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Fischhyperostosen - seit langem bekannt, weiterhin ein Rätsel
Julia Sara Klein
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Lebenswissenschaften
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Lehramt Sek (AB) UF Biologie und Umweltkunde UF Geographie und Wirtschaft
Betreuer*in
Harald Ahnelt
DOI
10.25365/thesis.71044
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-29851.88863.570598-6
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Das Phänomen Hyperostose – exzessives Knochenwachstum – tritt bei allen Wirbeltiergruppen auf. Besonders häufig ist es bei Fischen dokumentiert. Der erste, von Hyperostose betroffene Knochen wurde 1655 abgebildet. Bereits 1793 wurde erkannt, dass es sich bei diesem als „Os wormianum“ bezeichneten Knochen um einen Pterygiophor der Analflosse eines Fisches handelt. Hyperostotischer Knochen entsteht durch eine Verknöcherung der Knochenhaut, wodurch der Knochen stetig dicker wird. Anschließend wird durch aktive Resorption schwammartiges Knochengewebe gebildet. Die betroffenen Knochen erscheinen stark vergrößert und geschwollen. Es wird zwischen Hyperostose im weiteren Sinn (i.w.S.) und Hyperostose im engeren Sinn (i.e.S.) - auch Fischhyperostose (FH) genannt - unterschieden. Hyperostose i.w.S. umfasst alle Hyperossifikationen am Knochen, natürlichen oder pathologischen Ursprungs, z.B. Exostosen, Pachyostosen oder Osteoma. FH ist ein nicht-pathologisches, art-spezifisches, exzessives Knochenwachstum, eine osteologische Spezialisierung, bei Acanthomorpha (Teleostei) mit azellulärem (anosteozytischem) Skelett. Das Ziel der Arbeit war das Dokumentieren bei welchen Teleostei-Familien (insbesondere Acanthomorpha) Hyperostosen auftreten und welche Knochenstrukturen betroffen sind. Zusätzlich wurden hyperostotische mit den gleichen nicht-hyperostotischen Knochen ausgewählter Arten verglichen, betroffene funktionelle Skeletteinheiten erfasst und eine erste detaillierte Beschreibung von Fischhyperostose bei Zeus faber (Zeidae) erstellt. Die Studie wurde in zwei Teile gegliedert. Der praktische Teil basierte auf der Untersuchung von Fischskeletten mit Hyperostosen aus der Ichthyologischen Sammlung des Naturhistorischen Museums in Wien (NMW). Ausgewählte Knochen von den Exemplaren wurden gemessen und Detailzeichnungen angefertigt. Es wurde untersucht, ob die Körpergröße des Individuums mit der Länge und/oder der Häufigkeit der hyperostotischen Knochen zusammenhängt. Bei einigen Arten nahm die Länge der hyperostostischen Knochen mit der Körpergröße zu, jedoch nicht konsequent bei allen Exemplaren. FH kommen vor allem bei älteren, größeren Individuen einheitlich vor. Einige untersuchte Arten hatten unabhängig von der Körpergröße markante Hyperostosen im Kopfbereich, die beim Sexualdimorphismus und als optisches Signal eine Rolle spielen könnten. Neben der praktischen Arbeit wurde eine umfangreiche Literaturrecherche durchgeführt. Es wurde Literatur der letzten 220 Jahre ausgewertet und in 80 Publikationen Nennungen und Beschreibungen von Hyperostose bei Teleostei allgemein und bei Acanthomorpha im Speziellen gefunden. In einer Datenbank wurden alle einzelnen Knochenelemente gelistet und nach fünf funktionellen Einheiten gegliedert. Hyperostosen wurde in den verschiedensten Fischtaxa, bei insgesamt 137 Arten, 83 Gattungen, 33 Familien in 17 Ordnungen erfasst. Die meisten Arten mit FH (92%) wurden innerhalb der Acanthomorpha gefunden. Es handelte sich ausschließlich um marine Arten. In der gesamten Studie waren von den fünf funktionellen Skeletteinheiten Knochen der ersten (Neurocranium) und fünften (Wirbelsäule) Einheit betroffen. Diese Einheiten sind für den Bewegungsapparat und für optische Signale wichtig. Funktionelle Bedeutung wie Unterstützung beim Aufrichten der Rücken- und Analflossen, Vergrößerung der Muskelansatzstellen oder zum Unterstützen des Gleichgewichts werden als Ursachen für die Entstehung von FH vermutet. Auch Alterungserscheinung, eine Reaktion auf hohe Temperaturen oder Veränderungen des Stoffwechsels könnten Ursachen für exzessives Knochenwachstum sein. Weitere detaillierte Forschung ist notwendig, um ein besseres Verständnis für den Mechanismus des Knochenstoffwechsels zu erhalten der zum Phänomen Fischhyperostose führt.
