Fluktuační asymetrie vybraných struktur monogeneí čeledi Diplozoidae v podmínkách enviromentálního stresu

Mgr. Martina Pečínková, Ph.D.

Doctoral thesis

Fluctuating asymmetry of diplozoid structures (Monogenea: Diplozoidae) under condition of environmetal stress

Abstract:

Ektoparaziti ryb jsou v přímém kontaktu jak se svým hostitelem, tak s vnějším prostředím hostitele. Kvalita hostitele a vodního prostředí může ovlivnit vývoj i morfologii těchto parazitů. Tato práce se zabývá studiem vlivu prostředí na parazity na třech úrovních: (1) Na úrovni jedince, žaberního parazita Paradiplozoon homoion (Diplozoidae, Monogenea), byl zkoumán životní cyklus, abnormální morfologie příchytného aparátu a asymetrie bilaterálně symetrických znaků. (2) Na úrovni populace P. homoion byl sledován vztah vývojové nestability populace tohoto parazita a vývojové nestability jeho hostitele hrouzka obecného Gobio gobio. (3) Na úrovni společenstva parazitů hostitelské ryby G. gobio byly srovnávány tři lokality s různým stupněm znečištění. Protože znalost délky životního cyklu diplozoonů a jednotlivých vývojových stadií může být důležitá při dalších zkoumáních využití těchto parazitů pro biomonitoring životního prostředí, v první části této práce byl studován životní cyklus P. homoion v experimentálních podmínkách. Třicet pět jedinců hrouzka obecného parazitovaných P. homoion bylo odloveno v přírodních podmínkách řeky Vláry (Česká republika) a byli přidáni k populaci 41 hrouzků uměle odchovaných v laboratorním prostředí, aby došlo k jejich nákaze parazitem P. homoion. Vývoj P. homoion od vajíčka po dospělého jedince trval celkově 33 dní při konstantní teplotě 20 C. Po dalších dvou dnech byli schopni jedinci nové generace začít produkovat vajíčka. U studovaného druhu žaberního parazita P. homoion byla dále sledována vývojová nestabilita měřená mírou morfologických abnormalit příchytného aparátu tohoto parazita. Příchytný aparát diplozoonů se skládá z jednoho páru středních háčků a ze čtyř párů svorek na každém ze dvou haptorů. Jedinci P. homoion byli získáni z hrouzků odlovených ze čtyř lokalit v povodí řeky Vláry. Přibližně 30% jedinců P. homoion mělo abnormální některou část svého příchytného aparátu. Tyto abnormality byly rozděleny do 7 kategorií. Kromě abnormalit u svorek se objevovaly i abnormality středních háčků. Nejčastěji byly zaznamenány abnormality u svorek, které se vyvíjí v pozdní fázi ontogeneze. Právě nejčastější malformace u čtvrtého, ontogeneticky nejmladšího páru svorek, může být považována ze nepřímý důkaz toho, že ke vzniku těchto morfologických změn dochází vlivem environmentálního stresu. Další studie se zabývá analýzou různých typů asymetrií jako fluktuační asymetrie (FA), směrová asymetrie a antisymetrie na příchytném aparátu P. homoion. Směrová asymetrie a antisymetrie jsou adaptivní asymetrie, zatímco FA definovaná jako nepatrná odchylka od bilaterální symetrie znaků je používaná pro odhad vývojové nestability organismu a bývá považována za vhodnější a citlivější biomarker environmentálního stresu než morfologické abnormality. U diplozoonů je možné rozlišit tři roviny symetrie (rovina jedince, haptoru a svorky) příchytného aparátu. Asymetrie byly stanoveny pro devět znaků v rovině haptoru a pro tři znaky v rovině svorky. FA odhadnutá pro více znaků najednou se mezi znaky jednotlivých párů v rovině haptoru nelišila a hypotéza, že se FA zvyšuje u párů, které se vyvíjí v pozdní fázi ontogenetického vývoje, nebyla potvrzena. Pro znaky v rovině svorky ale byla potvrzena směrová asymetrie. Předpokládá se, že tato asymetrie je spojena s adaptací diplozoonů k parazitickému způsobu života a jejich snahou se vypořádat s proudem filtrované vody přes žaberní aparát hostitelské ryby. Ve druhé části této práce byl studován vztah mezi ektoparazitem P. homoion a jeho hostitelským organismem hrouzkem obecným. V průběhu roku 2004 bylo měsíčně odloveno na lokalit

