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Background: Studies of parasite communities and patterns in the Antarctic are an important knowledge base with the potential to track shifts in ecological relations and study the effects of climate change on host–parasite systems. Endemic Nototheniinae is the dominant fish group found in Antarctic marine habitats. Through their intermediate position within the food web, Nototheniinae link lower to higher trophic levels and thereby also form an important component of parasite life cycles. The study was set out to gain insight into the parasite fauna of Nototheniops larseni, N. nudifrons and Lepidonotothen squamifrons (Nototheniinae) from Elephant Island (Antarctica).
Methods: Sampling was conducted at three locations around Elephant Island during the ANT-XXVIII/4 expedition of the research vessel Polarstern. The parasite fauna of three Nototheniine species was analysed, and findings were compared to previous parasitological and ecological research collated from a literature review.
Results: All host species shared the parasites Neolebouria antarctica (Digenea), Corynosoma bullosum (Acanthocephala) and Pseudoterranova decipiens E (Nematoda). Other parasite taxa were exclusive to one host species in this study. Nototheniops nudifrons was infected by Ascarophis nototheniae (Nematoda), occasional infections of N. larseni with Echinorhynchus petrotschenkoi (Acanthocephala) and L. squamifrons with Elytrophalloides oatesi (Digenea) and larval tetraphyllidean Cestoda were detected.
Conclusion: All examined fish species’ parasites were predominantly euryxenous regarding their fish hosts. The infection of Lepidonotothen squamifrons with Lepidapedon garrardi (Digenea) and Nototheniops larseni with Echinorhynchus petrotschenkoi represent new host records. Despite the challenges and limited opportunities for fishing in remote areas, future studies should continue sampling on a more regular basis and include a larger number of fish species and sampling sites within different habitats.
Environmental niche modelling is an acclaimed method for estimating species’ present or future distributions. However, in marine environments the assembly of representative data from reliable and unbiased occurrences is challenging. Here, we aimed to model the environmental niche and distribution of marine, parasitic nematodes from the Pseudoterranova decipiens complex using the software Maxent. The distribution of these potentially zoonotic species is of interest, because they infect the muscle tissue of host species targeted by fisheries. To achieve the best possible model, we used two different approaches. The land distance (LD) model was based on abiotic data, whereas the definitive host distance (DHD) model included species-specific biotic data. To assess whether DHD is a suitable descriptor for Pseudoterranova spp., the niches of the parasites and their respective definitive hosts were analysed using ecospat. The performance of LD and DHD was compared based on the variables’ contribution to the model. The DHD-model clearly outperformed the LD-model. While the LD-model gave an estimate of the parasites’ niches, it only showed the potential distribution. The DHD-model produced an estimate of the species’ realised distribution and indicated that biotic variables can help to improve the modelling of data-poor, marine species.
Eastern boundary upwelling provides the conditions for high marine productivity in the Canary Current System off NW-Africa. Despite its considerable importance to fisheries, knowledge on this marine ecosystem is only limited. Here, parasites were used as indicators to gain insight into the host ecology and food web of two pelagic fish species, the commercially important species Trichiurus lepturus Linnaeus, 1758, and Nealotus tripes Johnson, 1865. Fish specimens of T. lepturus (n = 104) and N. tripes (n = 91), sampled from the Canary Current System off the Senegalese coast and Cape Verde Islands, were examined, collecting data on their biometrics, diet and parasitisation. In this study, the first parasitological data on N. tripes are presented. T. lepturus mainly preyed on small pelagic Crustacea and the diet of N. tripes was dominated by small mesopelagic Teleostei. Both host species were infested by mostly generalist parasites. The parasite fauna of T. lepturus consisted of at least nine different species belonging to six taxonomic groups, with a less diverse fauna of ectoparasites and cestodes in comparison to studies in other coastal ecosystems (Brazil Current and Kuriosho Current). The zoonotic nematode Anisakis pegreffii occurred in 23% of the samples and could pose a risk regarding food safety. The parasite fauna of N. tripes was composed of at least thirteen species from seven different taxonomic groups. Its most common parasites were digenean ovigerous metacercariae, larval cestodes and a monogenean species (Diclidophoridae). The observed patterns of parasitisation in both host species indicate their trophic relationships and are typical for mesopredators from the subtropical epi- and mesopelagic. The parasite fauna, containing few dominant species with a high abundance, represents the typical species composition of an eastern boundary upwelling ecosystem.
The recent advances in molecular methods and data processing have facilitated research on anisakid nematodes. While most research efforts were made regarding the genus Anisakis, since this genus is held responsible for the majority of reported clinical signs, there is still a demand for data on the genus Pseudoterranova. Several case studies of severe invasive anisakidosis affecting various organs caused by species of the P. decipiens complex have been described. To better understand the way these parasites might infest their fish host, we examined whether parasite location within the fish host affects gene expression. A de novo assembly of the transcriptome of Pseudoterranova bulbosa, isolated from North Atlantic cod, was analysed for patterns of differential gene expression between samples taken from liver and viscera. We additionally searched for homologs to known nematode allergens, to give a first estimate of the potential allergenicity of P. bulbosa. There was a subtle difference in the gene expression of samples taken from liver and viscera. Seventy genes were differentially expressed, 32 genes were upregulated in parasites isolated from liver and 38 genes were upregulated in parasites from viscera. Homologs of five nematode allergens were identified among the genes expressed by P. bulbosa. Our transcriptome of P. bulbosa will be a valuable resource for further meta-analyses and resequencing projects.
