The parasite fauna of economically important pelagic fishes in Lake Tanganyika

Mgr. Nikol Kmentová, Ph.D.

Doctoral thesis

Abstract:

Biodiverzita je globálně používaný termín charakterizující rozmanitost a variabilitu života na Zemi. Doposud bylo popsáno mnoho různých úrovní a definic biodiverzity, avšak nejvíce rozšířeným ukazatelem biologické rozmanitosti je počet druhů. I přes nižší úroveň biodiverzity oproti litorálu, globální význam pelagické zóny mořských i sladkovodních ekosystémů tkví především v její vysoké produktivitě, která je hnací silou celosvětového rybářského průmyslu. Jezero Tanganika je se svou vysokou úrovní endemismu jedním z nejvíce studovaných sladkovodních ekosystémů na Zemi. Zatímco nespočet prací byl věnován cichlidám, jakožto známému modelu pro studium evolučních mechanismů, znalosti o ekonomicky významnějších skupinách ryb jsou stále nedostačující. Též parazitické organismy ve Velkých afrických jezerech, včetně jezera Tanganiky, i přes jejich důležitou úlohu v diverzifikačních procesech svých hostitelů, jsou stále přehlíženy. Předložená dizertační práce se zabývá parazitickými ploštěnci (Platyhelminthes, Neodermata) infikující ekonomicky významné druhy ryb v jezeře Tanganika z čeledí Clupeidae (sleďovití) a Latidae (latesovití), a cichlidy ze skupiny Bathybatini, za účelem studia jejich hostitelské specificity, populační struktury a historického původu. Snížená hostitelská specifita parazitů oproti litorální zóně byla prokázána u všech tří vybraných skupin hostitelů. Zatímco studované druhy cichlid a sleďovitých ryb jsou parazitovány rody Kapentagyrus a Cichlidogyrus (Monogenea, Dactylogyridae), tři ze čtyř druhů latesovitých ryb jsou hostitelé druhu rodu Dolicirroplectanum, patřící do skupiny Diplectanidae. Původ této primárně mořské skupiny parazitů v jezeře Tanganika je s největší pravděpodobností spojen s mořským původem hostitelů. Druhová diverzita motolic infikující latesovité ryby (šest druhů čeledi Cryptogonimidae) převyšuje jediný druh výše zmíněné skupiny žábrohlístů. Genetická populační struktura vybraných parazitických druhů se zdá být zcela nezávislá na gradientu zeměpisné šířky nebo hostitelském druhu. Zjištěná vnitrodruhová fenotypová plasticita je tedy je pravděpodobně ovlivněna podmínkami prostředí během ontogeneze. Nicméně, počáteční speciace poháněná vzájemnou izolací hostitelských druhů byla zjištěna druhu K. tanganicanus. Míra parazitace podmíněná velikostí hostitele byla navržena jako důvod absence jednoho z druhů Kapentagyrus v nepůvodních oblastech výskytu hostitele. Zaznamenaná expanze vybraných parazitických druhů v demografickém měřítku je pravděpodobně spjata s paleogeografickou historií oblasti jezera, včetně klimatických změn. Předložená dizertační práce zdůrazňuje důležitost využití multidisciplinárního přístupu pro studium mezidruhových rozdílů a populační struktury, a možnost využití parazitů k lepšímu porozumění pelagického ekosystému.

Abstract:

Biodiversity is a well-known term characterising the variety and variability of life on Earth. It consists of many different levels with species richness as the most frequently used measure. Despite its generally lower species richness compared to littoral zones, the global importance of the pelagic realm in marine and freshwater ecosystems lies in the high level of productivity supporting fisheries worldwide. In terms of endemicity, Lake Tanganyika is one of the most exceptional freshwater study areas in the world. While dozens of studies focus on this lake’s cichlids as model organisms, our knowledge about the economically important fish species is still poor. Despite their important role in speciation processes, parasite taxa have been vastly ignored in the African Great Lakes including Lake Tanganyika for many years. In the framework of this PhD thesis, the fauna of parasitic flatworms (Platyhelminthes, Neodermata) infecting economically important pelagic fish species in Lake Tanganyika (bathybatine cichlids, clupeids and lates perches) was characterised to analyse parasites’ host-specificity, population structure and historical origin. Overall, a low parasite host-specificity in the lake’s pelagic zone was documented in all examined fish taxa. While clupeids and bathybatine cichlids are infected by representatives of the dactylogyrid monogenean genera Kapentagyrus and Cichlidogyrus, respectively, three of the four latid species are parasitized by the same diplectanid monogenean species of Dolicirroplectanum. The origin of the primarily marine diplectanids in African freshwaters is proposed to be connected with their hosts’ marine ancestry. Interestingly, the digenean diversity recovered from three species of lates perches clearly surpassed the single monogenean species retrieved from these host species. Parasite populations were analysed by means of combined morphological and molecular approaches. Their genetic population structure does not show a clear north-south gradient. The observed geographically dependent phenotypic plasticity in monogenean species is therefore assumed to be induced by environmental differences during ontogenetic development. Nevertheless, incipient speciation related to host species identity is assumed for Kapentagyrus tanganicanus. Host size related infection dynamics of two species of Kapentagyrus were proposed to explain their contrasting success of co-introduction to non-native areas. Recent demographic expansion in monogenean species infecting clupeid and cichlid hosts was detected and can be linked with paleogeographic events and climate change, respectively. Finally, this thesis showed the importance of a combined approach in order to correctly discern between phenotypic plasticity and interspecific boundaries and highlighted the potential of parasites in better understanding the pelagic ecosystem.

Keywords

Kapentagyrus, Dolicirrolectanum, Cryptogonimidae, Clupeidae, Latidae, Bathybatini

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 14. 10. 2019

Thesis defence

• Date of defence: 12. 12. 2019
• Supervisor: Ph.D. Maarten Pieterjan Vanhove
• Reader: Tine Huyse, Ph.D., prof. Jean-Lou Justine

Masaryk University

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Ecological and Evolutionary Biology / Parasitology