Description of the ontogenic development of the cyprinids of Louros river

Abstract

The accurate identification of the early stages of fish development is a fundamental step in the study of their ecology. Fish larvae are often difficult to identify because their body proportions and color pattern can change significantly during their development. One of the biggest problems in larval identification is the lack of proper instructions and keys. During this doctoral dissertation, sampling was performed during the breeding period of Louros cyproids (chapter 2.2). Four species of cyprinids are found in the river Louros: Telestes pleurobipunctatus, Squalius pamvoticus, Pelasgus thesproticus and Luciobarbus albanicus.A first step, which contributes to their identification, is to separate the larvae into groups according to their family (chapter 3.1.1). For this reason I created tables for each family of fish that live in Louros river. Each table summarizes the basic characteristics of the eggs, embryos, larvae and juveniles of each family. There are two basic approaches in studying fish eggs and larvae. The first one, is the identification of adult characters, through a sample of fish that covers the total range from adults to the early stages of development. The second one, starts from fertilized eggs that come from a known species, so the hatching embryos and the reared larvae are of a known species.In the present dissertation the second method was applied to the case of T. pleurobipunctatus (chapter 3.2.3). The species reproduces towards the end of winter, in river springs. On the evening of February 20, 2007, I performed an artificial reproduction with the gametes of 2 females and some males. Six days after fertilization hatching began. The embryos at hatching were about 6.0 mm NL in length. The ontogenetic description of T. pleurobipunctatus enabled me to distinguish its larvae from those of S. pamvoticus which are apparently similar on macroscopic examination. The two species differ in the number of pre-anal myomerids (22-23 in T. pleurobipunctatus and 27-28 in S. pamvoticus) and in the single row of melanophores of their pre-anal ventral area. Then I created keys for the embryos and larvae of all the species that live in Louros river. The keys were created for each development stage. In chapter 3.2.2, of my dissertation I also examined the possibility of a parapatric differentiation of T. pleurobipunctatus, which could be due to the fact of the reproductive behavior of the species. The frequency and breeding season of reproduction are the most important characteristics of the breeding strategy adopted by a species of fish (Chapter 3.3). For this reason I studied the growth and development patterns of the four cyprinids of Louros in two different locations: at the site Terovo (with an average annual temperature of 14.3 °C) and at the site Xiropotamos (with an average annual temperature of 18.8 °C) .T. pleurobipunctatus firstly reproduced in Terovo and ten days later in Xiropotamos. In Xiropotamos there was only one class of group 0, which hatched in early April. In Terovo there was a mass breeding in late March and two less intensive breeding events in April. The scale of growth and quantity of the entry of fish of 0 class of S. pamvoticus in Xiropotamos, indicate multiple breeding events from early April to mid-May. The breeding season of P. thesproticus, which began in April, extended to Terovo throughout the summer, whilst in Xiropotamos it lasted only until the end of spring. Finally, the first and massive spawning of L. albanicus took place in mid-April at Xiropotamos, followed by two smaller events at the end of the same month and in early May.The chapter 3.4. concerns the differences in the ontogenetic development of T. pleurobipunctatus between individuals collected in the field and individuals that were bred in the laboratory. Whilst there is an extensive bibliography on meristic characters, osteological differences and behavioral differences of the two groups, there are no studies on morphometric characters differences. Those morphometric measurements showed that the increase in both farmed and field larvae was not linear. Based on the PCA of the analysis of the basic measurements, two very distinct groups are observed: one group of farmed fish and the other of the fish collected in the field. The first axis separates the field and laboratory groups. All field samples have positive eigenvalues, which indicates that there was an effect of the size on the morphometric characteristics of both groups. The difference of the growth rate between wild and reared larvae and the characters measured can be probably explained by selective mortality in nature. Captive larvae tend to be smaller and thicker when compared to those of the field at the same developmental stages. Finally, in chapter 3.5 the effect of formalin as a preservative on the shape and size of the cyprinid larvae of Louros river was studied. The solutions (alcohol or formalin) used for the fixation usually shrink most plant and animal tissues. The study of the effect of formalin on the external shape of the larvae was performed at three species (T. pleurobipunctatus, S. pamvoticus and L. albanicus). Logically, the effect of fixation is stronger in the first month of all sizes in all three species. It is a significant fact, that the shrinkage of the three species differ in size of individuals. The technique of geometric morphometry, which I used here, allows the investigation of the geometric shape of a feature, based on a set of anatomical points known as landmarks. The correlations of the figure with time from 0 to 10 months in all cases showed high statistical significance. The main modifications after ten months of fixation in formalin, were a shrinkage of the eye and an increase in the body depth in all species. In addition, all individuals have a swollen head and, in general, individuals shrink in length and swell in height. The graphs of the geometric morphometrics showed different levels of variance in different species. These differences may be due to the different genotype of the species, which affects the proportion of white and red muscle. Alternatively, this variation may be due to the variation in the amount of water in the tissues of the different species.

