University of Oulu

Swimming muscles of wild, trained and reared fish : aspects of contraction machinery and energy metabolism

Saved in:
Author: Anttila, Katja1
Organizations: 1University of Oulu, Faculty of Science, Department of Biology
Format: ebook
Version: published version
Access: open
Online Access: PDF Full Text (PDF, 1.2 MB)
Persistent link: http://urn.fi/urn:isbn:9789514290770
Language: English
Published: 2009
Publish Date: 2009-04-14
Thesis type: Doctoral Dissertation
Defence Note: Academic dissertation to be presented with the assent of the Faculty of Science of the University of Oulu for public defence in Kuusamonsali (Auditorium YB210), Linnanmaa, on 24 April 2009, at 12 noon
Reviewer: Associate Professor Virpi Tiitu
Associate Professor Niels Ørtenblad
Description:

Abstract

Billions of reared fish are released to the wild to compensate e.g. for the loss of natural populations. However, the efficiency of the releases is low. It has been proposed that one of the factors affecting the low survival rate of reared fish is their low swimming capacity.

The molecular, metabolic and structural characters of muscle fiber define the swimming capacity of fish. Swimming capacity is related to the ecological competence of the fish, including the ability to complete long migrations and catch pray. One of the aims of the current study is to compare the properties of muscles of reared and wild salmon. The second aim of the study is to alter the muscular parameters of reared fish closer to those of wild fish by means of training.

The muscular differences between wild, reared and trained fish are analyzed with immunological, histochemical and electron microscopic methods. The main focus is on the dihydropyridine and ryanodine receptors. These receptors are involved for example in the initiation, force and velocity of muscle contraction.

According to the results, the level of receptors is higher in the muscles of wild as compared to reared fish. The aerobic ATP production capacity is also higher in the wild fish. However, with training both the level of receptors and oxidative capacity of reared fish increase. Moreover, the swimming capacity is enhanced in trained fish, and there is a connection between the level of receptors and swimming capacity of fish. Training also affects the migration pattern of fish which starts to resemble more that of wild fish.

In conclusion, the results of the current study show that the performance of fish as a whole depends on functional parameters at cellular level. For the first time, it is shown that the level of receptors involved in muscular contraction is low in muscles of reared fish. However, the muscular properties are not definite. It is now shown that with training, both the muscular and migration parameters of reared fish approach those of wild fish. This will most probably increase the survival probability of trained, reared fish in the future.

see all

Tiivistelmä

Kalojen kasvatus ja istutus takaisin luontoon on yksi tärkeimmistä keinoista säädellä ja palauttaa kalakantoja vesistöihin. Maailmanlaajuisesti puhutaan miljardien kalojen istutusmääristä vuosittain. On kuitenkin hyvin tunnettu tosiasia, että kasvatetut kalat eivät selviä luonnossa yhtä hyvin kuin villit lajikumppaninsa. On arvioitu, että vain alle 5 % istutetuista kaloista selviää lisääntymisikään asti hengissä.

Eräs tekijä, joka voi vaikuttaa kalojen selviytymiseen, on kalojen lihaskunto. Kasvatettujen kalojen uintikyvyn on todettu olevan heikko villeihin lajikumppaneihin verrattuna. Luonnossa kaloilta kuitenkin vaaditaan suurta uintikykyä esim. saalistukseen, pedoilta pakenemiseen ja vaellukseen. Eräs tämän työn päätavoitteista on määrittää, miten kasvatettujen ja villien kalojen lihasten molekulaariset, aineenvaihdunnalliset ja rakenteelliset ominaisuudet poikkeavat toisistaan, jotta voidaan arvioida mitkä solutason tekijät vaikuttavat kalojen uintikykyyn ja sitä kautta selviytymiseen. Toisaalta kasvatettujen kalojen lihasten toiminnallisten tekijöiden tasoja pyritään nostamaan harjoittelun avulla lähemmäksi villien vastaavaa ja täten vaikuttamaan kasvatettujen kalojen uintikykyyn ja sitä kautta lopulta selviytymiseen.

Työssä lihasten ominaisuuksia analysoidaan immunologisin, histokemiallisin ja elektronimikroskooppisin menetelmin. Tutkimuksissa keskitytään erityisesti dihydropyridiini- ja ryanodiinireseptorien suhteellisiin määriin. Nämä reseptorit osallistuvat lihasten supistumisen aikaansaatiin ja niiden määrä korreloi positiivisesti lihasten voiman ja supistumisnopeuden kanssa.

Tulosten mukaan villien kalojen lihaksissa on huomattavasti enemmän reseptoreita verrattuna kasvatettujen kalojen lihaksiin. Myös aerobinen ATP:n tuottokapasiteetti on villeillä kaloilla huomattavasti tehokkaampaa. Harjoittelun jälkeen kasvatettujen kalojen lihasten reseptorimäärät ja aerobinen kapasiteetti kuitenkin kasvavat lähemmäksi villien vastaavaa. Lisäksi lihasten reseptorimäärä ja uintikapasiteetti näyttävät korreloivan keskenään. Harjoittelun seurauksena kasvatettujen kalojen vaellusnopeus, eräs kalojen selviytymiseen vaikuttavista tekijöistä, muistuttaa myös enemmän villien vastaavaa.

Yhteenvetona voidaan sanoa, että kalojen koko suorituskyky riippuu lihasten solutason mekanismien tehokkuudesta. Tässä työssä todettiin ensimmäistä kertaa, että kasvatettujen kalojen lihaksissa niiden reseptoreiden määrät, jotka liittyvät itse lihassupistuksen tehokkuuteen, ovat huomattavasti alemmat kuin villeillä. Lihasten toiminnalliset ominaisuudet eivät kuitenkaan ole muuttumattomia vakioita. Tulosten perusteella harjoitettujen kalojen sekä lihas- että vaellusominaisuudet lähestyvät villien vastaavaa. Tämä harjoittelun jälkeinen muutos lisää todennäköisesti kasvatettujen kalojen selviytymismahdollisuuksia.

see all

Series: Acta Universitatis Ouluensis. A, Scientiae rerum naturalium
ISSN-E: 1796-220X
ISBN: 978-951-42-9077-0
ISBN Print: 978-951-42-9076-3
Issue: 526
Subjects:
Copyright information: © University of Oulu, 2009. This publication is copyrighted. You may download, display and print it for your own personal use. Commercial use is prohibited.