Molekularbiologische und physiologische Untersuchungen der Fischreproduktion für ein verbessertes Aufzuchtmanagement: Eine Fallstudie am Atlantischen Blauflossenthunfisch Thunnus thynnus
Schulz, Stephan - Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (2012)
Die große ökonomische Bedeutung der Fischereiwirtschaft und die damit einhergehende Überfi-schung zahlreicher Arten, wie dem zur Zeit in allen Medien vertretenem Atlantischen Blauflossen-thunfisch (ABFT), haben in den letzten Jahren zu einer starken Abnahme der Populationen geführt. Die bisher in Europa existierende "Thunfischaquakultur" ist nicht nachhaltig und beruht einzig und allein auf der Mästung von im Mittelmeer oder im Atlantik gefangenen Wildtieren. Auf lange Sicht hin betrachtet, werden sich die Bestände sämtlicher Thunfischarten nicht erholen können und im schlechtesten Fall sogar weiter dezimiert werden. Dies kann bis zu einer völligen Ausrottung der Arten führen, wenn nicht weitere Fortschritte im Management der Bestände oder aber in der Zucht der Tiere gemacht werden. Wissenschaftliche Studien über die reproduktionsphysiologischen Vorgänge in Fischen tragen seit langem dazu bei, dass der ständig ansteigende Bedarf nach Fisch von den Aquakulturbetrieben bedient werden kann. Dies hat auch die Europäische Union erkannt und fördert folglich schon lange Zeit die Forschung in diesem Schwerpunktgebiet.
Das Ziel dieser Dissertation, welche im Rahmen der von der EU geförderten Projekte "SELFDOTT" (Self-sustained Aquaculture and Domestication of Bluefin Tuna Thunnus thynnus, 2008-2011) und ALLOTUNA (Set up of an integrate system of the bluefin tuna (Thunnus thynnus) farming in the Gulf of Taranto, 2008-2010) stattfand, war es, einen weiteren Beitrag zur Klärung der Frage zu leisten, warum der weibliche Reproduktionszyklus von in Gefangenschaft gehaltenen Thunfischen nicht vergleichbar mit dem von Wildtieren abläuft, und es so zu einer verminderten Fertilität dieser Tiere kommt.
Durch die Analyse von molekularbiologischen und physiologischen Aspekten des Reproduktions-zyklusses weiblicher Thunfische, die an der als zentrales Ereignis geltenden Vitellogenese, dem Wachstum der Oozyten, beteiligt sind, konnte im Vergleich zwischen Wildbahn- und Käfigtieren deutliche Anzeichen einer geminderten Gametogenese von in Gefangenschaft gehaltenen Tieren gezeigt werden. Die bereits bekannten reproduktiven Fehlfunktionen von in Gefangenschaft lebenden ABFT scheinen somit tiefgreifendere Effekte zu haben als bisher gezeigt werden konnte. Besonderes Augenmerk lag dabei auf dem Estrogen Rezeptor alpha (ERα), der ein zentrales Bindeglied von endokrinen Signalen und ihrer Weiterleitung in der Zelle während reproduktions-biologischer Vorgänge ist. Desweiteren wurden die durch seine Aktivität hervorgerufenen zellulären Ereignisse, die normalerweise am Ende der Vitellogenese befruchtungsfähige Eizellen entstehen lassen, untersucht. Die verschiedenen Estrogen Rezeptor Typen sind in einer Vielzahl von Teleostern und Humanoiden bereits nachgewiesen worden. Der ABFT stellt nun den ersten Vertreter der Scombridae (Makrelen und Thunfische) dar, für den die Existenz des Alpha-Typs ebenfalls gezeigt werden konnte.
Um die schlechtere reproduktive Entwicklung von Käfigtieren positiv zu beeinflussen, wurde in dieser Arbeit ein schon für andere Zwecke bekanntes Hormonträgersystem genutzt. Nachdem dieses System durch in-vitro Experimente auf das hier genutzte Steroidhormon 17β-Estradiol abgestimmt war, wurde es zuerst an zwei Modellfischen (Tilapia und Wolfsbarsch) in-vivo getestet und konnte anschließend am eigentlichen Versuchstier (Thunfisch) eingesetzt werden. In beiden Modellorganismen konnte durch die Verabreichung der Hormonimplantate eine deutliche Erhöhung des Hormonlevels bewirkt werden, welches über die gesamte Versuchsdauer aufrecht erhalten werden konnte. Gleichzeitig wurde durch die Behandlung die Genexpression aller untersuchten Gene gesteigert, was sich letztendlich ebenfalls in einem Anstieg des gonadosomatischen Index (GSI: prozentualer Anteil der Gonade am Gesamtkörpergewicht) in Tilapien wiederspiegelte. Dieser gilt generell als ein Indikator für die Güte der reproduktiven Entwicklung in Fischen.
Durch den Einsatz der Implantate an juvenilen Thunfischen in der Altersklasse von drei bis vier Jahren konnten ebenso oben beschriebene Wirkungen auf die reproduktionsphysiologischen Para-meter gezeigt werden. Diese waren entsprechend der eingesetzten Hormondosis unterschiedlich stark ausgeprägt. Während Kontrolltiere vergleichbare Level, welche zuvor bereits in zwei bis dreijährigen Thunfischen bestimmt wurden, aufwiesen, konnte in hormoninduzierten weiblichen Fischen ein eindeutiger Trend zu höheren Werten nachgewiesen werden. Diese Erhöhung lag in einem Bereich, der nur von älteren laichbereiten Tieren während der Vorlaich- und Laichzeit erreicht wurde.
In Zukunft könnte durch die Kombination des hier getesteten 17β-Estradiol mit anderen Hormonen, die schon länger erfolgreich für die Induktion des Ablaichens in Fischen eingesetzt werden, die reproduktive Entwicklung von adulten weiblichen ABFT gesteigert werden, um somit eine beständige Quelle von Eiern für die weitere Aufzucht zu gewährleisten. Dies ist für den Aufbau einer nachhaltigen Thunfischaquakultur unabdingbar. Künftig ist aber noch weitere Forschungsarbeit notwendig um diese Methode auszubauen und um sie gegebenenfalls zu kommerzialisieren.