Influence of light and temperature on the rhythms of reproduction, thermotolerance and behavior of zebrafish (Danio rerio) and Nile tilapia (Oreochromis niloticus): effect of light spectrum and daily thermocycles

• Autores: Gonzalo de Alba Costa
• Directores de la Tesis: Francisco Javier Sánchez Vázquez (dir. tes.), José Fernando López Olmeda (dir. tes.), Evaristo Mañanos Sánchez (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad de Murcia ( España ) en 2023
• Idioma: inglés
• Número de páginas: 397
• Títulos paralelos:
  • Influencia de la luz y la temperatura en los ritmos de reproducción, termotolerancia y comportamiento del pez cebra (Danio rerio) y tilapia del Nilo (Oreochromis niloticus): efecto del espectro de luz y termociclos diarios
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  • Tesis en acceso abierto en: DIGITUM
• Resumen
  • español

    El objetivo de esta tesis doctoral fue dilucidar la influencia de la luz y la temperatura en diferentes procesos fisiológicos del pez cebra y la tilapia del Nilo: reproducción, desarrollo, termotolerancia y comportamiento. Para ello se diseñaron los siguientes objetivos específicos:

    1) Resumir la interacción entre los componentes genéticos y ambientales que determinan el sexo de la tilapia del Nilo y describir la dinámica de las etapas y mecanismos endocrinos que componen su diferenciación sexual; 2) Revisar el papel de los factores ambientales, fisiológicos y neuroendocrinos en la fisiología reproductiva de la tilapia. 3) Investigar los efectos combinados de los regímenes de temperatura (termociclo versus temperatura constante) durante el desarrollo temprano y un choque térmico posterior durante el período de diferenciación sexual de la tilapia del Nilo. 4) Determinar la influencia de la hora del día del tratamiento térmico en la diferenciación sexual y la tolerancia térmica en la tilapia del Nilo. 5) Investigar el efecto de dos regímenes de temperatura de cría (termociclo frente a temperatura constante) y la hora del día en los ritmos de detección térmica y mecanismos de tolerancia. 6) Investigar el efecto combinado de los termociclos diarios y el espectro de luz durante el desarrollo temprano en el pez cebra y comprender qué mecanismos impulsan la mejora bajo la luz azul y los termociclos y los efectos nocivos de las longitudes de onda rojas. 7) Determinar la existencia de ritmos diarios de preferencia térmica en pez cebra y tilapia del Nilo. 8) Evaluar el efecto de la luz y la hora de alimentación/ayuno en el ritmo diario de preferencia térmica en la tilapia del Nilo.

    Así, obtuvimos los siguientes resultados y conclusiones de esta tesis doctoral: 1) La conservación genética de la determinación del sexo y la fisiología del sistema reproductivo de la tilapia está influenciada por factores ambientales, fisiológicos y neuroendocrinos. 2) La implementación de termociclos desde etapas tempranas del desarrollo favorece la diferenciación ovárica y, en consecuencia, una mayor proporción de hembras, así como reduce la sensibilidad al efecto masculinizante del tratamiento térmico. 3) Las larvas expuestas al tratamiento térmico por la noche o durante ambas fases del ciclo luz-oscuridad mostraron mayor sensibilidad a los tratamientos masculinizantes de altas temperaturas. 4) La aclimatación a los termociclos durante el desarrollo redujo la inducción de la expresión del choque térmico durante el día y la mortalidad de las larvas, lo que sugiere un efecto positivo de los termociclos frente a la temperatura constante en la tolerancia térmica del pez cebra. 5) Los efectos combinados de las longitudes de onda más cortas y los termociclos influyeron positivamente en la tasa de supervivencia, crecimiento y alimentación mientras que la luz roja desencadenó efectos mortales en los peces. 6) Tanto el pez cebra como la tilapia del Nilo exhibieron ritmos diarios específicos en la preferencia de temperatura. Durante el período de aclimatación, la tilapia presentó una respuesta de hipertermia inducida por estrés. 7) La luz es un poderoso sincronizador del ritmo diario de las preferencias de temperatura. La persistencia del ritmo en la oscuridad constante indicaba la existencia de un marcapasos endógeno. Cuando se fijó la hora de la comida, los peces exhibieron un fenómeno compensatorio antes de una respuesta de termotaxis posterior a la alimentación. El ayuno prolongado provocó la selección de temperaturas por debajo del óptimo térmico.

  • English

    The objective of this doctoral thesis was to elucidate the influence of light and temperature on different physiological processes of zebrafish and Nile tilapia: reproduction, development, thermotolerance and behavior. For this, the following specific objectives were designed:

    1) Summarize the interaction between genetic and environmental components that determine the sex of Nile tilapia and describe the dynamics of the stages and endocrine mechanisms that comprise their sexual differentiation; 2) Review the role of environmental, physiological, and neuroendocrine factors in tilapia reproductive physiology. 3) Investigate the combined effects of temperature regimes (thermocycle vs. constant temperature) during early development and a later heat shock during the period of sexual differentiation of Nile tilapia. 4) Determine the influence of the time of day of heat treatment on sexual differentiation and thermal tolerance in Nile tilapia. 5) Investigate the effect of two temperature regimes of rearing (thermocycle vs. constant temperature) and time of day on the rhythms of thermal detection and tolerance mechanisms. 6) Investigate the combined effect of daily thermocycles and light spectrum during early development in zebrafish and understand what mechanisms drive enhancement under blue light and thermocycles and the deleterious effects of red wavelengths. 7) Determine the existence of daily rhythms of thermal preference in zebrafish and Nile tilapia. 8) Evaluate the effect of light and mealtime/starvation on the daily rhythm of thermal preference in Nile tilapia.

    Thus, we obtained the following results and conclusions of this doctoral thesis: 1) The genetic conservation of sex determination and the physiology of tilapia's reproductive system is influenced by environmental, physiological, and neuroendocrine factors. 2) The implementation of thermocycles from early development stages acts as a female-promoter inducing factor by increasing the proportion of females and reducing the sensitivity to the masculinizing effect of heat treatment. 3) Larvae exposed to thermal treatment at night or during both phases of the light-dark cycle showed greater sensitivity to masculinizing treatments of high temperatures. The effect of the thermal treatment applied at different times of the day during the sexual differentiation stages modified the time-dependent cellular response in larvae and juvenile fish. 4) Acclimation to thermocycles during development lowered daytime heat shock expression induction and larval mortality, which suggests a positive effect of thermocycles vs. constant temperature on the thermal tolerance of zebrafish. 5) The combined effects of both shorter wavelengths and thermocycles positively influenced survival, growth and feeding rate. When fish are reared under red light, the changes in several physiological factors may be responsible for the deadly effects of fish under long wavelengths. 6) Both zebrafish and Nile tilapia exhibited fish specific daily rhythms in temperature preference. During the acclimation period, tilapia presented a stress induced hyperthermia response by choosing higher temperatures. 7) Light is a powerful synchronizer of daily rhythm of temperature preferences. The persistence of the rhythm in constant darkness indicated the existence of an endogenous pacemaker. When mealtime was fixed, fish exhibited a compensatory phenom prior to a post-feeding thermotaxis response. Prolonged starvation resulted in the selection of temperatures below the thermal optimum.