Reproduction, early life history and ethology of the threatened, endemic fishes Valencia letourneuxi and Valencia robertae

Abstract

This thesis focuses on freshwater fish biodiversity loss in the Mediterranean Basin which ranks among the highest globally. on two critically endangered killifish species, Valencia letourneuxi and Valencia robertae. The study combines methodologies and tools, such as population indicators, reproductive biology assessments, developmental studies, and ecological trait analysis to inform conservation strategies. In the 1st chapter, a comprehensive database spanning 14 years (16 populations) was used to assess the population trends of V. letourneuxi and V. robertae applying the Living Planet Index (LPI) at the species level. The analysis revealed a drastic decline of 97.7% for V. letourneuxi and of 91.0% for V. robertae. We identified three primary threats, i.e., water pollution, (eutrophication) and the presence of the invasive Eastern mosquitofish (Gambusia holbrooki). Conservation measures proposed include habitat protection, improved water management, invasive species control, and captive breeding programs. In the 2nd chapter, we examined the reproductive behavior of V. robertae to explore its mating strategies and breeding success mechanisms. The reproductive period of the species extends from early spring to early autumn, with nocturnal spawning on various substrates. Males exhibit aggressive competition, but lack territoriality and parental care. Kleptogamy (sneaking fertilization) is common, along with post-mating egg cannibalism by other males. The study compares these behaviors with related genera and discusses potential reproductive challenges for the threatened species, under climate change and invasive species pressure. Understanding the embryogenesis and larval development of a threatened species is critical for targeted conservation efforts. In the 3rd chapter, we describe in detail the embryogenesis and larval development of V. robertae. Εggs are macrolecithal (~2 mm in diameter), negatively buoyant, and possess surface filaments. Incubation lasts 18 days at 20 ±1°C, with a high hatching success rate (84%). Larvae hatch at ~5.4 mm standard length (SL), with well-developed pectoral and caudal fins, and begin exogenous feeding within 24-48 hours. Fin development progresses over ~30 days post-hatching. These findings provide essential information for ex situ and in situ conservation, such as captive breeding and translocation efforts. Climate change-induced freshwater salinization and rising temperatures pose additional threats to freshwater fishes. In the 4th chapter, comparative experiments tested the upper thermal and salinity tolerances of V. robertae and G. holbrooki. Results showed that, while upper thermal and salinity tolerance values were similar, thrermal and salinity safety margins were much higher in the case of V. robertae. These differences may have negative implications for the threatened species, under current climate change scenarios. In the 5th chapter, experimental trials assessed interspecific interactions between V. letourneuxi and G. holbrooki in a controlled environment. Mosquitofish exhibited significantly higher aggression, boldness, and feeding efficiency, forcing the native species into avoidance behaviors (higher cover use and immobility) and to zero feeding. These findings highlight direct behavioral aggression by the mopsquitofish as a mechanism of the killifish decline. The morphological traits of three fragmented V. letourneuxi populations were compared with those of its native sympatric species (Pelasgus thesproticus, Telestes pleurobipunctatus) and of the invasive G. holbrooki. Killifish populations from mosquitofish-occupied habitats exhibited significant shifts in pectoral fin morphology, affecting their positioning in the water column and maneuverability. Inter-species comparisons revealed minimal overlap between killifish and native species, but significant functional overlap with G. holbrooki, indicating potential competitive ecological displacement. Overall., this thesis indicates the multifactorial nature of Valencia spp. decline, driven by habitat degradation, invasive