ΑΠΟΤΕΛΕΙ Η ΣΠΛΑΧΝΙΚΗ ΚΟΙΛΟΤΗΤΑ ΠΕΡΙΟΡΙΣΤΙΚΟ ΠΑΡΑΓΟΝΤΑ ΓΙΑ ΤΗΝ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΤΗΣ ΩΟΘΗΚΗΣ ΤΗΣ ΣΑΡΔΕΛΑΣ ΤΟΥ ΑΤΛΑΝΤΙΚΟΥ; Μαντζούκη Ε. 1, Nunes C. 2, Γκάνιας Κ. 1 1 Τμήμα Βιολογίας, Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης, emantzou@bio.auth.gr, kganias@bio.auth.gr 2 Inst.Nacional de Recursos Biologicos, INRB-IPIMAR, Lisboa, Portugal,cnunes@ipimar.pt Περίληψη Στην παρούσα εργασία εξετάζεται η αλλομετρική σχέση μεταξύ του όγκου της σπλαχνικής κοιλότητας και του όγκου της ωοθήκης της σαρδέλας του Ατλαντικού, Sardina pilchardus, ώστε να διερευνηθεί εάν το μέγεθος της πρώτης αποτελεί περιοριστικό παράγοντα για το αναπαραγωγικό δυναμικό των θηλυκών ατόμων. Για το σκοπό αυτό, πραγματοποιήθηκαν μετρήσεις του υπολειπομένου όγκου, της διαφοράς δηλαδή μεταξύ του όγκου της σπλαχνικής κοιλότητας και του όγκου όλων των εντοσθίων (συμπεριλαμβανομένων των ωοθηκών) σε θηλυκά άτομα δύο αναπαραγωγικών καταστάσεων. Πιο συγκεκριμένα, χρησιμοποιήθηκαν αναπαραγωγικά ενεργά θηλυκά με ενδιάμεσες τιμές γοναδοσωματικού δείκτη (GSI=2-5%) και θηλυκά με ενυδατωμένες ωοθήκες, με υψηλές τιμές γοναδοσωματικού δείκτη (GSI=5-20%). Ενώ στα μηενυδατωμένα θηλυκά υπήρχε αρκετός διαθέσιμος χώρος τόσο για την ανάπτυξη των ωοθηκών όσο κι άλλων οργάνων, όπως για παράδειγμα της νηκτικής κύστης, στα ενυδατωμένα θηλυκά ο υπολειπόμενος όγκος ήταν ελάχιστος έως μηδενικός. Το αποτέλεσμα αυτό σε συνδυασμό με τη θετικά αλλομετρική αύξηση της σπλαχνικής κοιλότητας πιθανότατα υποδεικνύει ότι οι ωοθήκες των μικρότερων ατόμων υφίστανται περισσότερο τον περιορισμό της σπλαχνικής κοιλότητας. Αυτό έχει ως πιθανή συνέπεια τα μικρότερα άτομα να παράγουν αβγά μικρότερου μεγέθους και συνεπώς υψηλότερης θνησιμότητας. Λέξεις κλειδιά: αλλομετρικές σχέσεις, μέγεθος ωοκυττάρου, γονιμότητα IS ABDOMINAL CAVITY A CONSTRAINT FOR OVARIAN GROWTH IN THE ATLANTIC SARDINE? Mantzouki E. 1, Nunes C. 2, Ganias K. 1 1 School of Biology, Aristotle University of Thessaloniki, emantzou@bio.auth.gr, kganias@bio.auth.gr 2 Inst.Nacional de Recursos Biologicos, INRB-IPIMAR, Lisboa, Portugal, cnunes@ipimar.pt Abstract The present study examines the allometric relationship between the abdominal volume and ovarian volume in the Atlantic sardine, Sardina pilchardus, with the aim to explore if the former constraints ovarian growth and consequently reproductive potential. For that purpose, we measured the abdominal volume and the volume of the entire viscera (including the gonads) in females belonging to two reproductive conditions: reproductively active females at various stages of the spawning cycle with low gonadosomatic index values (GSI=2-5%) and hydrated females with high GSI values (GSI=5-20%). In nonhydrated females the residual volume of the abdominal cavity was quite large to allow for the development of the ovary and other organs such as the swimbladder. However, in hydrated females the residual volume was almost null indicating that at this particular stage abdominal cavity is a constraint for ovarian growth. This result combined with the positively allometric growth of the abdominal cavity suggests that larger females provide more relative space for the development of larger hydrated oocytes. Keywords: allometric relationships, oocyte size, fecundity
1. Εισαγωγή Το αναπαραγωγικό δυναμικό, ο αριθμός δηλαδή των βιώσιμων απογόνων που παράγονται από ένα αλιευτικό απόθεμα είναι αποτέλεσμα συνδυασμού της αναπαραγόμενης βιομάζας, της αναλογίας φύλου, της αναπαραγωγικής ωριμότητας, της βιωσιμότητας των γαμετών και της γονιμότητας (Trippel 1999). Σε ότι αφορά την αναπαραγόμενη βιομάζα, έχει δειχθεί ότι εκτός από τις απόλυτες τιμές της, στην επιτυχία της στρατολόγησης συμβάλλουν επίσης η δημογραφία του αποθέματος και η ευρωστία των γεννητόρων (Marshall et al. 2003). Αν και υπάρχουν αρκετές έρευνες που να συνδέουν το μέγεθος και την ηλικία των ατόμων με διάφορες αναπαραγωγικές μεταβλητές όπως τη γονιμότητα (Mehault et al. 2010), την ποιότητα των αβγών (Mehault et al. 2010) και τη συχνότητα ωοτοκίας (Ganias et al. 2003), δεν υπάρχουν καθόλου μελέτες στα ψάρια που να ελέγχουν τον όγκο της σπλαχνικής κοιλότητας ως περιοριστικο παράγοντα στην ανάπτυξη της ωοθήκης και κατά συνέπεια στο αναπαραγωγικό δυναμικό των ατόμων. Οι ελάχιστες έρευνες που έχουν πραγματοποιηθεί προς αυτήν την κατεύθυνση αφορούν σχεδόν αποκλειστικά είδη ερπετών. Για παράδειγμα στη σαύρα, Takydromus septentrionalis, η μείωση του διαθέσιμου όγκου της σπλαχνικής κοιλότητας προκαλεί μία αντισταθμιστική σχέση (trade-off), στην οποία ο μεγάλος αριθμός απογόνων μικρού μεγέθους αντικαθίσταται με μικρότερο αριθμό απογόνων μεγαλύτερου μεγέθους (Du & Shine, 2005). Στην περίπτωση της σαρδέλας της Μεσογείου, Sardina pilchardus, έχει δειχθεί ότι η σχέση μεταξύ του βάρους της ωοθήκης και του βάρους σώματος είναι ισομετρική σε όλα τα στάδια ωρίμανσης πλην της ενυδάτωσης στην οποία εμφανίζεται θετική αλλομετρία (Somarakis et al. 2004). Δεδομένου του ότι το βάρος της ωοθήκης επηρεάζεται κυρίως από τον αριθμό (γονιμότητα) και το μέγεθος των ωοκυττάρων το προηγούμενο αποτέλεσμα σημαίνει ότι μεγαλύτερα άτομα άτομα σαρδέλας έχουν μεγαλύτερη σχετική γονιμότητα ή/και μεγαλύτερα ενυδατωμένα ωοκυτταρα. Το γεγονός αυτό μας οδήγησε στην υπόθεση ότι σε μεγαλύτερα άτομα η σπλαχνική κοιλότητα αποτελεί λιγότερο περιοριστικό παράγοντα για την ανάπτυξη της ωοθήκης επιτρέποντας τα συνεπώς να έχουν μεγαλύτερο γοναδοσωματικό δείκτη. Στην παρούσα εργασία η συγκεκριμένη υπόθεση διερευνάται χρησιμοποιώντας ως περιπτωσιολογική μελέτη τη σαρδέλα του Ατλαντικού. 