Universität zu Köln

Escobar Sierra, Camilo ORCID: 0000-0001-9105-4378 (2025). Physiological responses of freshwater fish to multiple stressors in urban rivers: a transcriptomic approach. PhD thesis, Universität zu Köln.

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• Physiological responses of freshwater fish to multiple stressors in urban rivers: a transcriptomic approach. (deposited 20 Feb 2025 10:42) [Currently Displayed]

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Abstract

This thesis investigates freshwater fish's physiological and molecular responses to multiple stressors in urban rivers, using a transcriptomic approach to understand the impacts of environmental changes, particularly salinization, on fish health. Urbanization contributes to the degradation of freshwater ecosystems, leading to altered water quality and the introduction of multiple stressors, such as salinity, temperature fluctuations, and pollution. These stressors significantly affect fish physiology, particularly in key organs like the gills and liver, which are essential for osmoregulation, respiration, and immune response. The thesis harnesses transcriptomics, a powerful tool for analyzing gene expression, to provide insights into the early molecular responses of fish to environmental stressors. Traditional methods often fail to capture the complexity of multiple simultaneous stressors, but transcriptomics allows for the detection of specific gene expression changes before they manifest in overt physiological or ecological effects. This approach is particularly valuable in understanding how fish maintain homeostasis, compensate for environmental challenges, and potentially recover from stress, offering a detailed view of species' responses to urban-induced environmental changes. The thesis is organized into three chapters, each addressing different aspects of how freshwater fish respond to multiple anthropogenic stressors. The first chapter examines the impact of varying chloride concentrations on gene expression related to osmoregulation in Gasterosteus aculeatus. The second chapter explores tissue-specific molecular responses to extreme salinity in invasive hybrid minnows, providing insights into their physiological resilience and potential invasiveness. The third chapter investigates the combined effects of multiple stressors, including temperature and dissolved oxygen variations, on gene expression in Cottus rhenanus. The findings consistently highlight salinity as a critical factor influencing fish health, even when other stressors are present. This research underscores the ecological threat posed by freshwater salinization and the importance of incorporating transcriptomic data into conservation strategies. The thesis contributes to a growing understanding of how urbanization and environmental change impact freshwater ecosystems and provides valuable molecular biomarkers for assessing the health of fish populations in increasingly urbanized environments. Future research directions include integrating transcriptomics with epigenetics to provide a more comprehensive understanding of how multiple stressors shape physiological responses and adaptability in organisms. This integrative approach can enhance conservation efforts by offering early indicators of stress and informing strategies to protect freshwater biodiversity in the face of global human-driven change.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Translated title:	Title Language Respuestas fisiológicas de los peces de agua dulce a múltiples estresores en ríos urbanos: un enfoque transcriptómico Spanish
Translated abstract:	Abstract Language Esta tesis investiga las respuestas fisiológicas y moleculares de los peces de agua dulce a múltiples estresores en ríos urbanos, utilizando un enfoque transcriptómico para comprender los impactos de los cambios ambientales, particularmente la salinización, en la salud de los peces. La urbanización contribuye a la degradación de los ecosistemas de agua dulce, alterando la calidad del agua e introduciendo múltiples estresores, como la salinidad, las fluctuaciones de temperatura y la contaminación. Estos estresores afectan significativamente la fisiología de los peces, especialmente en órganos clave como las branquias y el hígado, esenciales para la osmorregulación, la respiración y la respuesta inmune. La tesis emplea la transcriptómica, una herramienta poderosa para el análisis de la expresión génica, con el fin de proporcionar información sobre las respuestas moleculares tempranas de los peces a los estresores ambientales. Los métodos tradicionales a menudo no logran captar la complejidad de múltiples estresores simultáneos, pero la transcriptómica permite detectar cambios específicos en la expresión génica antes de que se manifiesten en efectos fisiológicos o ecológicos evidentes. Este enfoque es particularmente valioso para comprender cómo los peces mantienen la homeostasis, compensan los desafíos ambientales y, potencialmente, se recuperan del estrés, ofreciendo una visión detallada de las respuestas de las especies a los cambios ambientales inducidos por la urbanización. La tesis se organiza en tres capítulos, cada uno abordando distintos aspectos de la respuesta de los peces de agua dulce a múltiples estresores antropogénicos. El primer capítulo examina el impacto de diferentes concentraciones de cloruros en la expresión génica relacionada con la osmorregulación en Gasterosteus aculeatus. El segundo capítulo explora las respuestas moleculares específicas de los tejidos a una salinidad extrema en híbridos invasores de ciprínidos, proporcionando información sobre su resiliencia fisiológica y su potencial invasivo. El tercer capítulo investiga los efectos combinados de múltiples estresores, incluyendo variaciones de temperatura y oxígeno disuelto, en la expresión génica de Cottus rhenanus. Los hallazgos destacan consistentemente la salinidad como un factor crítico que influye en la salud de los peces, incluso en presencia de otros estresores. Esta investigación resalta la amenaza ecológica que representa la salinización del agua dulce y la importancia de incorporar datos transcriptómicos en las estrategias de conservación. La tesis contribuye a una comprensión creciente sobre cómo la urbanización y el cambio ambiental afectan los ecosistemas de agua dulce y proporciona valiosos biomarcadores moleculares para evaluar la salud de las poblaciones de peces en entornos cada vez más urbanizados. Las futuras líneas de investigación incluyen la integración de la transcriptómica con la epigenética para obtener una comprensión más completa de cómo múltiples estresores moldean las respuestas fisiológicas y la adaptabilidad de los organismos. Este enfoque integrador puede fortalecer los esfuerzos de conservación al proporcionar indicadores tempranos de estrés e informar estrategias para proteger la biodiversidad de agua dulce frente a los cambios globales impulsados por la actividad humana. Spanish
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Escobar Sierra, Camilo miloes114@gmail.com orcid.org/0000-0001-9105-4378 UNSPECIFIED
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-750694
Date:	2025
Place of Publication:	Cologne, Germany
Language:	English
Faculty:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences
Divisions:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences > Department of Biology > Zoologisches Institut
Subjects:	Life sciences
Uncontrolled Keywords:	Keywords Language Transcriptome analysis English Gene ontologies English Fish physiology English Osmoregulation English Pollution English Gene expression English Molecular ecology English
Date of oral exam:	25 October 2024
Referee:	Name Academic Title Lampert P., Kathrin PD Dr. Bonkowski, Michael Prof. Dr.
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/75069