species, and climate change. Successful conservation must adopt a holistic, ecosystem-based approach incorporating habitat restoration, invasive species control, and ex situ and in situ conservation efforts. Finally, systematic monitoring of the ecomorphological and behavioral characteristics of endangered species is also proposed for the early detection and amelioration of negative abiotic and biotic impacts. The study contributes to the understanding of the mechanisms that lead to biodiversity loss, while offering practices for the development of conservation strategies, which can be applied to other endangered fish species. In recent years, as anthropogenic pressures and climate change have exacerbated environmental challenges, the adoption of an integrated, ecosystem approach has become imperative to ensure the survival of native species and the sustainability of ecosystems. The thesis finally emphasizes the importance of deepening knowledge, continuous research and the application of multidimensional methodologies to address the phenomenon of biodiversity loss. Through the integration of advanced monitoring techniques and the evaluation of various environmental and biological parameters, the research results offer a valuable tool for the design of appropriate conservation strategies the for the studied as well as other threatened native fish species. Scientific area: Ichthyology

Η διατριβή εστιάζει στη μείωση της βιοποικιλότητας των ιχθύων των εσωτερικών υδάτων της Μεσογείου μία από τις υψηλότερες παγκοσμίως, με ιδιαίτερη έμφαση σε δύο απειλούμενα είδη κυπρινόδοντων, τον Ιονικό ζουρνά (Valencia letourneuxi) και τον Πελοποννησιακό ζουρνά (Valencia robertae). Η έρευνα επιδιώκει, μέσω συνδυασμού μεθοδολογιών, να καταγράψει τις πληθυσμιακές τάσεις και να εντοπίσει τους παράγοντες που οδηγούν στην δραματική μείωση των πληθυσμών των ειδών αυτών, θέτοντας τα θεμέλια για στοχευμένες δράσεις διατήρησης τους.Στο πρώτο κεφάλαιο αξιολογήθηκαν οι πληθυσμιακές τάσεις των δύο ειδών μέσω της εφαρμογής του Living Planet Index (LPI) σε μια χρονοσειρά από 16 πληθυσμούς για μια περίοδο 14 ετών. Τα αποτελέσματα αποκάλυψαν μια δραματική μείωση του V. letourneuxi κατά 97,7% και του V. robertae κατά 91,0%. Επιπλέον, καταγράφηκαν οι κύριοι παράγοντες που συντελούν στην μείωση των πληθυσμών που είναι η ρύπανση των υδάτων, ο ευτροφισμός και η παρουσία του ξενικού κουνουπόψαρου (Gambusia holbrooki). Η εν λόγω έρευνα έθεσε το πλαίσιο για την περιγραφή άμεσων μέτρων διατήρησης, τα οποία περιλαμβάνουν την προστασία των πηγαίων συστημάτων, τη βελτίωση της διαχείρισης των υδάτων και των γεωργικών πρακτικών και μέτρα ελέγχου του εισβολικού κουνουπόψαρου κααι δράσεις αναπαραγωγής σε ενυδρεία. Το δεύτερο κεφάλαιο εστιάζει στην αναπαραγωγική συμπεριφορά του V. robertae. Η αναπαραγωγική περίοδος εκτείνεται από τις αρχές της άνοιξης έως τις αρχές του φθινοπώρου, με απόθεση των αυγών κυρίως τη νύκτα σε χαλικώδες υπόστρωμα. Παρατηρήθηκε έντονη ανταγωνιστικότητα μεταξύ των αρσενικών, με τα μεγαλύτερα να επιδεικνύουν την κυριαρχία τους, ενώ τα μικρότερα υιοθετούν στρατηγικές «κρυφής ωοτοκίας». Τα ευρήματα αυτά, που συγκρίνονται με αντίστοιχες συμπεριφορές σε συγγενή είδη, αναδεικνύουν το ρόλο της ανταγωνιστικότητας και της κλεπτογαμίας στην επιτυχία της αναπαραγωγής και θέτουν ερωτήματα για τις προκλήσεις που ενδεχομένως θα αντιμετωπίσουν τα είδη στο πλαίσιο των μεταβαλλόμενων περιβαλλοντικών συνθηκών. Στο τρίτο κεφάλαιο περιγράφεται λεπτομερώς η εμβρυογένεση και τα επόμενα στάδια ανάπτυξης του Πελοποννησιακού ζουρνά. Χρησιμοποιώντας τεχνικές in vivo απεικόνισης και εξειδικευμένο λογισμικό (Media Cybernetics Image-Pro), ελήφθησαν λεπτομερείς μετρήσεις που αφορούν το μέγεθος και τη μορφολογία των διαφόρων σταδίων ανάπτυξης. Τα γονιμοποιημένα ωάρια είναι μακρολεκιθικά, χαρακτηρίζονται από το μεγάλο μέγεθος τους (~2 mm) και τον σχετικά μεγάλο χρόνο επώασης (18 days στους 20 ±1°C), ενώ μετά την εκκόλαψη τα ατελή ιχθύδια παρουσιάζουν καλά ανεπτυγμένα όργανα και λειτουργίες. Τα δεδομένα αυτά είναι σημαντικά για την ανάπτυξη κατάλληλων στρατηγικών διατήρησης, όπως η δημιουργία πληθυσμών σε εργαστηριακές συνθήκες και η υποβοηθούμενη ενίσχυση πληθυσμών στη φύση. Το τέταρτο κεφάλαιο