Abstract
(Englisch)
The phenomenon “hyperostosis” describes excessive bone growth that is common in all vertebrates, especially in fish. The first illustration of a hyperostotic bone was published in 1655, although the origin was unknown. That the “os wormianum” was an anal-fin pterygiophore of a fish skeleton was recognized already 1793. The term “Hyperostosis” describes hyperossification and is the periosteal formation of excess bone. Such hyperossifications lead to an increase of the bone volume and an external swollen appearance, an overgrowth of bone. Simultaneously to the forming of excess bone, bony tissue is resorbed resulting in the spongy nature of affected bones. Generally, the term hyperostosis is applied in the literature to enlarged and swollen bones which are often gall-like and globose. Nowadays scientists distinguish between hyperostosis in a broader sense and hyperostosis in a narrower sense, also termed fish hyperostosis (FH). Hyperostosis in a broader sense includes all kinds of hyperossification on bone, naturally or pathologically, e.g. exostosis, pachyostosis or osteoma. The term fish hyperostosis is less used in literature and is defined as a non-pathological, species-specific, excessive bone growth specifically in Acanthomorpha, the most advanced teleost fish characterized by anosteocytic bones. The goal of the study was to conduct an extensive review of fish taxa (database) with fish hyperostosis, firstly. Additionally, a compilation of all bones which are known to be affected by hyperostosis was prepared to test if functional units (e.g. the neurocranium or the oral jaws and the suspensory) were differently or equally affected by hyperostosis. Secondly, skeletons and single bones of hyperostotic fishes of Carangidae, Ephippidae, Sciaenidae, and Zeidae have been described in comparison with skeletons of unaffected conspecifics and the affected functional units have been captured. Additionally, a first detailed description of hyperostosis of Zeus faber (Zeidae) has been given. The study consists of two parts. First, the practical work includes an investigation of skeletons of hyperostotic fishes (Carangidae, Ephippidae, Sciaenidae, Drepaneidae and Zeidae). Second, an extensive review of fish taxa (families, genera and species) based on literature has been done. The practical part includes whole-mount and disarticulated skeletons and radiographs of ethanol preserved specimens provided by the Ichthyological Collection of the Natural History Museum in Vienna. Skeletons and bones were measured, photographed and selected bones have been drawn in detail. A correlation between the size of the specimen and the frequency and/or the length of hyperostotic bones has been observed. In some species of the family Carangidae and Sciaenidae, the length of the hyperostotic bone increases with body size, but not consequently in all specimens. In the family of Drepaneidae, the frequency of hyperostosis correlates with larger body size. Chaetodipterus faber (Ephippidae) shows no correlation between increased body size and frequency or length of the hyperostotic bones. Generally, fish hyperostosis occurs with age and growth, therefore has been described just in adult specimens. Independent of the body size, some species (family Ephippidae, Drepaneidae and Sciaenidae) develop pronounced hyperostosis in the head region (Supraoccipitale). Sexual dimorphism and optic signals can be possible functions. In the extended review of fish taxa, literature of the last 220 years has been collected. Mentions and descriptions of osteological elements with hyperostosis and FH in Teleostei, especially in Acanthomorpha, in 80 publications have been found. The literature was searched for species with hyperostotic structures and a database was established. In this database, all single bone elements arranged by five functional skeleton units were listed. Hyperostosis was found in diverse fish taxa in overall 137 species, 83 genera, 33 families in 17 orders. Only marine species were affected. Hyperostosis was found in all groups of Actinopterygii, ranging from Elopomorpha to Acanthomorpha, although most of the species (92%) were found in the latter group. Hyperostosis appears often in species of the family Carangidae, where one-third of the species exhibit FH. Mostly fast-swimming species in tropical, shallow waters develop FH. Fish hyperostosis occurs in different families on different bones. In the whole study, only bones from the first and fifth functional skeleton unit of fish were affected with fish hyperostosis. These units are required for locomotion and visual signals, directly or indirectly. Only one specimen had a hyperostotic bone in the third unit (branchial apparatus). This unit is included in vital processes like respiration. All in all 328 bones were affected by hyperostosis. A detailed description of Zeus faber (Zeidae) showed, that spins of the first dorsal fin and bucklers of the second dorsal and anal fins exhibit FH. Also, bones of the cranial region and the pectoral girdle showed massive thickening. The hyperostotic pattern on the skeleton varies between genera and is mostly species-specific. Besides functional explanations as support in fin erection or buoyancy, also a reaction on high temperature or metabolic changes can be considered as possible origins for FH. A pathological origin is unlikely due to the predictable development and the absence of infections or ignitions. It is assumed that the differentiation in the degree of hyperostotic development is linked to genetic divergence in bone metabolism and is supposed to be a derived status although the function is unknown. Further studies are necessary to increase the knowledge and understanding of the mechanism behind the bone metabolism which leads to fish hyperostosis.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
Hyperostose FH natürlich Acanthomorpha anosteozytisch azellulär funktionelle Skeletteinheiten
Autor*innen
Julia Sara Klein
Haupttitel (Deutsch)
Fischhyperostosen - seit langem bekannt, weiterhin ein Rätsel
Paralleltitel (Englisch)
Fish hyperostoses - since long known, still enigmatic
Publikationsjahr
2022
Umfangsangabe
92 Seiten : Illustrationen
Sprache
Deutsch
Beurteiler*in
Harald Ahnelt
AC Nummer
AC16534710
Utheses ID
61951
Studienkennzahl
UA | 199 | 502 | 510 | 02