Ο ακριβής προσδιορισμός των πρώτων σταδίων ανάπτυξης των ψαριών είναι ένα θεμελιώδες βήμα στη μελέτη της οικολογίας τους. Οι προνύμφες ψαριών είναι συχνά δύσκολο να αναγνωριστούν, επειδή οι σωματικές τους αναλογίες και το χρωματικό τους πρότυπο μπορούν να αλλάξουν σημαντικά κατά τη διάρκεια της ανάπτυξής τους. Ένα από τα μεγαλύτερα προβλήματα στην αναγνώριση των προνυμφών είναι η έλλειψη κατάλληλων οδηγιών και κλειδών. Κατά τη διάρκεια της διδακτορικής διατριβής πραγματοποιήθηκαν δειγματοληψίες κατά τους μήνες της αναπαραγωγής των κυπρινοειδών του Λούρου (κεφάλαιο 2.2). Στον ποταμό Λούρο απαντώνται τέσσερα είδη κυπρινοειδών: Telestes pleurobipunctatus, Squalius pamvoticus, Pelasgus thesproticus και Luciobarbus albanicus. Ένα πρώτο βήμα, που συμβάλλει στην αναγνώριση, είναι να διαχωριστούν οι προνύμφες σε ομάδες ανάλογα με την οικογένεια (κεφάλαιο 3.1.1). Γιά το λόγο αυτό δημιούργησα πίνακες για κάθε οικογένεια ψαριών που διαβιώνουν στο Λούρο. Ο κάθε πίνακας συνοψίζει τα βασικά χαρακτηριστικά των αβγών, εμβρύων, προνυμφών και ιχθυδίων κάθε οικογένειας. Υπάρχουν δύο βασικές προσεγγίσεις για τη μελέτη των αβγών και προνυμφών των ψαριών. Η πρώτη είναι ο εντοπισμός χαρακτήρων των ενηλίκων, μέσω ενός δείγματος ψαριών που καλύπτει όλο το φάσμα από τα ενήλικα έως τα πρώτα στάδια ανάπτυξης. Η δεύτερη είναι η εκκίνηση από γονιμοποιημένα αβγά που προέρχονται από γνωστού είδους γονείς, οπότε τα έμβρυα που εκκολάπτονται και οι προνύμφες που εκτρέφονται είναι γνωστού είδους. Στην παρούσα διδακτορική διατριβή η δεύτερη μέθοδος εφαρμόστηκε στην περίπτωση του Τ. pleurobipunctatus (κεφάλαιο 3.2.3). Το είδος αναπαράγεται, προς το τέλος του χειμώνα, σε πηγές. Το βράδυ της 20ης Φεβρουαρίου του 2007 πραγματοποίησα τεχνητή αναπαραγωγή με τους γαμέτες 2 θηλυκών και μερικών αρσενικών ατόμων. Έξι ημέρες μετά τη γονιμοποίηση, άρχισε η εκκόλαψη. Τα έμβρυα κατά την εκκόλαψη έχουν μήκος περίπου 6,0 mm ΝL. Η οντογενετική περιγραφή του T. pleurobipunctatus μου έδωσε την δυνατότητα να διακρίνω τις προνύμφες του από αυτές του S. pamvoticus που είναι φαινομενικά όμοιες σε μακροσκοπική εξέταση. Τα δύο είδη διαφέρουν στον αριθμό των προεδρικών μυομεριδίων (22-23 στο T. pleurobipunctatus και 27-28 στο S. pamvoticus) και στην μονή σειρά μελανοφόρων της προεδρικής