Analýza vybraných ekologických a evolučně-behaviorálních aspektů v systému parazit-hostitel

RNDr. Martina Dávidová, Ph.D.

Doctoral thesis

Analysis of selected ecological and evolutionary-behavioural aspects of host-parasite systems

Abstract:

Studium vybraných interakcí v systému parazit-hostitel (model: ryba-mnohobuněčný cizopasník) bylo ústředním tématem předložené disertační práce. Práce je tvořena sedmi publikacemi a podle úhlu pohledu na studium komplexu parazit-hostitel rozdělena na dvě části, které hodnotí dva různé aspekty uvedeného systému: (1) ekologický a (2) evolučně-behaviorální. V první části práce byl vyhodnocen vliv vybraných biotických a abiotických faktorů na strukturu a složení společenstev parazitů. Modelovým hostitelem těchto tří studií byla drobná sladkovodní ryba hořavka duhová (Rhodeus amarus), charakteristická širokým areálem rozšíření a unikátním typem rozmnožování. Sezonní změny teploty vody kromě vlivu na dynamiku výskytu a epidemiologii parazitů významně ovlivňovaly i metrickou variabilitu sklerotizovaných struktur jejich příchytného aparátu (článek A), také charakter prostředí hostitele signifikantně ovlivnil složení společenstev cizopasníků (článek B), dále byl potvrzen úzký vztah mezi potravní specializací hostitele a zastoupením především endoparazitických druhů (článek B a C). Nakonec byl potvrzen i vztah mezi velikostí (věkem) hostitele a složením společenstva parazitů (článek B), ačkoliv variabilita vysvětlená délkou byla velmi nízká. Druhá, převážně na experimentálních studiích založená část práce byla zaměřena na studium vlivu parazitů na imunokompetenci, chování a reprodukci hostitele. V této části byly použity čtyři parazito-hostitelské systémy, přičemž každý systém byl specifický pro daný typ studie. Hypotéza pozitivní závislosti plodnosti a virulence (míra poškození hostitele) parazita byla testovaná v experimentálních podmínkách na modelu lososa obecného (Salmo salar) a parazitického korýše Lepeophtheirus salmonis (článek D). Získané výsledky naznačují, že hierarchické postavení subdominantních ryb, které je úzce spojené se sociálním stresem, může signifikantně ovlivnit výsledky měření virulence parazita. Také výsledky experimentálních testů zaměřených na sledování selektivní predace karase stříbřitého (Carassius auratus), infikovaného larválními stádii strigeidní motolice Posthodiplostomum cuticola, okounem říčním (Perca fluviatilis) podporují hypotézu o potenciálním vlivu parazita na chování hostitele (článek E). Role parazitů při pohlavním výběru byla v našem případě testovaná na dvou odlišných parazito-hostitelských modelech. Pozitivní vztah mezi sexuální ornamentací a parazitární infekcí byl potvrzen u cejna velkého (Abramis brama), kdy samci v období tření investovali více energie do reprodukce (rozvoj sexuální ornamentace) než do obranyschopnosti proti parazitům (článek G), avšak žádný vztah mezi sexuální ornamentací (zbarvením oka) a parazitární infekcí nebyl zjištěn u samců hořavky duhové (R. amarus) (článek F).

Abstract:

The thesis summarizes analyses of the selected processes and patterns of host-parasite interactions in the model of fish-parasite systems. The thesis is composed of 7 papers divided in the two sections: (1) ecological aspects of the host-parasite system and (2) evolutionary-behavioural aspects of the host-parasite systems. The European bitterling (R. amarus), small cyprinid fish inhabiting lentic and riverine waters with an unusual spawning relationship with freshwater mussels, is a model species for ecological studies and was used in studies included in the first section. Four specific host-parasite systems were used in the second part of the work, which was mainly experimental. The first section of the thesis was aimed to analyze the role of selected abiotic and biotic factors in the parasite infections. It was found that the occurrence of parasites and metrical variability of their attachment apparatus depended on seasonal changes in water temperature (attachment A); the composition and structure of parasite communities was significantly affected by the host habitat (attachment B); the effect of host-specific diet on the structure primary endoparasite communities was confirmed (attachments B and C) and finally host body size (age) and the structure of parasite communities were weakly associated (attachment B). The second part of the thesis was principally aimed to investigate the effect of metazoan parasites on the immunocompetence, behaviour and reproduction of the host fish. The hypothesis of positive correlation between fecundity and virulence (disease severity) of parasites was tested using the ectoparasitic crustacean Lepeophtheirus salmonis and the host Salmo salar in the experimental conditions (attachment D). The results of this experiment indicate that fish status linked with a social stress of subordinate fish can significantly affect the virulence measurements. Experimental tests on the selective predation rate of the Posthodiplostomum cuticola infected fish (Carassius auratus) by non-host predator (Perca fluviatilis) supported the hypothesis of the effect of parasite on the fish behaviour (attachment E). The relationship between expression of the sexual ornamentation and parasite infection was studied on two independent models of freshwater fishes (Abramis brama and R. amarus). Males of A. brama that allocated more energy resources into reproduction by developing more intensive sexual ornamentation were more susceptible to the metazoan ectoparasite infection (attachment G). On the other hand the relationship between sexual ornamentation and parasite infection rate was not confirmed in the case of males of R. amarus (attachment F). The results offered several insights into complex host-parasite relationships and provided several tests of evolutionary hypotheses.

Keywords

systém parazit-rybí hostitel, interakce, biotické a abiotické faktory, virulence, selektivní predace, pohlavní výběr

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 23. 6. 2008

Thesis defence

• Date of defence: 9. 7. 2008
• Supervisor: doc. RNDr. Milan Gelnar, CSc.
• Reader: prof. RNDr. Tomáš Scholz, CSc., prof. RNDr. Petr Horák, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Biology (4-years) / Parasitology