Behavioural, ecological and physiological aspects of bitterling-mussel coevolution

Abhishek Nair Anil Kumar Nair, Ph.D.

Disertační práce

Anotace:

Koevoluce je důležitý evoluční proces, který někdy eskaluje do scénáře evolučních „závodů ve zbrojení“ mezi hostiteli a parazity. To se promítá do behaviorálních, ekologických a fyziologických vlastností. Neobvyklá vzájemná parazitická interakce mezi hořavkami a sladkovodními mlži představuje robustní systém pro studium koevoluční dynamiky. Hořavkou parazitovaní mlži mají také své vlastní parazitické larvální stádium (zvané glochidium). To se přichytí na povrch těla ryb, včetně hořavek, a zůstane přichyceno až do metamorfózy. Naopak hořavky jsou obligátními parazity mlžů a kladou jikry do jejich žaber. Antiparazitické strategie jsou zřejmé u obou partnerů tohoto vztahu. Jsou to například vyhazování jiker ze žaber mlžů či schopnost hořavek se zbavit glochidií. Hořavky jsou také aktivní ve výběru konkrétního mlže pro kladení jiker. Povaha těchto interakcí je ovlivněna koevolucí a může být dále formována biologickými invazemi. Sinanodonta woodiana je velevrubovitý mlž východoasijského původu. Je to celosvětově invazní druh, který se v posledních dekádách šíří i v Evropě. Zařazení S. woodiana do mých experimentů umožnilo otestoval náhlé změny v koevoluční dynamice hořavek a mlžů. Pomocí manipulativních experimentů, měření pohybových schopností, experimentů s úspěšností přezimování a pozorování chování jsem testoval, jak lokální adaptace, koevoluce a interakce s invazním druhem ovlivňují vztah hořavek a mlžů. Mé výsledky ukazují na zásadní vliv lokálních adaptací, ale také na nezanedbatelnou roli dávné koevoluční minulosti (vliv koevolučních hotspotů). V jiných studiích jsem ukázal, že délka koevoluce hraje významnou roli ve schopnosti se vyrovnat s parazitární zátěží u hořavek infikovaných glochidiemi. Srovnání chování hořavek z jednotlivých populací prokázalo schopnost vyhýbání se populaci mlžů z frontálních invazních populací S. woodiana. Naopak behaviorální odpověď hořavek nebyla klíčovým faktorem vyhýbání se kontaktu s invazními glochidiemi. Studiem behaviorálních, ekologických a fyziologických aspektů tato práce přispívá k poznání prostorových a časových aspektů koevoluce hořavek a mlžů.

Abstract:

Coevolution is an influential selective process which may escalate in the ‘arms-race’ scenario between hosts and parasites. This can be reflected in behavioural, ecological or physiological traits. The unusual reciprocal parasitic interaction between bitterling fish and freshwater unionid mussels represents a robust system to study the dynamics of coevolution. Unionids have a parasitic larval stage called glochidia that attach onto fish, including bitterlings, to undergo metamorphosis. In reverse, bitterling fish are obligate brood parasites of unionid mussels, laying the eggs into their gills. Defence strategies can be seen in both participants such as egg ejection behaviour by mussels and glochidia rejection by bitterlings. As parasites, bitterlings also show active oviposition site choice. The nature of these interactions is often altered by coevolutionary states and may be further shaped by biological invasions. Sinanodonta woodiana is a unionid mussel of East Asian origin, considered globally invasive, and a recent invader in Europe. I included S. woodiana in my studies to test the novel dynamic in the bitterling-mussel coevolution. Using reciprocal transplant experiments, swim tunnel trials, overwintering experiment and behavioural observations, I tested how local adaptations, diffuse guild coevolution and interactions with an invasive species altered the bitterling-mussel interaction. I found a strong effect of local adaptation but also observed the non-negligible role of legacy coevolution (the role of hotspots) in glochidia rejection across bitterling species. In the other studies, duration of coevolutionary coexistence was found to have a considerable role, regarding swimming capacity and parasite load, in host defence of bitterlings against glochidia infection. Behavioural observations across bitterlings populations demonstrated avoidance in the parasitic oviposition site choice of bitterlings against the population of mussels from the invasion front. However, behavioural responses were not found to be a key factor in host defence of bitterlings to avoid contact with invasive glochidial parasites. Overall, this thesis contributes to the knowledge of spatial and temporal dynamics of the bitterling-mussel coevolution by studying the behavioural, ecological and physiological aspects of the interaction.

Keywords

biologická invaze, glochidie, interakce hostitel-parazit, koevoluce, parazitismus, Rhodeus, Sinanodonta woodiana biological invasion, coevolution, glochidia, host–parasite interaction, parasitism, Sinanodonta woodiana

Jazyk práce: angličtina

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 19. 11. 2025

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 18. 12. 2025
• Vedoucí: prof. RNDr. Martin Reichard, Ph.D.
• Oponent: Prof. Ulrika Candolin, PhD, Prof. Iain Barber, PhD

Masarykova univerzita

Přírodovědecká fakulta

Doktorský studijní program / obor:
Ekologická a evoluční biologie / Ekologie