2.Υλικά και Μέθοδοι Δείγματα ενήλικων ατόμων σαρδέλας, Sardina pilchardus, συλλέχθηκαν από τα εμπορικά λιμάνια της Peniche (Κεντρική Πορτογαλία) και του Matosinhos (Βόρεια Πορτογαλία) κατά την περίοδο 14/4-28/6 του 2011 στα πλαίσια του εθνικού προγράμματος παρακολούθησης του Ατλαντο-Ιβηρικού αποθέματος της σαρδέλας. Τα δείγματα τοποθετούνταν σε διάλυμα φορμαλδεΰδης 10% αμέσως μετά την σύλληψη τους και παρέμεναν στο συντηρητικό μέσο για περίπου δύο εβδομάδες για να επιτευχθεί σκλήρυνση των μυών και να διατηρηθεί ακέραια η σωματική κοιλότητα κατά την διαδικασία των μετρήσεων. Στο εργαστήριο, με το πέρασμα των δύο εβδομάδων στο μέσο διατήρησης, γινόταν ο προσδιορισμός του φύλου και οι εξής βιομετρικές αναλύσεις: ολικό μήκος σώματος, βάρος σώματος με και χωρίς εντόσθια, βάρος γονάδων και βάρος εντοσθίων. Το στάδιο ωρίμανσης της ωοθήκης προσδιοριζόταν μακροσκοπικά. Συνολικά στην παρούσα μελέτη χρησιμοποιήθηκαν 160 θηλυκά άτομα σαρδέλας (Πίνακας 1).
Πίνακας 1: Πίνακας δειγματοληψίας. n: αριθμός ατόμων. L: μέσο μήκος (cm). V bc: μέσος όγκος σπλαχνικής κοιλότητας (ml). V g: μέσος όγκος ωοθήκης (ml). Οι τυπικές αποκλίσεις δίνονται στις παρενθέσεις. Δείγμα Ημερομηνία n L Vbc Vg I 14/4/2011 23 20.0 7.75 1.25 (0.8) (1.76) (0.56) II 23/5/2011 13 19.0 10.33 1.17 (0.7) (1.37) (0.41) III 6/6/2011 21 21.7 8.35 2.22 (0.6) (1.54) (2.22) IV 14/6/2011 25 21.0 9.94 4.00 (1.0) (2.97) (3.55) V 28/6/2011 50 18.1 5.82 1.17 (0.6) (1.37) (0.41) Για τη μέτρηση του όγκου των ωοθηκών, V g, και του όγκου των εντοσθίων, V vis, χρησιμοποιήθηκε η μέθοδος του όγκου εκτοπισμού, κατά την οποία το προς μελέτη όργανο βυθίζονταν σε ογκομετρικό κύλινδρο ακριβείας 0,5ml. Για τη μέτρηση του όγκου της σπλαχνικής κοιλότητας, V bc, αφού αφαιρούνταν τα εντόσθια κάθε ατόμου στο επάνω μέρος της σωματικής κοιλότητας τοποθετούνταν ένα κομμάτι διαφανούς μεμβράνης ώστε να καλυφτεί κυρίως η βραγχιακή σχισμή και να εμποδιστεί η δίοδος του νερού από τη σωματική κοιλότητα προς την κεφαλή. Στη συνέχεια, με το χέρι πιέζονταν οι πλευρικοί μύες μέχρι να κλείσει η σωματική κοιλότητα, μαλακά ώστε να μην ασκείται ιδιαίτερη δύναμη που θα την παραμόρφωνε. Με μία βαθμονομημένη σύριγγα εμβολιαζόταν νερό στην άδεια σωματική κοιλότητα εωσότου έφτανε η στάθμη του νερού στη σχισμή της ανατομίας. Ο συνολικός όγκος νερού που εμβολιαζόταν αντιστοιχούσε στον όγκο της σωματικής κοιλότητας. Για τις απαιτήσεις του πειράματος αυτού χρησιμοποιήθηκαν σύριγγες ακριβείας 0,5ml. Ως υπολειπόμενος όγκος, RV, ορίστηκε η διαφορά ανάμεσα στον όγκο της σωματικής κοιλότητας