Urea – huvudkomponenten i mänsklig urin – spelar en viktig roll i tidpunkten för mognad av hajar, rockor och andra broskfiskar.
En ny studie av forskare med Sea Around Us-initiativet vid University of British Columbias Institute for the Oceans and Fisheries har funnit att höga ureakoncentrationer som är vanliga i broskfiskar, särskilt oviparösa marina arter, tillåter dem att mogna och börja fortplanta sig vid en större bråkdel av deras maximala storlek.
Verket publiceras i tidskriften Environmental Biology of Fishes .
"Det har länge varit känt att broskfiskar är sena att mogna jämfört med benfiskar men våra resultat ger ett mekanistiskt skäl till varför det är så", säger Melanie Warren, som ledde studien medan hon avslutade sin masterexamen vid UBC.
"Våra fynd är viktiga eftersom dessa fiskar är mycket mottagliga för fisketryck. Om de fångas i stort antal innan de har haft en chans att fortplanta sig, decimeras populationerna och det är därför vi idag ser att 37 procent av hajar, rockor, skridskor och sågfisk är hotade av utrotning. Att veta när de mognar är därför nyckeln till hållbar fiskeförvaltning och bevarandeinsatser."
Warren och medförfattaren Dr Daniel Pauly, huvudforskare av havet runt oss, analyserade publicerade data om medellängden vid första mognad och maximal längd för nästan 1 000 arter av broskfiskar. De uppskattade sedan fiskarnas ämnesomsättning vid båda storlekarna, och kombinerade de två siffrorna för varje art, beräknade deras "reproduktiva andningströskel" (RRT). Tidigare studier har visat att när ett sådant värde uppnås utlöses mognad och lek.
Forskarna fann anmärkningsvärda skillnader när de jämförde sina resultat med "1,36-tröskeln" som uppskattats för hundratals benfiskar i marina och sötvatten samt ryggradslösa djur.
De två ytterligheterna som fångade deras uppmärksamhet mest var "1,13-tröskeln" uppskattad för marina oviparösa hajar och rockor och "1,33-tröskeln" som uppskattades för sötvattens viviparösa strålar.
"Dessa trösklar berättar för oss att oviparösa hajar och rockor mognar till en större bråkdel av sin maximala storlek än viviparösa strålar i sötvatten eller benfisk," sa Warren. "Med andra ord, om gråsnäpparna mognar när de når 40-50 procent av sin maximala längd, mognar hammarhajar när de når cirka 60-70 procent av sin maximala storlek."
Efter att ha uppskattat dessa trösklar började forskarna titta på deras koppling till urea retention, eftersom det är känt att många broskartade arter koncentrerar höga nivåer av urea i sina kroppsvävnader och vätskor för att förhindra överdriven förlust av vatten.
"Vi fann att arter med hög urea retention mognar till en större del av sin maximala storlek än arter som behåller lite urea," sade Warren. "Det här var ett 'urea-ka'-ögonblick."
Forskarna antog att urea, känt för att hjälpa till med syra-basreglering i broskfisk, fungerar som en buffert mot surheten som orsakas av det minskade syreintaget som orsakas av tillväxt och den efterföljande minskningen av syretillförseln.
"När fiskar växer har deras tvådimensionella gälar eller andningsorgan svårt att ge syre till sina tredimensionella kroppar som utvecklas. Detta minskade syreintag påverkar hastigheten med vilken proteiner - väsentliga komponenter i fiskens celler och vävnader - naturligt bryts ned eller "denatureras" ' och återsyntetiseras så att organismen förblir vid liv," förklarade Dr. Pauly.
"Det finns en punkt då syret som krävs för tillväxt och för återsyntes av denaturerade proteiner blir mycket tätt och skapar en sur inre miljö som "säger" för fiskarna att det är dags att självreglera sig och frigöra en hormonkaskad som stoppar utväxter, utlöser lek och låter dem andas in mer syre."
Även om denna process även gäller för broskfiskar, balanserar deras urea-retention ut surheten orsakad av minskat syreintag och gör att de kan fortsätta växa längre än benfiskar och fördröja mognaden.
"Intressant nog händer detta inte med viviparösa sötvattenstrålar, vars tröskel är närmare benfiskens tröskel, eftersom de förser sina valpar med syre genom sina gälar och därmed upplever större syrestress än marina oviparösa strålar," Dr. Pauly sa.
"Och, ännu mer intressant, har det visat sig att viviparösa sötvattenstrålar nästan helt har förlorat förmågan att behålla urea. Detta stärker kopplingen mellan andning, urea-retention och uppnåendet av första mognad hos broskfiskar."
Mer information: Melanie Warren et al, Ureas sannolika roll för att fördröja storleken vid första mognad av ureosmotiska Chondrichthyes, Environmental Biology of Fishes (2024). DOI:10.1007/s10641-024-01548-9
Tillhandahålls av havet runt oss
