Hostitelsky-specifičtí paraziti (Dactylogyrus, Monogenea) jako indikátor evoluce a historické disperze kaprovitých ryb v oblastech Mediteránu

Mgr. Michal Benovics, Ph.D.

Doctoral thesis

Host-specific parasites (Dactylogyrus, Monogenea) as indicator of evolution and historical dispersion of their cyprinid fish hosts in the Mediterranean region

Abstract:

Jedním ze základních stavebních kamenů evoluční biologie je studium parazito-hostitelských koevolučních vztahů. Jelikož evoluční historie parazitů a jejich hostitelů je obvykle úzce spjatá, je možné předpokládat, že studium parazitů přispěje k poznání evolučních procesů jejich hostitelů. Monogenea (Platyhelminthes) a jejich rybí hostitelé představují jeden z nejzajímavějších systémů pro studium parazito-hostitelských evolučních vztahů. U zástupců této skupiny parazitů se vyvinula velice úzká hostitelská specifita, kdy je jeden druh parazita často schopen cizopasit pouze na jednom druhu hostitele. Předložená dizertační práce je zaměřena na parazito-hostitelský systém Dactylogyrus (žaberní ektoparazité) a jejich rybí hostitele v Mediteránní oblasti. Studovaný rod cizopasníků se vyznačuje vysokou druhovou diverzitou a jednotliví zástupci jsou téměř výhradně paraziti kaprovitých ryb. Fascinující druhová diverzita parazitů rodu Dactylogyrus je s největší pravděpodobností důsledkem druhové bohatosti kaprovitých ryb, neboť tato skupina představuje nejvíce diverzifikovanou skupinu mezi sladkovodními rybami. Evoluční historie a historická disperze kaprovitých ryb v Mediteránu však není zcela objasněna a je pravděpodobně složitější, než se na první pohled může zdát. Právě proto se v této dizertační práci využívají paraziti jako nástroj pro objasnění evoluční historie rybích hostitelů. Ve všeobecnosti se jeví, že společenstva zástupců rodu Dactylogyrus jsou ve srovnání se střední Evropou druhově chudší v oblasti Mediteránu. Avšak celková diverzita parazitů je evidentně i nadále málo prozkoumaná, jelikož v rámci řešení problematiky dizertační práce bylo popsáno osm nových druhů Dactylogyrus. Navíc, molekulární analýzy naznačují existenci mnoha komplexů kryptických druhů, které mohou být klasickým taxonomickým přístupem, založeném na morfologii, jenom těžko identifikovatelné. Kofylogenetické metody odhalily statisticky významnou koevoluční strukturu mezi evolučními historiemi parazitů rodu Dactylogyrus a jejich rybími hostiteli. Více než polovina paraziticko-hostitelských asociací významně přispívala k celkové kofylogenetické struktuře. Výsledky předložené práce demonstrují užitečnost hostitelsko-specifických parazitů pro účely studia evoluční historie a biogeografie jejich hostitelů. Navíc, studiem parazitů rodu Dactylogyrus je možné detekovat historické kontakty mezi evolučně vzdálenými liniemi ryb, které recentně žijí v alopatrii.

Abstract:

One of the fundamentals of evolutionary biology is the study of host-parasite coevolutionary relationships. Due to intertwined evolutionary history of two interacting species and on-going coadaptation processes of hosts and parasites we can expect that studying parasites will shed more light into evolutionary processes of their hosts. Monogeneans (ectoparasitic Platyhelminthes) and their fish hosts represent one of the best model for studying host-parasite evolutionary relationships using cophylogenetic approach. These parasites developed remarkably high host specificity, where each host species often serves as potential host for its own host-specific monogenean species. This thesis is focussed on the host-parasite system of Dactylogyrus (gill monogeneans) and their freshwater fish hosts in the peri-Mediterranean region. Dactylogyrus are almost exclusively parasites of cyprinoid fish and exhibit remarkable species diversity. This diversity is the most likely linked with the high diversity of their fish hosts, where Cyprinoidei represent highly diverse freshwater fish taxon. However, the historical dispersion of the cyprinoids in the peri-Mediterranean is not clearly resolved and is far more complex than could be explained by single dispersal model. Therefore, in this Ph.D thesis, the Dactylogyrus parasites were used as additional tool to investigate evolutionary history of their hosts. Communities of endemic Dactylogyrus in the peri-Mediterranean appear to be species poorer in comparison to Central Europe. However, their diversity is still weakly explored, as thesis eight new species were described in the Euro-Mediterranean region in this. Moreover, numerous species complexes appear to be present among Dactylogyrus parasites in the peri-Mediterranean, suggesting even higher species diversity of these monogeneans. Cophylogenetic methods revealed strong coevolutionary structure between phylogenies of Dactylogyrus and their respective cyprinoid hosts in peri-Mediterranean area with host switch as common coevolutionary event. Many host-parasite links significantly contributed into the global coevolutionary structure suggesting the strong coevolutionary link between associated hosts and parasites. The results presented in this thesis demonstrated usefulness of investigating the host-specific parasites phylogenetic relationships for uncovering evolutionary relationships between host lineages. Moreover, host-specific Dactylogyrus were shown as good marker to reveal historical and even more recent contacts (detecting introduction of non-native fish hosts into new regions) between cyprinoid host lineages.

Keywords

Monogenea, Cyprinoidei, Parasitismus, Hostitelská specifita, Koevoluce, Kofylogeneze, Dactylogyrus, Fylogeografie, Parasitism, Host-specificity, Coevolution, Cophylogeny, Phylogeography

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 18. 2. 2020

Thesis defence

• Date of defence: 17. 6. 2020
• Supervisor: prof. RNDr. Andrea Vetešníková Šimková, PhD.
• Reader: dr. Juan Antonio Balbuena, doc. RNDr. Jan Štefka, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Ecological and Evolutionary Biology / Parasitology