και εκείνο των εντοσθίων (RV= V bc - V vis ). Η ορθότητα των ογκομετρήσεων ελέγχθηκε συγκρίνοντας τις τιμές του RV με εκείνες του V g με δοκιμασία t-test για ζευγαρωτές τιμές και αναλύοντας εποπτικά την κατανομή των τιμών RV-V g. Οι τιμές RV-V g θεωρήθηκε ότι εξαρτιόταν από το μέγεθος σώματος και από το στάδιο ωρίμανσης της ωοθήκης. Ο έλεγχος της υπόθεσης εργασίας εάν δηλαδή ο υπολειπόμενος όγκος αποτελεί περιοριστικό παράγοντα για την ωοθήκη πραγματοποιήθηκε με ανάλυση συνδιακύμανσης (ANCOVA) χρησιμοποιώντας το βάρος σώματος χωρίς εντόσθια, W, ως συνεχόμενη μεταβλητή και το στάδιο ωρίμανσης (ενυδατωμένα, μη-ενυδατωμένα) ως παραγοντική μεταβλητή. Τέλος, η αλλομετρική σχέση μεταξύ V bc και W ελέγχθηκε μέσω ανάλυσης γραμμικής παλινδρόμησης μετά από λογαριθμική τροποποίηση των δύο μεταβλητών και στατιστική σύγκριση του συντελεστή αλλομετρίας (κλίση της ευθείας) με τη μονάδα (t-test μονής κατεύθυνσης). 3. Αποτελέσματα-Συζήτηση
50 40 % 30 20 10 0-2 0 2 4 6 8 RV - Vg Εικ. 1: Έλεγχος ορθότητας των ογκομετρήσεων. RV: ο υπολειπόμενος όγκος της σπλαχνικής κοιλότητας, δηλαδή η διαφορά ανάμεσα στον όγκο της σπλαχνικής κοιλότητας με τον όγκο των εντοσθίων. V g: όγκος ωοθήκης. Οι όγκοι εκφράζονται σε ml. Όπως φαίνεται και στην Εικόνα 1, στην πλειοψηφία των μετρήσεων η διαφορά ανάμεσα στον υπολειπόμενο όγκο και τον όγκο της ωοθήκης είχε θετικές τιμές, με ένα μέγιστο στα 2 ml, γεγονός που ενισχύει την ορθότητα των μετρήσεων. Σε δύο μόνο περιπτώσεις ενυδατωμένων ατόμων, ο όγκος της ωοθήκης υπερτερούσε του υπολειπόμενου όγκου παρουσιάζοντας αρνητικές τιμές. Η πιθανότητα πειραματικού σφάλματος κατά τις μετρήσεις στα δύο αυτά άτομα, όπως και η πιθανότητα η σωματική κοιλότητα να ασκεί περιοριστικό ρόλο κατά το στάδιο της ενυδάτωσης μπορούν να εξηγήσουν την αρνητική αυτή διαφορά. Η ανάλυση συνδιακύμανσης έδειξε ότι οι τιμές RV-V g φαίνονταν να επηρεάζονται σημαντικά από το μέγεθος του σώματος (p<0.001) και μάλιστα ήταν σημαντικά μικρότερες στο στάδιο της ενυδάτωσης (p<0.001) (Εικόνα 2). Οι κλίσεις των δύο ευθειών δεν διέφεραν στατιστικά σημαντικά, επομένως η απόσταση τους ( 2mL) αντιστοιχεί στο περιθώριο που διαθέτουν οι ωοθήκες να μεταβούν από τα προηγούμενα αναπτυξιακά στάδια στο στάδιο της ενυδάτωσης. Η ανάλυση παλινδρόμησης μεταξύ των τιμών RV-V g και W μόνο για τα ενυδατωμένα θηλυκά έδωσε μία εξίσωση στην οποία τόσο η κλίση όσο και ο συντελεστής ανόρθωσης δεν διέφεραν σημαντικά από το 0 (p>0,1) υποδεικνύοντας ότι στα άτομα αυτά η διαφορά RV-V g ήταν μηδενική. Τα αποτελέσματα αυτά δείχνουν ότι η σπλαχνική κοιλότητα αποτελεί περιοριστικό παράγοντα στην ανάπτυξη της ωοθήκης κατά το στάδιο της ενυδάτωσης, ενώ φαίνεται να μην επηρεάζει τα υπόλοιπα στάδια ωρίμανσης.
8 RV-Vg 6 4 2 nh H 0-2 0 20 40 60 80 W Εικ. 2: Σχέση του υπολειπόμενου όγκου της σωματικής κοιλότητας (RV) αφαιρώντας τον όγκο της ωοθήκης (V g) με το βάρος του σώματος χωρίς εντόσθια (W, g) για τα ενυδατωμένα (H, διακεκομμένη γραμμή) και τα μη-ενυδατωμένα θηλυκά (nh, συνεχής γραμμή). Οι όγκοι εκφράζονται σε ml. Πρέπει να σημειωθεί ότι οι μετρήσεις του όγκου των εντοσθίων γινόταν μετά από άδειασμα της νηκτικής κύστης ώστε να αποφευχθούν τυχόν σφάλματα από τις διακυμάνσεις του όγκου της. Σύμφωνα με τους Ganias & Nunes (2011), ο όγκος της νηκτικής κύστης στη σαρδέλα του Ατλαντικού επηρεάζεται από το αναπτυξιακό στάδιο της ωοθήκης κατά ένα τέτοιο τρόπο ώστε να καταλαμβάνει ελάχιστο χώρο κατά το στάδιο της ενυδάτωσης ενώ εμφανίζεται πλήρως διογκωμένη μόνο σε μη-ενυδατωμένα θηλυκά. Επομένως τα αποτελέσματα της παρούσας εργασίας συνδέονται με εκείνα των Ganias & Nunes (2011) εφόσον μόνο σε μη ενυδατωμένα θηλυκά υπάρχει χώρος στη σωματική κοιλότητα για την ανάπτυξη άλλων ιστών και οργάνων όπως της νηκτικής κύστης. Επιπλέον, η αύξηση του διαθέσιμου χώρου στη σπλαχνική κοιλότητα που προκύπτει από την κατανάλωση των αποθεμάτων λίπους για τις ενεργειακές ανάγκες της αναπαραγωγής πιθανώς να διευκολύνει την ανάπτυξη των ωοθηκών, ιδίως κατά το στάδιο της ενυδάτωσης, δεδομένου του ότι η σαρδέλα είναι είδος που αποθέτει μεγάλες ποσότητες περισπλαχνικού λίπους εκτός αναπαραγωγικής περιόδου (Ganias et al. 2007). Ο έλεγχος της σχέσης μεταξύ του όγκου της σωματικής κοιλότητας και του βάρους σώματος χωρίς εντόσθια έδειξε την ύπαρξη θετικής αλλομετρίας, αφού ο η κλίση της ευθείας ήταν ίση με 1,5 (σύγκριση με μονάδα, p<0,01). Κατά συνέπεια, αν και βρέθηκε ότι η σπλαχνική κοιλότητα αποτελεί περιοριστικό παράγοντα στο στάδιο της ενυδάτωσης, η ύπαρξη θετικής αλλομετρίας και κατά συνέπεια ο μεγαλύτερος σχετικός όγκος της σπλαχνικής κοιλότητας στα
μεγαλύτερα άτομα φαίνεται ότι την κάνει λιγότερο περιοριστική στα άτομα αυτά. Το συμπέρασμα αυτό θα μπορούσε να επιβεβαιώσει και τα αποτελέσματα των Somarakis et al. (2004) σύμφωνα με τα οποία ο γοναδοσωματικός δείκτης της σαρδέλας αυξάνεται με το βάρος σώματος μόνο στο στάδιο της ενυδάτωσης. Αυτό ενδέχεται να οφείλεται στο ότι επειδή τα μεγαλύτερα θηλυκά διαθέτουν μεγαλύτερο σχετικό όγκο σπλαχνικής κοιλότητας, μπορούν να αναπτύξουν μεγαλύτερα ενυδατωμένα ωοκύτταρα αυξάνοντας κατά τον τρόπο αυτό το βάρος της ωοθήκης. Εικ 3: Αλλομετρική σχέση μεταξύ του όγκου της σπλαχνικής κοιλότητας (V bc, ml) και του βάρους σώματος χωρίς εντόσθια (W, g) μετά από λογαρίθμηση των δεδομένων. Η γραμμική σχέση που προκύπτει είναι η log(v bc) = -4.17 + 1.56 * log(w) με τιμή R 2 =0.75. Οι διακεκομμένες γραμμές αντιστοιχούν στα 95% διαστήματα εμπιστοσύνης. 