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Changes in ventilation, metabolism, and behaviour, but not bradycardia, contribute to hypoxia survival in two species of Amazonian armoured catfish

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Abstract:

Amazonian armoured catfishes exhibit substantial cardiac hypoxia tolerance, but little is known concerning organismal cardiorespiratory, metabolic, and behavioural responses to low oxygen levels. This study assessed the general mechanisms used by two species of armoured catfish, Glyptoperichthyes gibbceps and Liposarcus pardalis, to survive the frequent periods of hypoxia encountered in the Amazon River. The gill ventilation rate (fv) and heart rate (fh) were studied under controlled hypoxia in aquaria and under natural hypoxia in a simulated pond. Glyptoperichthyes gibbceps were fitted with radiotelemetry tags and held in field cages to study their habits of depth selection and air breathing. When denied aerial respiration under hypoxia in aquaria, G. gibbceps increased fv, but neither they nor L. pardalis exhibited alterations in fh. An increase in fv was initially observed in G. gibbceps during pond hypoxia before aerial respiration was initiated and fv declined. Glyptoperichthyes gibbceps were hyperglycaemic under normoxia, and extremely large increases in plasma glucose and lactate concentrations were observed under hypoxia. Field studies confirmed their nocturnal behaviour and showed that air breathing increased at night, regardless of dissolved oxygen concentration. Our results show that armoured catfishes preferentially up-regulate fv and anaerobic metabolism and exhibit no bradycardia during hypoxia.

Les poissons-chats cuirassés de l'Amazonie possèdent une tolérance remarquable à l'hypoxie cardiaque; cependant, leurs réactions cardio-respiratoires globales ainsi que leurs réactions métaboliques et comportementales aux faibles concentrations d'oxygène restent encore mal connues. Notre étude examine les mécanismes généraux utilisés par deux espèces de poissons-chats armés, Glyptoperichthyes gibbceps et Liposarcus pardalis, pour survivre aux fréquentes périodes d'anoxie qui se produisent dans l'Amazone. Nous avons mesuré le taux de ventilation des branchies (ƒv) et le rythme cardiaque (ƒh) dans des conditions d'anoxie contrôlée dans des aquariums et d'anoxie naturelle dans un étang artificiel. Des G. gibbceps ont été munis d'étiquettes radiotélémétriques et gardés dans des cages en nature pour l'étude de leurs habitudes de choix de profondeur et de respiration aérienne. Lorsqu'ils sont privés d'accès à la respiration aérienne en condition d'anoxie dans les aquariums, les G. gibbceps augmentent leur ƒv; cependant, ni l'une ni l'autre des espèces ne change son ƒh. Le ƒv augmente au départ chez G. gibbceps durant une hypoxie en étang jusqu'à ce que la respiration aérienne débute; le ƒv décline ensuite. Il y a une hyperglycémie chez G. gibbceps en conditions de normoxie et, en conditions d'hypoxie, il se produit de très fortes augmentations de glucose et de lactate dans le plasma. Des études sur le terrain confirment l'existence de comportements nocturnes et révèlent un accroissement de la respiration aérienne la nuit, quelle que soit la concentration d'oxygène dissous. Notre étude démontre que les poissons-chats cuirassés font de la régulation de préférence par accroissement de ƒv et par métabolisme anaérobie et qu'ils ne subissent aucune bradycardie durant l'hypoxie.[Traduit par la Rédaction]

Document Type: Research Article

Publication date: February 1, 2003

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