Im Rahmen dieser Dissertation wurden unterschiedliche Aspekte der Verbreitung der Vertreter des Pseudoterranova decipiens Komplexes betrachtet und Fragestellungen zur Ökologie und Humanpathogenität der Parasiten bearbeitet. Sie basiert auf drei (ISI-) Fachartikeln, in denen die Nutzung von Fischparasitengemeinschaften als ökologische Indikatoren für entlegene Ökosysteme des Südpolarmeeres (I), die Modellierung geeigneter Verbreitungsgebiete für Arten mit geringen Vorkommensdaten am Beispiel des P. decipiens Komplexes (II) und das Vorkommen potentiell humanpathogener P. bulbosa in unterschiedlichen Mikrohabitaten in Atlantischem Kabeljau (III) thematisiert wurde.
Die Parasitengemeinschaften der in Studie I untersuchten, nahverwandten Antarktisdorsche (Nototheniinae) Nototheniops larseni (n=40), N. nudifrons (n=40) und Lepidonotothen squamifrons (n=49) unterschieden sich hauptsächlich hinsichtlich seltener Parasitenarten. Pseudoterranova decipiens E zählte zu den häufigsten Parasiten der drei betrachteten Wirtsarten. Die Analyse der Wirtsspektren der auf Artebene bestimmten Parasiten zeigte eine geringe Spezifität antarktischer Fischparasiten im Larven- (z.B. Pseudoterranova decipiens E) und Adultstadium (z.B. Elytrophalloides oatesi). Für eine Nutzung als Bioindikatoren ergibt sich die Empfehlung, nicht auf einzelne Parasitenarten, sondern die Zusammensetzung von Parasitenfaunen zurückzugreifen und Parameter wie Abundanz oder Intensität zu berücksichtigen. Vergleiche mit Literaturdaten legten nahe, dass ein Studiendesign, das den periodischen Vergleich der Parasitierungsmuster von Nototheniinae ermöglichen soll, Standorteffekte berücksichtigen sollte. Da es sich bei der Probennahme demersaler Fische um ein aufwändiges und einschneidendes Verfahren handelt, sollten alternative Samplingmethoden vorangetrieben und eine Datenbasis dafür geschaffen werden.
Um die Belastung von Speisefischen mit potentiell humanpathogenen Parasiten in bestimmten Fanggebieten abzuschätzen, kann anhand von Vorkommens- und Umweltdaten mittels statistischer Modelle die Habitateignung für den Parasiten bestimmt werden. Eine Voraussetzung für eine verlässliche Modellierung bilden die Wahl eines geeigneten Algorithmus und die Qualität der Eingangsdaten. Für die Modellierung geeigneter Verbreitungsgebiete für die sechs Arten des P. decipiens Komplexes wurde im Rahmen von Studie II erstmalig ein biotischer Deskriptor herangezogen. Dem Ansatz lag die Annahme zugrunde, dass das Vorkommen geeigneter Endwirte der entscheidende, limitierende Faktor für die Verbreitung eines Parasiten ist, da nur so der Lebenszyklus geschlossen werden kann. Als Hypothesentest dienten Vergleiche der ökologischen Nischen von Parasiten und ihren spezifischen Endwirten im Nischenraum. Anhand der Endwirtdistanz wurde eine Verbesserung der Modellierungsergebnisse mit MaxEnt, gegenüber der ausschließlich auf abiotischen Prädiktoren basierenden Modellierung, für alle Pseudoterranova Arten, insbesondere jene mit einer geringen Anzahl Fundpunkte, erzielt. Grundsätzlich ist der Ansatz auf marine Parasitenarten, deren spezifische Endwirte verlässliche Vorkommensdaten aufweisen, übertragbar. Die Methode stellt jedoch keinen Ersatz für die Erhebung von Vorkommensdaten dar, weshalb die genetische Bestimmung schwer zu identifizierender Taxa sowie die Angabe von Metadaten in jeder parasitologischen Studie obligatorisch sein sollten.
Die Verteilung potentiell humanpathogener Parasitenstadien in für den menschlichen Verzehr vorgesehenen Fischen kann ein entscheidender Faktor für die Übertragung sein. Im Rahmen von Studie III wurde mit dem Referenztranskriptom von P. bulbosa das erste Transkriptom für eine Art den P. decipiens Komplexes erstellt. Anhand einer differentiellen Genexpressionsanalyse wurde untersucht, was die Verteilung der Parasiten auf unterschiedliche Mikrohabitate beeinflusst haben könnte. Dabei wurden siebzig differentiell exprimierte Gene identifiziert, die in aus Leber (32 Gene) und Viscera (38 Gene) von Atlantischem Kabeljau (Gadus morhua) isolierten Proben von P. bulbosa hochreguliert waren. Eine Erklärung für diesen subtilen Unterschied könnte ein Dauerstadium der P. bulbosa Larven zum Zeitpunkt der Probennahmen sein. Ob sich bestimmte Mikrohabitate innerhalb des Wirtes begünstigend auf den Parasiten auswirken, muss mit Hilfe experimenteller Studien gezeigt werden. Erste in Studie III erhobene Daten zum allergenen Potential von P. bulbosa sollten in serologischen Studien getestet werden. Als Grundlage für die Bewertung des pathogenen Potentials von P. bulbosa, sowie der weiteren Arten des P. decipiens Komplexes, sollten in experimentellen Studien NGS-Daten erhoben werden.
Im Rahmen dieser Dissertation wurde in drei methodisch unterschiedlichen Studien ein Bedarf besserer Referenzdaten aufgezeigt. Bestreben diese Datenlücken zu schließen, um das Potential der Methoden besser ausschöpfen zu können, müssen zukünftig noch weiter verstärkt werden.