Abstract:

ě řeky Vláry dvacet jedinců G. gobio, kteří byli vyšetřeni na přítomnost parazita P. homoion. Zároveň byla stanovena FA hostitelské ryby na základě měření dvou metrických a devíti meristických znaků. Analýzou FA hostitelské ryby a parazitární infekcí nebyla potvrzena žádná korelace mezi celkovou FA ryby a abundancí P. homoion ani procentuálním zastoupením abnormálních P. homoion na rybě. Signifikantní pozitivní vztah byl potvrzen pouze pro počet asymetrických meristických znaků na rybě a morfologické abnormality P. homoion. Výsledky tedy naznačují, že vývojová nestabilita P. homoion měřená morfologickými abnormalitami příchytného aparátu je pouze slabě závislá na kvalitě rybího hostitele měřené pomocí FA. Poslední část této práce se zabývá vlivem environmentálního stresu na vývojovou nestabilitu a složení společenstva parazitů hrouzka obecného. Na třech různě znečištěných lokalitách českých řek Bílina, Vlára a Ponávka bylo odloveno celkem 90 jedinců hrouzka obecného. Polycyklické aromatické uhlovodíky (PAH) byly hlavními toxikanty na všech třech sledovaných lokalitách v porovnání s poměrně nízkými hladinami těžkých kovů a chlorovaných látek jak v sedimentech, tak v tkáních hostitelských ryb. Mezi jednotlivými lokalitami nebyly zjištěny rozdíly ve vývojové nestabilitě ryb (měřené jako FA), lokality se ale lišily ve složení parazitofauny ryb. Paraziti hrouzka byli klasifikováni jako specialisti a generalisti a jejich zastoupení ve společenstvu bylo porovnáno s vybranými biomarkery a s koncentrací některých polutantů. Na všech lokalitách byl potvrzen vztah mezi indukcí aktivity cytochrom-P450-dependentního enzymu 7-ethoxyresorufin O-deethylasy (EROD aktivitou), biomarkeru expozice akvatickými toxikanty dioxinového typu u ryb, a specialisty či generalisty. Ryby s vyšší expozicí látek dioxinového typu byly parazitovány především generalisty, zatímco specialisti parazitovali především na rybách s nízkou EROD aktivitou. Z našich výsledků tedy vyplývá, že EROD aktivita a složení společenstva parazitů ryb (především poměr specialistů a generalistů) jsou účinnými a citlivými indikátory environmentálního stresu.

Abstract:

Fish ectoparasites are in direct contact with both its fish host and the water environment surrounding their hosts; therefore, both the host quality and water quality may influence parasite development and/or their morphology. In this study, the impact of environment on parasite was studied on the different level: (1) individual, gill parasite Paradiplozoon homoion (Diplozoidae, Monogenea), from the perspective of its life cycle, abnormal morphology of its attachment apparatus and asymmetry of bilateral symmetric traits; (2) population of P. homoion and relationship between developmental instability of P. homoion and host fish Gobio gobio; (3) parasite community on host fish G. gobio from three localities with different level of chemical pollution. In order to provide accurate data for studying an effect of environmental stress on P. homoion, life cycle of parasites was studied in experimental conditions on the laboratory reared gudgeon. A total of 35 gudgeon parasitized with diplozoids were collected from their natural environment of the Vlára River, Czech Republic, and cohabited with 41 non-parasitized gudgeon hatched and reared in a laboratory conditions. Development of P. homoion from egg to adult stage took 33 days at constant temperature of 20 C. The developed eggs were noted two days after presence of adult specimens of the second generation was recorded. Developmental stability of P. homoion monitoring mainly habitat quality was studied and the occurrence of morphological abnormalities of attachment apparatus of diplozoids was investigated. The sclerotized apparatus, which maintains attachment of the adult diplozoid on gills of hosts, consists of pair of the central hooks and four pairs of the clamps on each haptor. During the present study, P. homoion were collected from gudgeon at four different localities in the Vlára River basin, and abnormalities of various sclerites of the attachment apparatus were found. About 30% of collected individuals of P. homoion showed abnormalities. Recorded abnormalities of attachment apparatus were categorised into seven types. Abnormalities of clamps and rare abnormalities of the central hooks were detected. Abnormalities of fourth pair of clamps, which is developed in the later stage of ontogenetic development, were the most frequent ones. Presence of abnormalities and its association with environment pollution was discussed. Different asymmetries (fluctuating asymmetry FA, directional asymmetry, antisymmetry) in the attachment apparatus of P. homoion were also examined. Directional asymmetry and antisymmetry may be adaptive asymmetries, whereas FA, defined as the random deviation from the perfect bilateral symmetry, is suggested as a useful tool for estimating developmental instability and as a putative general biomarker of environmental stress. FA is considered as a more sensitive measure of developmental stability than abnormalities. Three planes of symmetry (the individual, haptor and clamp planes) were identified in adult diplozoids and asymmetries were estimated for nine morphometric traits in the haptor plane and three morphometric traits in the clamp plane on all four pairs of clamps from each individual. FA based on multiple traits did not differ between traits on the individual pairs of clamps and hypothesis that FA might increase for the laterdeveloped clamps was rejected. However, significant directional asymmetry was detected for most traits in the clamp plane and this is probably an adaptation likely caused by the requirement of the parasite to withstand the water currents over the gills during early development. In the second part of the thesis, the relationship between host fish and P. homoion were studied. During the year of 2004, twenty gudgeon were monthly investigated for P. homoion parasites at the Vlára River. Two metric and nine meristic bilateral characters of gudgeon were measured for an analysis of host asymmetry. In general, there was no relationship bet

Abstract:

ween the fish FA based on multiple traits and number of P. homoion or proportion of P. homoion with abnormalities. However, a significant relationship between number of the abnormal P. homoion and number of asymmetric meristic traits per individual fish was recorded. Therefore, this result indicates that developmental instability of P. homoion, measured as morphological abnormality of the attachment apparatus, is only weakly dependent on the fish quality as measured by FA. The last part of the present thesis analyzed an effect of aquatic pollution on developmental instability of gudgeon and parasite community structure. A total of 90 gudgeon were collected during one season at sites with varying level of chemical pollution in the Czech Rivers Bílina, Vlára and Ponávka. Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH) appeared to be principal toxicants at all three sites, in contrast to relatively low levels of chlorinated compounds and heavy metals found in both sediment and fish tissue samples. However, there was no significant difference in the developmental instability (measured by FA) of fish among studied sampling sites. In contrast, we found differences in gudgeon parasite communities among sampling sites. The parasite community was fractionated into biologically meaningful components (generalists and specialists) and analysed in relation to concentration of pollutants and biological stress markers. A link between the hepatopancreatic 7-ethoxyresorufin O-deethylase (EROD) activity in gudgeon tissue, a biomarker of exposure of fish to dioxins and dioxin-like toxicants, and presence of either specialist or generalist parasites was found at all sampling sites. Fish with a high level of dioxin-like toxicants detected were parasitized mainly with generalists; however, specialists were mainly found on fish exposed to lower levels of dioxin-like compounds. Therefore, it was confirmed that the EROD activity and parasite community composition parameters are good and sensitive indicators of environmental stress in fish.

Keywords

Gobio gobio, parazitismus, Paradiplozoon homoion, životní cyklus, environmentální stres, abnormalita, vývojová nestabilita, směrová asymetrie, fluktuační asymetrie Gobio gobio, parasitism, life cycle, environmental stress, abnormality, developmental instability, directional asymmetry, fluctuating asymmetry

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 3. 5. 2007

Thesis defence

• Date of defence: 3. 5. 2007
• Supervisor: doc. RNDr. Milan Gelnar, CSc.

Masaryk University

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Biology / Parasitology