Cardiorespiratory regulation in water- and air-breathing fish - The role of the lactate anion

TY - GEN

T1 - Cardiorespiratory regulation in water- and air-breathing fish - The role of the lactate anion

AU - Thomsen, Mikkel

N1 - Termination date: 16.04.2019

PY - 2019/4

Y1 - 2019/4

N2 - Luftåndende fisk giver en unik mulighed for at undersøge de fysiologiske udfordringer vertebrater havde, da de skiftede fra vand- til luftånding. En sammenligning af fysiologien hos disse dyr med deres vandåndende og fuldt terrestriske slægtninge muliggør en undersøgelse af hypoteser angående evolutionen af fysiologiske kontrolmekanismer. Denne afhandling omhandler den kardiorespiratoriske regulering i fisk, og hvordan det kardiorespiratoriske system er moduleret af ændringer i partialtrykkene af O2 og CO2 samt ændringer i temperaturen, interaktionerne mellem disse, involveringen af baroreceptorer samt de underliggende biokemiske signaler der er involveret i denne kontrol. Størstedelen af forsøgene blev udført på den fakultativt luftåndende teleost Pangasianodon hypophthalmus. Denne art bruger en modificeret og stærkt vaskulariseret svømmeblære til luftånding, men har samtidig bibeholdt gæller med et stort overfladeareal, der giver den mulighed for at trives i områder, hvor dyr tilpasset til kun at ånde i ét medie ville gå til.Denne konstruktion afspejler sandsynligvis også en relativt nylig evolution af luftånding, og har krævet en udvikling af sensoriske mekanismer til at varetage skiftet mellem de to respiratoriske medier. Manuskript I, II og IV viser og vurderer, hvorledes den hovedsagelige stimulus til luftånding i denne art er ændringer i iltniveauet. Dette omfatter både ændringer i det omgivende miljø, men også ændrede interne iltniveauer som følge af ændret metabolisk rate i forbindelse med øget aktivitet og/eller højere temperaturer. Omvendt har øget CO2 eller syre-base forstyrrelser kun mindre ventilatoriske effekter.Manuskript III undersøger evolutionen af luftånding gennem en sammenligning af nulevende fakultative og obligate luftåndere ud fra forskellene i de fysisk-kemiske forhold i deres respektive respiratoriske medier. Samtidig fremhæves flere tendenser i de fysiologiske forskelle ud fra den tilgængelige litteratur samt potentielle retninger for fremtidig forskning. Manuskript IV demonstrerer, at laktationen, der typisk associeres med anaerob metabolisme, forårsager en kraftig stimulering af ventilationen i P. hypophthalmus, og dette respons blev undersøgt nærmere i regnbueørred i Manuskript V. Ud fra disse resultater står det klart, at laktatniveauerne i blodet kan modulere ventilationen i fisk. Laktats rolle i iltsansning er imidlertid stadig uklar, og talrige stimulatoriske stofferkan føre til øget ventilation i hypoxi. Både en homolog laktatreceptor og laktatsventilatoriske effekter er sandsynligvis evolutionært bevaret på tværs af vertebrater. Der er rig mulighed for at bygge videre på laktatstudierne præsenteret i denne afhandling; dels ved at identificere og kategorisere receptoren, men også ved at fastslå responsets relative vigtighed i det hypoxiske ventilatoriske respons på tværs af vertebratfylogenien.

AB - Luftåndende fisk giver en unik mulighed for at undersøge de fysiologiske udfordringer vertebrater havde, da de skiftede fra vand- til luftånding. En sammenligning af fysiologien hos disse dyr med deres vandåndende og fuldt terrestriske slægtninge muliggør en undersøgelse af hypoteser angående evolutionen af fysiologiske kontrolmekanismer. Denne afhandling omhandler den kardiorespiratoriske regulering i fisk, og hvordan det kardiorespiratoriske system er moduleret af ændringer i partialtrykkene af O2 og CO2 samt ændringer i temperaturen, interaktionerne mellem disse, involveringen af baroreceptorer samt de underliggende biokemiske signaler der er involveret i denne kontrol. Størstedelen af forsøgene blev udført på den fakultativt luftåndende teleost Pangasianodon hypophthalmus. Denne art bruger en modificeret og stærkt vaskulariseret svømmeblære til luftånding, men har samtidig bibeholdt gæller med et stort overfladeareal, der giver den mulighed for at trives i områder, hvor dyr tilpasset til kun at ånde i ét medie ville gå til.Denne konstruktion afspejler sandsynligvis også en relativt nylig evolution af luftånding, og har krævet en udvikling af sensoriske mekanismer til at varetage skiftet mellem de to respiratoriske medier. Manuskript I, II og IV viser og vurderer, hvorledes den hovedsagelige stimulus til luftånding i denne art er ændringer i iltniveauet. Dette omfatter både ændringer i det omgivende miljø, men også ændrede interne iltniveauer som følge af ændret metabolisk rate i forbindelse med øget aktivitet og/eller højere temperaturer. Omvendt har øget CO2 eller syre-base forstyrrelser kun mindre ventilatoriske effekter.Manuskript III undersøger evolutionen af luftånding gennem en sammenligning af nulevende fakultative og obligate luftåndere ud fra forskellene i de fysisk-kemiske forhold i deres respektive respiratoriske medier. Samtidig fremhæves flere tendenser i de fysiologiske forskelle ud fra den tilgængelige litteratur samt potentielle retninger for fremtidig forskning. Manuskript IV demonstrerer, at laktationen, der typisk associeres med anaerob metabolisme, forårsager en kraftig stimulering af ventilationen i P. hypophthalmus, og dette respons blev undersøgt nærmere i regnbueørred i Manuskript V. Ud fra disse resultater står det klart, at laktatniveauerne i blodet kan modulere ventilationen i fisk. Laktats rolle i iltsansning er imidlertid stadig uklar, og talrige stimulatoriske stofferkan føre til øget ventilation i hypoxi. Både en homolog laktatreceptor og laktatsventilatoriske effekter er sandsynligvis evolutionært bevaret på tværs af vertebrater. Der er rig mulighed for at bygge videre på laktatstudierne præsenteret i denne afhandling; dels ved at identificere og kategorisere receptoren, men også ved at fastslå responsets relative vigtighed i det hypoxiske ventilatoriske respons på tværs af vertebratfylogenien.

M3 - PhD thesis

PB - Århus Universitet

CY - Aarhus

ER -