Změny ve fyziologii a chování rybího hostitele vlivem parazitární infekce

RNDr. Veronika Nezhybová, Ph.D.

Doctoral thesis

Parasite-associated changes in fish host physiology and behaviour

Abstract:

Parazité s vícehostitelskými cykly jsou schopni ovlivnit biologii svých mezihostitelů, aby zvýšili pravděpodobnost přenosu mezi hostiteli. Většinou působí pouze nepatrné změny aktivity či výběru stanovišť, v některých případech se ale jedná o nápadné změny chování, které mohou výrazně ohrozit přežití hostitele. Jako vedlejší efekt infekce může být negativně ovlivněno také rozmnožování a tím i populační dynamika hostitelských populací v prostředí s přítomností parazitů. Předložená disertační práce se zaměřuje na změny biologie dvou druhů ryb způsobené infekcí metacerkariemi motolic. V první části disertace byl studován vliv chronické infekce motolicí Diplostomum pseudospathaceum na reprodukci hořavky duhové Rhodeus amarus. U experimentálně infikovaných i kontrolních hořavek, které byly chovány v polopřirozených podmínkách, bylo sledováno a testováno množství fyziologických i behaviorálních parametrů spojených s rozmnožováním. V druhé části práce byla v rámci behaviorálních experimentů hodnocena reakce afrických anuálních halančíků Nothobranchius furzeri přirozeně infikovaných strigeidní motolicí Apatemon sp., lokalizovanou v jejich mozkovně, na simulovaný útok predátora. Výsledky ukázaly, že různé druhy parazitů s podobným životním cyklem mohou mít výrazně odlišný dopad na své hostitele. Vliv infekce D. pseudospathaceum na rozmnožování hořavky duhové byl poměrně omezený. U skupiny infikovaných ryb bylo zaznamenáno méně výrazné samčí zbarvení a téměř dvoutýdenní zpoždění vrcholu samičí reprodukce a produkce potomků oproti skupině kontrolních ryb. Počet potomků a samic v ovulaci za celou dobu reprodukce byl však u obou skupin srovnatelný. Mezi kontrolními a infikovanými rybami nebyl významný rozdíl v intenzitě metabolismu, stejně tak se nelišila reprodukční aktivita v testu pohlavního výběru. Možné negativní účinky chronické infekce motolicí mohly být částečně zmírněny příznivými podmínkami v průběhu experimentů. Oproti tomu u halančíků z populací s výskytem motolice Apatemon sp. bylo zaznamenáno nápadné riskantní chování. Infikované ryby trávily většinu času v blízkosti vodní hladiny a po simulovaném útoku předváděly nápadné chování zahrnující skoky nad hladinu, nekoordinované pohyby a rotace. Takové chování by mohlo výrazně usnadit lokalizaci a predaci infikovaných hostitelů ptačími definitivními hostiteli. Extrémně krátká délka života halančíků zde může hrát významnou roli při vzniku a udržení tohoto typu manipulace.

Abstract:

Parasites with complex life cycles are able to affect host biology to increase transmission success between hosts. In most cases, there are only simple alterations in activity or habitat use, while others represent fascinating behavioural changes that can compromise host survival. As the side effect of the infection, reproduction can be negatively affected with consequences on the fish population dynamics in parasite-affected environments. The present thesis focuses on the changes in biology of two intermediate host fish species caused by the infection by trematode metacercariae. In the first part of the disertation the effects of chronic infection with the widespread eye fluke Diplostomum pseudospathaceum on the reproductive traits of European bitterling Rhodeus amarus were studied. Multiple morphological and behavioural traits related to reproduction were monitored and tested in experimentaly infected and control bitterlings reared in semi-natural conditions. In the second part of thesis, the response to a simulated predator attack was evaluated in African annual killifish, Nothobranchius furzeri, naturally infected by metacercariae of a strigeid trematode, Apatemon sp., residing in their cranial cavity. The results show that different species of parasites with a similar life cycle may have various impacts on their hosts. The effect of D. pseudospathaceum infection on bitterling reproduction was relatively limited. Infected males exhibited less pronounced red eye spot and there was an almost two week delay in the peak of female ovulation and offspring production than in control females. However, the overal number of offspring and female ovulation was comparable between infected and control females. There was no significant difference in metabolic rate in control and infected fish and, consistent to these results, reproductive activity in the test of sexual selection did not differ in the two experimental groups. The possible negative effects of chronic parasitic infection may have been partially mitigated by favourable conditions during the experiments. Compared to that, in killifish from populations with the presence of Apatemon sp. metacercariae, a conspicuous risky behaviour was recorded. Infected fish spent most of time near the water surface and after simulated attack they displayed conspicuous swimming behaviour including jumps above the water surface, uncoordinated movements and rotations. Such behaviour could facilitate location and predation of infected hosts by avian definitive hosts. The extremely short lifespan of killifish might play a significant role in the evolution of behavioural manipulation.

Keywords

vliv parazita, rozmnožování, manipulační hypotéza, antipredační chování, mezihostitel, motolice, hořavka duhová, Diplostomum, Nothobranchius, Apatemon, Parasite impact, reproduction, manipulation hypothesis, anti-predator behaviour, intermediate host, Trematode, European bitterling

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 11. 11. 2020

Thesis defence

• Date of defence: 14. 1. 2021
• Supervisor: Mgr. Markéta Ondračková, Ph.D.
• Reader: doc. RNDr. Roman Kuchta, Ph.D., Yuriy Kvach, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Ecological and Evolutionary Biology / Parasitology