Metabolic and reproductive aging in teleosts

Abstract Aging is defined as a general biological decline with increasing age, caused by an irreversible time-progressive decay in organisms. The phenomenon of aging appears to be a direct function of the metabolic rate and this largely depends on the different animal species, which, in turn, can reflect their reproductive strategy. Much of the research on aging process is focused on a single species however, lifespan in animals varies significantly across different species, and therefore, studies on different short and long-lived species are necessary to shed light on the biological signatures associated to aging. In the present PhD thesis, focus was addressed on two different fish species: the African killifish, Nothobranchius furzeri, considered the shortest-lived vertebrate and to one of the most long-lived pelagic fish, the Atlantic Bluefin tuna (ABFT), Thunnus thynnus. Using annual killifish N. furzeri as model to identify the effects of parental aging, in this study was demonstrated that phenotypic plasticity during the embryonic development was affected by parental age influencing the growth process during adult life. Reproductive performance from different-age breeder groups were also studied. Maternal contribution was relevant in terms of embryos quality, resulting in poorest success of embryonic survival and hatching rate from old females. In this species, the results obtained demonstrated that not only the environmental conditions and food availability but also parental age could be a key factor for embryo development as well as for the reproductive process during the adult life. In the long lifespan species, Thunnus thynnus, the growth-at-age was evaluated with different approaches to gain information on aging process during their life. These studies evidenced that in long-lived teleost the ABFT growth rate was higher during the first 8 years of life after which this species use their metabolic energies mainly for adding fat. Finally, an update on the length/weight relationship of ABFT was provided for stock assessment analysis.

L’invecchiamento viene definito come un declino a livello biologico in età avanzata, causato da un irreversibile e progressivo decadimento generalizzato negli organismi con il trascorrere del tempo. Il fenomeno dell’invecchiamento appare correlato con il tasso metabolico che, a sua volta, può riflettere la strategia riproduttiva tipica per ogni specie animale. Diverse ricerche scientifiche sull’invecchiamento sono incentrate su una singola specie animale nonostante la durata della vita di ciascun animale vari significativamente da specie a specie. Per questo motivo, studi su specie che hanno una durata di vita estremamente breve e specie che hanno una durata di vita longeva sono necessari per far luce sulle caratteristiche biologiche associate all’invecchiamento. In questa tesi di Dottorato, sono stati presi in esame due specie animali estremamente interessanti: il killifish Nothobranchius furzeri considerato il vertebrato con l’aspettativa di vita più breve e il tonno rosso, Thunnus thynnus, uno tra i pesci pelagici più longevi. Utilizzando il killifish N. furzeri come modello di studio per analizzare gli effetti dell’invecchiamento parentale, è stato dimostrato che non solo la plasticità fenotipica durante lo sviluppo embrionale è influenzata dall’età parentale ma che questa può essere controllata da regolazione epigenetica e avere effetti anche sulla crescita e nell’età adulta. Inoltre sono state prese in considerazione anche le performance riproduttive da diversi gruppi riproduttori di età diverse. Il contributo materno è risultato essere rilevante in termini di qualità dell’embrione per quanto riguarda lo scarso successo della sopravvivenza embrionale e la percentuale di schiusa da parte delle femmine definite vecchie. In questa specie è stato evidenziato oltre alle condizioni ambientali e la disponibilità di cibo, anche l’età parentale può essere un fattore chiave per lo sviluppo embrionale e il processo riproduttivo in età adulta. Nel tonno rosso è stato valutato il fattore di crescita in relazione all’età; lo studio è stato condotto con approcci differenti per ottenere informazioni sul processo di invecchiamento anche in questa specie. I nostri dati sullo studio di questo teleosteo così longevo hanno mostrato che la crescita è marcata nei primi 8 anni di vita, raggiunta tale età, questa specie tende principalmente ad utilizzare le proprie energie metaboliche per l’ingrasso essendo comunque una specie a crescita indefinita. Infine, abbiamo fornito una formula aggiornata sulla correlazione peso/lunghezza del tonno rosso utile per la valutazione dell’abbondanza di questa specie durante le campagne di pesca.