4. Ευχαριστίες Η εργασία αυτή πραγματοποιήθηκε στα πλαίσια του προγράμματος κινητικότητας LLP- Erasmus Placement στο Ινστιτούτο Θαλάσσιων Ερευνών IPIMAR της Λισαβόνας, Πορτογαλία. Πολλές ευχαριστίες στις Patricia Gonçalves και Delfina Morais για τη βοήθεια τους στη διεκπεραίωση της εργασίας. 5. Βιβλιογραφικές Αναφορές Du, W., Ji, X. & Shine, R., 2005. Does body-volume constrain reproductive output in lizards? Biological letters, 1 (1): 98-100. Ganias, K. & Nunes, C., 2011. Bathymetric segregation of spawning stages in the Atlantic sardine Sardina pilchardus. Marine Ecology Progress Series, 428: 235 244. Ganias, K., Somarakis, S., Machias, A. & Theodorou, A., 2003. Evaluation of spawning frequency in a Mediterranean sardine population (Sardina pilchardus). Marine Biology, 142(6):1169 1179. Ganias, K., Somarakis, S., Koutsikopoulos, C. & Machias, A., 2007. Factors affecting the spawning period of sardine in two highly oligotrophic seas. Marine Biology. 151: 1559 1569.
Marshall C. T., O Brien L., Tomkiewicz J., Köster F. W., Kraus G., Marteinsdottir G., Morgan M. J., Saborido-Rey F., Blanchard J. L., Secor D. H., Wright P. J., Mukhina N. V. & Björnsson H., 2003. Developing alternative indices of reproductive potential for use in fisheries management: Case studies for stocks spanning an information gradient. Journal of Atlantic Fisheries Science, 33: 161 190. Mehault, S., Dominguez-Petit, R., Cerviño, S. & Saborido-Rey. F., 2010. Variability in Total Egg Production and implications for management of the Southern stock of European hake. Fisheries Research, 104 (1-3): 111-122. Somarakis, S., Ganias, K., Tserpes, G. & Koutsikopoulos, C., 2004. Ovarian allometry and the use of the gonosomatic index: a case study in the Mediterranean sardine, Sardina pilchardus. Marine Biology, 146: 181 189. Trippel, E.A., 1999. Estimation of stock reproductive potential: History and challenges for Canadian Atlantic gadoid stock assessments. Journal of Northwest Atlantic Fisheries Science, 25: 61 81.