uu.seUppsala University Publications
Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
No evidence that exposure to elevated pCO2 affects behaviour or monoamine neurotransmitters of three-spined stickleback
Uppsala University, Disciplinary Domain of Medicine and Pharmacy, Faculty of Medicine, Department of Neuroscience. (Winberg)
Show others and affiliations
(English)Manuscript (preprint) (Other academic)
National Category
Behavioral Sciences Biology
Identifiers
URN: urn:nbn:se:uu:diva-395988OAI: oai:DiVA.org:uu-395988DiVA, id: diva2:1366150
Available from: 2019-10-28 Created: 2019-10-28 Last updated: 2019-10-28
In thesis
1. Effect of elevated pCO2 and environmental oxazepam on the behavior and physiology of teleost fish
Open this publication in new window or tab >>Effect of elevated pCO2 and environmental oxazepam on the behavior and physiology of teleost fish
2019 (English)Doctoral thesis, comprehensive summary (Other academic)
Abstract [en]

This doctoral thesis investigated the effect of two aquatic pollutants on the behavior and physiology of teleost fish: i) elevated concentrations of carbon dioxide (CO2) in the context of ocean acidification and ii) low concentrations of the anxiolytic pharmaceutical oxazepam in the context of pharmaceutical pollution.

Anthropogenic emissions of CO2 are lowering the pH of the oceans. Studies on coral reef fish exposed to CO2 concentrations projected for the year 2100 (~1000 μatm) reported alarming behavioral effects, of which attraction to predator odor was the most surprising. To explain this behavioral reversal, it was hypothesized that ion-regulatory adjustments to compensate for the decrease in blood pH would result in altered transmembrane gradients of chloride ions, rendering the major inhibitory neurotransmitter in the brain, γ-aminobutyric acid (GABA), excitatory. We investigated whether zebrafish (Danio rerio), an often used model species, showed similar behavioral disruptions in elevated CO2. Zebrafish behavior was however largely unaffected by an approximately month long exposure to ~1600 μatm CO2. We continued by investigating the reproductive, anxiety-related behavior and aggression in another model species, the three-spined stickleback (Gasterosteus aculeatus). However, also stickleback behavior and responses to social subordination were not affected by CO2, in contrast to earlier findings. We concluded that CO2 had no major effect on the behavior of zebrafish and three-spined stickleback.

In the second part of this thesis, I investigated behavioral effects of oxazepam, an anxiolytic pharmaceutical (benzodiazepine) acting on the GABA system. Studies on perch (Perca fluviatilis) have shown that exposure to dilute concentrations of oxazepam (1.8 μg L-1), close to those found outside the municipal sewage treatment plant in Uppsala (0.58 μg L-1), can increase activity, decrease sociality and increase feeding rates. I show that similar oxazepam concentrations can also affect zebrafish. Moreover, I show that females are more sensitive to oxazepam showing reduced anti-predator responses at 0.57 μg L-1 while in males this effect was observed first at 60 μg L-1. Furthermore, and in contrast to wild-caught zebrafish, laboratory zebrafish did not show any effect of the oxazepam exposure. This finding has implications for the use of laboratory zebrafish in ecotoxicological and pharmacological studies, as results might not translate to wild fish. Finally, I show that zebrafish can develop tolerance to the anxiolytic effects of oxazepam during chronic (28 days) exposure. This is an important discovery that could mitigate the effects of this form of pharmaceutical pollution on wild fish.

Abstract [sv]

Doktorsavhandlingen undersöker effekter av två olika vattenföroreningar på beteende och fysiologi hos benfisk, nämligen: i) förhöjda koncentrationer av koldioxid (CO2) i relation till havsförsurning och ii) låga koncentrationer av den ångestdämpande farmakologiska substansen oxazepam i samband med förorening av vatten med läkemedel.

Utsläpp av CO2 sänker havets pH-värde och studier där korallrevsfiskar exponerats för CO2-koncentrationer i nivå med vad som beräknats för år 2100 (~1000 μatm) har rapporterat om alarmerande beteendestörningar, såsom att försöksfiskar inte längre undvek lukt av rovfisk utan istället attraherades till den. En hypotes är att detta omvända beteende orsakas av att de mekanismer som är nödvändiga för att återställa fiskens syra/bas-balans resulterar i att hjärnans främsta inhibitoriska signalsubstans, γ-aminobuturatsyra (GABA), istället får en excitatorisk effekt. Vi har undersökt om sebrafisk (Danio rerio), som är en vanlig modellorganism, visar liknande beteendeförändringar vid förhöjd CO2. Sebrafiskens beteende var emellertid i stort sett opåverkat efter ungefär en månads exponering för ~1600 μatm CO2. Vi fortsatte med att undersöka beteendeeffekter av förhöjda halter av CO2 hos storspigg (Gasterosteus aculeatus), en annan vanlig modellorganism. Inte heller hos denna art kunde vi påvisa några tydliga beteendeeffekter av CO2 varför vi drog slutsatsen att CO2 inte har några påtaglig beteendeeffekter, vare sig hos sebrafisk eller storspigg.

I den andra delen av doktorsavhandlingen undersökte vi hur miljörelevanta koncentrationer av det ångesthämmande läkemedlet oxazepam påverkar GABA systemet och fiskars beteende. Tidigare studier på abborre (Perca fluviatilis) har visat att 1.8 μg L-1oxazepam, vilket är i nivå med vad som påträffas utanför Uppsala avloppsreningsverk (0.58 μg L-1), ger ökad simaktivitet, minskad attraktion till stimmet och ökat födointag. I doktorsavhandlingen visar jag att liknande koncentrationer av oxazepam också påverkar sebrafisk och att honor är mer känsliga för oxazepam då dessa visar minskat anti-predator beteende redan vid 0.57 μg L-1 medan denna effekt inte uppträder hos hanar förrän vid koncentrationen 60 μg L-1. Dessutom fann vi att laboratoriestammar i motsats till vildfångade sebrafiskar inte visade några av dessa oxazepam-inducerade beteendeeffekter, en upptäckt som kan få konsekvenser för användandet av sebrafisk i ekotoxikologiska och farmakologiska studier, eftersom resultat som erhålls på labstammar av sebrafisk inte är direkt överförbara till vild fisk. Slutligen visar min studie att sebrafisk kan utveckla tolerans för de ångesthämmande effekterna av oxazepam vid kronisk (28 dygn) exponering. Detta är ett viktigt resultat som kan tyda på att effekterna av läkemedelsföreningar på vild fisk, åtminstone i detta fall, kan vara mindre än befarat.

Place, publisher, year, edition, pages
Uppsala: Acta Universitatis Upsaliensis, 2019. p. 63
Series
Digital Comprehensive Summaries of Uppsala Dissertations from the Faculty of Medicine, ISSN 1651-6206 ; 1614
Keywords
fish, GABA, CO2, ocean acidification, pharmaceutical pollution, oxazepam
National Category
Behavioral Sciences Biology Physiology Pharmaceutical Sciences
Identifiers
urn:nbn:se:uu:diva-395993 (URN)978-91-513-0807-4 (ISBN)
Public defence
2019-12-13, Room B21, Biomedical Center, Husargatan 3, Uppsala, 09:15 (English)
Opponent
Supervisors
Available from: 2019-11-20 Created: 2019-10-28 Last updated: 2020-03-27

Open Access in DiVA

No full text in DiVA

By organisation
Department of Neuroscience
Behavioral Sciences Biology

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 13 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf