0.13±0.01g/mm2 versus 0.15±0.02g/mm2) than those fed with the high fiber diet (P<0.05). In the third study, hatchlings fed with the high fiber diet were kept at two temperatures (18 ° C and 28 ° C), to assess the effect of temperature on the consumption of gross and digestible energy, resting and post-prandial metabolic rate at 6 and 12 months old, and surface body temperature. Higher mass-specific consumption of gross energy and body mass gain were obtained in the spring and summer. The highest and lowest resting metabolic rate at 28°C were obtained in spring and winter, respectively. At 28°C, the animals showed higher daily consumption of gross and digestible energy, oxygen consumption, CO2 production, and rest and post-prandial metabolic rate, with a heat production at rest of 30.56±4.07kJ/kg/day at 28 °C and only 7.71±1.26 kJ/kg/day at 18°C (P<0.05). Specific heat increment coefficient was also affected by temperature, with digestion being less energy-intensive at 28°C than at 18°C (P<0.05). Atypical respiratory coefficients were observed at 18°C (0.30-0.50). In addition, a strong influence of body mass has been described on the resting metabolic rate with an allometric exponent of 0.62 and 0.92 at 28°C and 18°C, respectively. In addition, it was observed the priority of thermoregulating the surface temperature of the head under low temperature, and animals presented higher surface body temperatures after feeding. In conclusion, the present work indicates the importance of considering the effect of temperature and the composition of the diet on energy metabolism and growth of red-footed tortoise. Feeds with higher digestible energy, such as high starch, can induce accelerated carapace growth with less mineralization. In addition, the importance of considering the difference in energy requirements in different thermal regimes.
Efeito da temperatura e dieta (amido e fibra) no desenvolvimento embrionário, metabolismo energético e crescimento de jabutis piranga (Chelonoidis carbonaria)
Keywords: incubação; produção de calor; partição de energia; condições térmicas; nutrição; incubation; heat production; energy partition; thermal conditions; nutrition