κοιλιακής περιοχής. Έπειτα δημιούργησα κλείδες για τα έμβρυα και τις προνύμφες όλων των ειδών που διαβιούν στο Λούρο. Οι κλείδες δημιουργήθηκαν για κάθε ξεχωριστό στάδιο ανάπτυξης. Στο κεφάλαιο 3.2.2. της διδακτορικής διατριβής διερεύνησα επίσης την πιθανότητα μίας παραπατρικής διαφοροποίησης του T. pleurobipunctatus, που θα μπορούσε να οφείλεται στην αναπαραγωγική συμπεριφορά του είδους. Η συχνότητα και η περίοδος αναπαραγωγής είναι τα σημαντικότερα χαρακτηριστικά της στρατηγικής αναπαραγωγής που υιοθετείται από ένα είδος ψαριού (κεφάλαιο 3.3). Για το αυτόν τον λόγο μελέτη στα πρότυπα αύξησης και ανάπτυξης των τεσσάρων κυπρινοειδών του Λούρου σε δύο διαφορετικές τοποθεσίες: στο σταθμό Τέροβο (με μέση ετήσια θερμοκρασία 14,3 °C) και στο σταθμό Ξηροπόταμο (με μέση ετήσια θερμοκρασία 18,8 °C).Το T. pleurobipunctatus φαίνεται να αναπαράχθηκε πρώτα στο Τέροβο και δέκα μέρες αργότερα στον Ξηροπόταμο. Στον Ξηροπόταμο υπήρχε μια μόνο κλάση της ομάδας 0 που εκκολάφτηκε στις αρχές Απριλίου. Στο Τέροβο υπήρξε μία μαζική αναπαραγωγή στα τέλη Μαρτίου και δύο μικρότερης έντασης αναπαραγωγικά συμβάντα τον Απρίλιο. Τα μοντέλα ανάπτυξης και εισόδου νεοεισερχομένων ατόμων του S. pamvoticus στον Ξηροπόταμο δηλώνει πολλαπλά συμβάντα αναπαραγωγής από τις αρχές Απριλίου έως τα μέσα Μαΐου. Η αναπαραγωγική περίοδος του P. thesproticus, που ξεκίνησε τον Απρίλιο, επεκτάθηκε στο Τέροβο κατά τη διάρκεια όλου του καλοκαιριού, ενώ στον Ξηροπόταμο διήρκησε μόνο μέχρι το τέλος της άνοιξης. Τέλος, η πρώτη και μαζική ωοτοκία του L. albanicus, πραγματοποιήθηκε στα μέσα Απριλίου στον Ξηροπόταμο, ακολουθούμενη από δύο μικρότερα συμβάντα στο τέλος του μήνα και στις αρχές Μαΐου. Το κεφάλαιο 3.4. αφορά στις διαφορές στην οντογενετική ανάπτυξη του T. pleurobipunctatus ανάμεσα σε άτομα που συλλέχθηκαν στο πεδίο και άτομα που εκτράφηκαν στο εργαστήριο. Ενώ υπάρχει εκτεταμένη βιβλιογραφία για μεριστικούς χαρακτήρες, οστεολογικές διαφορές και διαφορές στην συμπεριφορά των δύο ομάδων, απουσιάζουν μελέτες για διαφορές των μορφομετρικών χαρακτήρων. Οι μορφομετρικές μετρήσεις έδειξαν ότι η αύξηση τόσο των εκτρεφόμενων όσο και των προνυμφών πεδίου δεν ήταν γραμμική. Με βάση την PCA της ανάλυσης των βασικών μετρήσεων παρατηρούνται δύο πολύ ξεχωριστές ομάδες: μια ομάδα των