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Ionoregulatory strategies and the role of urea in the Magadi tilapia (Alcolapia grahami)

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Abstract:

The unique ureotelic tilapia Alcolapia grahami lives in the highly alkaline and saline waters of Lake Magadi, Kenya (pH ~10.0, alkalinity ~380 mmol·L–1, Na+ ~350 mmol·L–1, Cl ~110 mmol·L–1, osmolality ~580 mosmol·kg–1). In 100% lake water, the Magadi tilapia maintained plasma Na+, Cl, and osmolality at levels typical of marine teleosts and drank the medium at 8.01 ± 1.29 mL·kg–1·h–1. Gill chloride cells were predominantly of the sea water type (recessed, with apical pits) but a few freshwater-type chloride cells (surficial, with flat apical exposure) were also present. Whole-body Na+ and Cl concentrations were relatively high and exhibited larger relative changes in response to salinity transfers than did plasma ions. All fish succumbed upon acute transfer to 1% lake water, but tolerated acute transfer to 10% lake water well, and gradual long-term acclimation to both 10 and 1% lake water without change in plasma cortisol. Plasma osmolytes were here maintained at levels typical of freshwater teleosts. Curiously, drinking continued at the same rate in fish adapted to 1% lake water, but chloride cells were now exclusively of the freshwater type. Significant mortality and elevated cortisol occurred after acute transfer to 200% lake water. However, the fish survived well during gradual adaptation to 200% lake water, although plasma cortisol remained chronically elevated. Urea levels accounted for only 2–3% of internal osmolality in 100% lake water but responded to a greater extent than plasma ions during exposure to 10 and 200% lake water, decreasing by 28–42% in the former and increasing by over 500% in the latter relative to simultaneous-control values. Urea thereby played a small but significant role (up to 8% of internal osmolality) in osmoregulation.

Le remarquable tilapia uréotélique Alcolapia grahami vit dans les eaux salées très alcalines du lac Magadi au Kenya (pH ~10,0, alcalinité ~380 mmol·L–1, Na+ ~350 mmol·L–1, Cl ~110 mmol·L–1, osmolalité ~580 mosmol·kg–1). Dans de l'eau du lac à 100 %, les tilapias de Magadi gardaient stables leurs concentrations de Na+, de Cl et leur osmolalité à des valeurs typiques des téléostéens marins et buvaient l'eau du milieu à raison de 8,01 ± 1,29 mL·kg–1·h–1. Les cellules à chlorure des branchies étaient en majorité de type marin (encastrées, avec des fosses apicales), mais quelques-unes étaient de type d'eau douce (superficielles, à surface apicale plate). Les concentrations totales de Na+ et de Cl étaient relativement élevées et elles ont subi des modifications relatives plus importantes en réaction à des changements de salinité que les concentrations plasmatiques d'ions. Tous les poissons sont morts à la suite d'un transfert brutal à de l'eau du lac à 1 %, mais ont bien supporté un transfert subit à de l'eau à 10 % et une acclimatation graduelle aussi bien à l'eau à 10 % qu'à l'eau à 1 % sans modifier leur cortisol plasmatique. Les osmolytes du plasma se sont maintenus à des concentrations typiques de téléostéens d'eau douce. Assez curieusement, les poissons adaptés à de l'eau à 1 % ont continué de boire au même rythme, mais leurs cellules à chlorure étaient alors toutes de type d'eau douce. Une mortalité importante et une augmentation du cortisol ont été observées après un transfert brusque à de l'eau du lac à 200 %. Cependant, les poissons ont survécu à une adaptation graduelle à l'eau du lac à 200 %, mais les concentrations de cortisol plasmatique sont restées élevées en permanence. Les taux d'urée n'étaient responsables que de 2–3 % de l'osmolalité interne dans de l'eau du lac à 100 %, mais ils ont réagi plus fortement que les ions plasmatiques au cours d'expositions à de l'eau du lac à 10 % et à 200 %, diminuant de 28–42 % dans le premier cas, et augmentant de plus de 500 % dans l'autre cas, par comparaison à des valeurs témoins enregistrées en même temps. L'urée a donc un rôle réduit, quoique important, à jouer dans l'osmorégulation (expliquant jusqu'à 8 % de l'os

Document Type: Research Article

Publication date: 2002-03-01

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