Osmoregulatory role of the intestine in fish physiology. Evolutionary, environmental, and toxicant implications

Abstract

The earliest fishes arose circa 500 million years ago (mya) during the Ordovician and persevered throughout several mass extinction events. Unknown fishes' lines became extinct in life history (e.g., conodonts, ostracoderms, acanthodians, placoderms, etc.). It is so that extant lineages may be speculated to have been successful due to several hypotheses: i) an internal milieu composition that provided a buffering medium, protecting them from acute and threatening changes (e.g., ion compositions, temperatures, pH, etc.) and supporting life and giving time for adaption; ii) an high evolving plasticity, thus, generating heritable phenotypes and diversifying species across a wide range of habitats (resilience); and/or iii) the influence of stochastic processes on genetics fate. Most of this Ph.D. Thesis aims to provide new insights into the ion regulatory mechanisms in different fishes' intestines to compare them. Specifically, we focus on crucial ion transporter proteins such as Na+/K+-ATPase (NKA), H+-ATPase (VHA), Na+:K+:2Clˉ cotransporter (NKCC), Na+:Clˉ (NCC). Moreover, we provide new insights on the molecular and physiological mechanisms in the most basal ion- and osmo- regulator, the sea lamprey (Petromyzon marinus), and in a much recent diverged teleost, the Senegalese sole (Solea Senegalensis). Additionally, aquafeeds' effects contaminated with aflatoxin B1 on growth performance and intestinal physiology are also examined, using gilthead seabream (Sparus aurata), a well-known farmed biological model.

Los primeros peces surgieron hace alrededor de 500 millones de años (ma) durante el Ordovícico tardío, y perseverando como grupo a través de varias extinciones masivas hasta nuestros días. En este recorrido múltiples linajes de peces han surgido y se han extinguido a lo largo de la historia de la vida (e.g., conodonta, ostracodermos, acantodios, placodermos, etc.). La preservación de los linajes actualmente existentes pueden explicarse por varias hipótesis: i) una composición del medio interno determinada que les provee de un medio tipo “tampón”, protegiendo así al organismo de cambios severos (e.g., composición iónica, temperaturas, pH, etc.) y, en consecuencia, permitiendo un desarrollo gradual de adaptaciones evolutivas; ii) una gran plasticidad evolutiva, que origina nuevos fenotipos heredables así como una diversificación de especies a lo largo de diferentes hábitats (resiliencia); y/o iii) la influencia de los procesos estocásticos en el destino genético de las diferente poblaciones. El Objetivo General de esta Tesis Doctoral es ofrecer nuevas perspectivas evolutivas sobre los mecanismos de regulación iónica en intestino de diferentes especies de peces. Específicamente, nos centramos en proteínas de transporte iónico como Na+/K+-ATPasa (NKA), H+-ATPasa (VHA), cotransportador Na+:K+:2Clˉ (NKCC), cotransportador Na+:Clˉ (NCC). Además, también aportaremos nuevas perspectivas en los mecanismos moleculares y fisiológicos en el vertebrado más basal que presenta capacidad osmoreguladora, la lamprea marina (Petromyzon marinus), así como en una especie divergida mucho más reciente y estrictamente estenohalina, el lenguado senegalés (Solea senegalensis). Por último, también examinamos los efectos de piensos contaminados con aflatoxina B1 sobre el crecimiento y la fisiología intestinal de la dorada (Sparus aurata), un teleósteo más moderno utilizado como modelo biológico a nivel osmorregulador que presenta una alta importancia en la acuicultura europea.