Evidence of a hormonal basis for behavioral variation in Death Valley pupfishes

Authors: Lema, Sean C., Nevitt, Gabrielle A.

Year: 2003 (xxxv)

Abstract

Pupfish populations in the Death Valley region show considerable variation in reproductive and agonistic behaviors. The social behaviors of pupfishes, however, are responsive to the immediate

ecological conditions that populations are experi encing. This plasticity suggests that population differences in behavior might be partially explained as a physiological response of individuals to the unique environments they inhabit. As a first step toward exploring the proximate basis of this population variation, we are studying how the hormone arginine vasotocin (AVT) affects behavior in Amargosa pupfish, Cyprinodon nevadensis. AVT and its mammalian homologue, arginine vasopressin, are known to play key roles in osmoregulation and stress physiology. Yet these hormones also act on the nervous system to modulate behavior, and recent evidence has implicated them to underlie species differences in social behavior. We used immunocytochemistry to examine AVT expression in the brains of two Death Valley populations: 1) the Amargosa River pupfish population of C. n. amargosae, and 2) Big Spring occupied by the Ash Meadows Amargosa pupfish, C. n. mionectes . We found that AVTimmunoreactive neurons were significantly larger in cell soma area in males and females from the Amargosa River population than in those from Big Spring. Although it is unclear whether larger neurons in Amargosa River pupfish indicate increased secretion of AVT or an inhibition of secretion, the difference suggests that the ecological conditions of these habitats have brought about changes in AVT pathways in the brain. To understand how AV T affects pupfish behavior, we intraperitoneally administered AVT to male Amargosa River pupfish both in mixed-sexed groups in the laboratory and in freely-behaving pupfish in the wild. Under both conditions, AVT reduced aggression while having no effects on courtship or feeding. Combined, results from these studies suggest that changes to AVT physiology may in part mediate differences in aggression of these populations.

Resumen

Evidencias de una base hormonal para la variación de la conducta entre peces cachorritos del Valle de La Muerte Las poblaciones de peces cachorritos que habitan la región del Valle de La Muerte muestran una variación considerable en sus conductas agonísti cas y reproductivas. Sin embargo, las conductas sociales de los peces cachorritos responden a las condiciones ecológicas inmediatas que experimenten sus poblaciones. Esta plasticidad sugiere que las di ferencias de conducta entre poblaciones puede ser parcialmente explicada como una respuesta fisiológica de los individuos al medioambiente especial en el que habitan. Para explorar la base más cercana de esta variación conductual poblacional, se estudió cómo la hormona vasotocina arginina (AVT, por sus siglas en inglés) afecta la conducta del cachorrito Amargosa, Cyprinodon nevadensis . Se sabe que esta hormona y su homóloga en mamíferos, la vasopresina arginina, son elementos clave en la fisiología del estrés y la osmoregulación. Aunado a eso, estas hormonas también actúan sobre el sistema nervioso para regular la conducta, y estudios recientes indican que éstas promueven diferencias de conducta social en las especies. Se utilizó la técnica de inmunocitoquímica para examinar la manifestación de la AVT en los cerebros de dos poblaciones del Valle de La Muerte: 1) el cachorrito del Río Amargosa, C. n. amargosae, y 2) el cachorrito Amargosa de Ash Meadows, C. n. mionectes, en Manantial Big. Se observó que las neuronas inmunoreactivas a la AVT fueron significativamente más grandes en las regiones somáticas celulares de machos y hembras de la población del Río Amargosa que en la del Manantial Big. Aunque no es claro si las neuronas más grandes en la población del Río Amargosa indican un incremento o una inhibición en la secreción de la AVT, la diferencia sugiere que las condiciones ecológicas de esos hábitats han provocado cambios en el camino que toma la AVT en el cerebro. Con el objeto de entender un poco más cómo la AVT afecta la conducta de los peces cachorritos, se administró AVT intraperitoneal a los machos del cachorrito del Río Amargosa en grupos con ambos sexos, tanto en el laboratorio como en el medio natural. En ambos casos, la AVT redujo el nivel de agresión, pero no se observaron cambios en en la conducta de cortejo o de alimentación. Los resultados combinados de estos estudios, nos indican que los cambios en la fisiología de la AVT pueden aminorar parcialmente las diferencias en agresión entre las poblaciones aquí consideradas.