εκτρεφόμενων ψαριών και η άλλη των ψαριών που συλλέχθηκαν στο πεδίο. Ο πρώτος άξονας διαχωρίζει τις ομάδες πεδίου και εργαστηρίου. Όλα τα δείγματα πεδίου έχουν θετικές ιδιοτιμές, γεγονός που δείχνει ότι υπάρχει επίδραση του μεγέθους στα μορφομετρικά χαρακτηριστικά των δύο ομάδων. Η διαφορά στο ρυθμό ανάπτυξης μεταξύ άγριων και εκτρεφόμενων προνυμφών και στους χαρακτήρες που μετρήθηκαν μπορούν πιθανώς να εξηγηθούν από επιλεκτική θνησιμότητα στη φύση. Οι προνύμφες που εκτρέφονται σε συνθήκες αιχμαλωσίας τείνουν να είναι μικρότερες και παχύτερες όταν συγκριθούν με αυτές του πεδίου στα ίδια αναπτυξιακά στάδια. Τέλος, στο κεφάλαιο 3.5 μελετήθηκε η επίδραση της φορμόλης ως μέσο συντήρησης στο σχήμα και το μέγεθος των προνυμφών των κυπρινοειδών του Λούρου. Τα διαλύματα που χρησιμοποιούνται για την συντήρηση, συνήθως προκαλούν συρρίκνωση των περισσότερων ιστών των φυτών και των ζώων. Η μελέτη της επίδρασης της συντήρησης της φορμόλης στο εξωτερικό σχήμα των προνυμφών πραγματοποιήθηκε για τρία είδη (T. pleurobipunctatus, S. pamvoticus και L. albanicus). Όπως είναι λογικό, n επίδραση της συντήρησης είναι έντονη κατά τον πρώτο μήνα σε όλα τα μεγέθη και στα τρία είδη. Αξιοσημείωτο είναι το γεγονός ότι τα τρία είδη παρουσιάζουν διαφορές ως προς τα μεγέθη των ατόμων. Η τεχνική της γεωμετρικής μορφομετρίας, που χρησιμοποίησα εδώ , επιτρέπει τη διερεύνηση του γεωμετρικού σχήματος ενός χαρακτηριστικού, με βάση ένα σύνολο ανατομικών σημείων γνωστών ως τοπόσημα. Οι συσχετίσεις του σχήματος με το χρόνο από 0 σε 10 μήνες σε όλες τις περιπτώσεις έδειξαν υψηλή στατιστική σημαντικότητα. Οι κύριες τροποποιήσεις μετά από δέκα μήνες συντήρησης, είναι μια συρρίκνωση του οφθαλμού και μια αύξηση στο βάθος του σώματος σε όλα τα είδη. Επιπροσθέτως, σε όλα τα άτομα παρουσιάζεται διόγκωση της κεφαλής και, σε γενικές γραμμές, τα άτομα συρρικνώνονται ως προς το μήκος και διογκώνονται ως προς το ύψος. Τα γραφήματα των γεωμετρικών μορφομετρικών έδειξαν διαφορετικά επίπεδα διακύμανσης στα διαφορετικά είδη. Αυτές οι διαφοροποιήσεις μπορεί να οφείλονται στο διαφορετικό γενότυπο των ειδών, που επηρεάζει την αναλογία των λευκών και ερυθρών μυών. Εναλλακτικά, η διαφοροποίηση αυτή μπορεί να οφείλεται στη διακύμανση της ποσότητας νερού των ιστών των διαφορετικών ειδών.