περιγράφει πειραματικές μελέτες που συγκρίνουν την ανώτερη θερμική ανοχή (CTMax) και την ανοχή στην αλατότητα (CSMax) του V. robertae με εκείνες του κουνουπόψαρου G. holbrooki. Οι πειραματικές διαδικασίες διενεργήθηκαν με σταδιακή αύξηση της θερμοκρασίας και της αλατότητας μέχρι την επίτευξη προκαθορισμένων «τελικών σημείων» (όπως απώλεια ισορροπίας ή πλευστότητας). Τα αποτελέσματα αποκάλυψαν ότι, ενώ οι απόλυτες τιμές CTMax είναι συγκρίσιμες μεταξύ των ειδών, τα περιθώρια ασφαλείας του V. robertae είναι σημαντικά υψηλότερα σε σχέση με αυτά του κουνουπόψαρου. Οι διαφορές αυτές έχουν κρίσιμες επιπτώσεις για την επιβίωση και την αναπαραγωγή των ειδών κάτω από τα στρεσογόνα περιβαλλοντικά σενάρια που επιφέρει η κλιματική αλλαγή. Στο πέμπτο κεφάλαιο διερευνήθηκαν οι συμπεριφορικές αλληλεπιδράσεις μεταξύ του Ιονικού ζουρνά (V. letourneuxi) και του εισβολικού κουνουπόψαρου (Gambusia holbrooki) σε ελεγχόμενες πειραματικές συνθήκες. Το κουνουπόψαρο παρουσίασε υψηλή επιθετικότητα, μειωμένη χρήση καταφυγίου και κατανάλωση τροφής, ενώ ο Ιονικός ζουρνάς δεν εμφάνισε επιθετικότητα και υιοθέτησε συμπεριφορές αποφυγής χωρίς κατανάλωση τροφής, υποδεικνύοντας σαφή αρνητική επίδραση της παρουσίας του εισβολικού είδους και αρνητικές επιπτώσεις μέσω συμπεριοφορικών μηχανισμών. Στο έκτο κεφάλαιο εξετάστηκαν τα οικομορφολογικά χαρακτηριστικά τριών απομονωμένων πληθυσμών του Ιονικού ζουρνά και συγκρίθηκαν με αυτά δύο συμπατρικών αυτόχθονων ειδών (Pelasgus thesproticus, Telestes pleurobipunctatus) καθώς και με αυτά του εισβολικού κουνουπόψαρου. Οι μετρήσεις ανέδειξαν σημαντικές διαφορές στα χαρακτηριστικά που σχετίζονται με τη θέση των θωρακικών πτερυγίων, την αναλογία διαστάσεων και την επιφάνεια των πτερυγίων, στοιχεία κρίσιμα για την υδροδυναμική και τη διατροφή των ψαριών. Συγκριτικά, ο Ιονικός ζουρνάς παρουσιάζει λειτουργικές ιδιότητες που του επιτρέπουν την εξειδίκευση σε συγκεκριμένους οικολογικούς θώκους, ενώ το κουνουπόψαρο μοιράζεται ορισμένα κοινά χαρακτηριστικά που το καθιστούν ανταγωνιστικό mε όρους τροφικής πρόσβασης και κινητικότητας. Αυτή η επικαλυπτόμενη λειτουργική οικολογία ενισχύει την ευπάθεια του αυτόχθονου είδους απέναντι στις επιθετικές συμπεριφορές του εισβολικού είδους. Συνολικά, η διατριβή καταδεικνύει τον πολυπαραγοντικό χαρακτήρα της πληθυσμιακής κατάρρευσης των ειδών V. letourneuxi και V. robertae, επισημαίνοντας τόσο τις βιοτικές όσο και τις αβιοτικές αιτίες, όπως η ρύπανση, και η εισβολή ξενικών ειδών. Η έρευνα αναδεικνύει την ανάγκη για μια ολιστική προσέγγιση στις δράσεις αποκατάστασης, η οποία να λαμβάνει υπόψη τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ των διαφορετικών παραγόντων που επηρεάζουν τα είδη και το οικοσύστημά τους. Οι προτεινόμενες δράσεις περιλαμβάνουν την προστασία και αποκατάσταση των φυσικών βιοτόπων των ειδών, όπως των πηγαίων συστημάτων χαμηλού υψομέτρου, τον έλεγχο των εισβολικών ειδών, με την πρόληψη εισβολής ή/και μείωση/εξάλειψη του ξενικού κουνουπόψαρου καθώς και υποβοηθούμενη μετάτοπιση πληθυσμών και εκτροφή σε αιχμαλωσία. Τέλος, προτείνεται και η συστηματική παρακολούθηση των οικομορφολογικών και συμπεριφορικών χαρακτηριστικών των απειλούμενων ειδών για την έγκαιρη ανίχνευση και αντιμετώπιση αρνητικών αβιοτικών και βιοτικών επιδράσεων. Η μελέτη συμβάλλει στην κατανόηση των μηχανισμών που οδηγούν στην απώλεια της βιοποικιλότητας, παράλληλα προσφέρει πρακτικές για την ανάπτυξη στρατηγικών διατήρησης, οι οποίες μπορούν να εφαρμοστούν και σε άλλα απειλούμενα είδη ψαριών. Τα τελευταία χρόνια που οι ανθρωπογενείς πιέσεις και η κλιματική αλλαγή επιτείνουν τις περιβαλλοντικές προκλήσεις, η υιοθέτηση μιας ολοκληρωμένης, οικοσυστημικής προσέγγισης καθίσταται επιτακτική ανάγκη για τη διασφάλιση της επιβίωσης των αυτόχθονων ειδών και της αειφορίας των οικοσυστημάτων. Η διατριβή τέλος τονίζει τη σημασία της εμβάθυνσης της γνώσης, της συνεχούς έρευνας και της εφαρμογής πολυδιάστατων μεθοδολογιών για την αντιμετώπιση του φαινομένου της απώλειας βιοποικιλότητας. Μέσα από την ενσωμάτωση εξελιγμένων τεχνικών παρακολούθησης και την αξιολόγηση διαφόρων περιβαλλοντικών και βιολογικών παραμέτρων, τα αποτελέσματα της έρευνας προσφέρουν ένα πολύτιμο εργαλείο για τη χάραξη στρατηγικών διατήρησης. Επιστημονική περιοχή: Ιχθυολογία