Behavioural Responses of Nauplii and Copepodites of Caligus elongatus (Crustacea: Copepoda: Caligidae) to Light Stimuli of Different Wavebands, Intensities, and Pulsations

Abstract

Caligus elongatus von Nordmann, 1832 er en ektoparasittisk kopepode observert på over 80 fiskearter fra et bredt spekter av familier. Atlantiske laksen (Salmo salar) er en av vertene, der C. elongatus spiser slim, epidermis, blod og epitelceller. Det gir verten ulike negative følger, inkludert kløe, petekkier (punktblødninger), åpne sår og osmotisk sjokk på grunn av hudlesjoner. Kjennskap til miljøsignaler er avgjørende for å forstå mekanismene C. elongatus har for å finne en vert. Videre kan miljøfaktorer, som lysets påvirkning på migrasjonsmønstret dens, være avgjørende for å forstå spredningen og infeksjonsratene til C. elongatus og andre sjølus. Denne oppgaven tok sikte på å undersøke responsen til nauplius- og kopepoditt-larver av C. elongatus på lysstimuli av forskjellige bølgebånd, pulseringer og intensiteter i laboratorieforhold. Oppgaven gir innsikt i artens responsatferd på lys i de tidlige stadiene av utviklingen, et emne som enda ikke har blitt grundig utforsket.

For å undersøke lysresponser ble totalt 108 eksperimenter, fordelt likt mellom nauplier og kopepoditter, utført innenfor 18 forskjellige lysbehandlinger. Hver lysbehandling besto av en kombinasjon av ett bølgebånd (rødt, grønt eller blått), en intensitet (høy eller lav) og en pulsering (konstant lys, 0,5 sek på:3 sek av, 2 sek på:3 sek av). Lyset ble sendt fra en lysboks plassert rett over et 25×8×3 cm (innvendige mål) akvarium fylt med vann opptil 16 cm. Et kamera som tok 120 bilder per sekund ga detaljert dokumentasjon av atferden til larver i de 30 sekundene med mørkeperiode og de påfølgende 90 sekundene med lysforhold i hvert eksperiment. Bildene ble behandlet ved hjelp av Python-biblioteket OpenCV, og posisjonskoordinater for hvert bevegelige objekt over hvert bilde ble hentet ut. Dette sikret den detaljerte analysen av lysrespons som er presentert i denne masteroppgaven.

Et av hovedfunnene var at verken nauplier eller kopepoditter viste positiv respons i retning av lyskilden i det lyset ble skrudd på. Disse resultatene støtter ikke tidligere studier som har rapportert larver av C. elongatus som positivt fototaktiske. De viktigste foreslåtte forklaringene på fraværet av positiv fototaksis i denne oppgaven er 1) påvirkning av temperatur, 2) genetiske forskjeller, og 3) lave irradiansnivåer og lyskombinasjoner som ikke stimulerer larvenes naturlige miljø. Høyintensitetslys førte til en nedstigning i vannsøylen sammenlignet med lavintensitetslys for begge utviklingstrinn. Den foreslåtte forklaringen var unngåelsesatferd for å unngå predasjon (for nauplier) og potensielt skadelig stråling. I tillegg ble temperaturen foreslått å være en påvirkningsfaktor for denne observasjonen. Maksimal hastighet blant alle nauplier (67,82 mm/s) var høyere enn maksimalhastigheten blant alle kopepoditter (55,83 mm/s). Imidlertid var gjennomsnittlig maksimalhastighet høyere blant kopepoditter enn blant nauplier. Blant kopepodittene førte pulserende lys til betydelig høyere maksimalhastighet. Den foreslåtte forklaringen på dette var at pulserende lys kan ligne fiskestimer som svømmer forbi, som kan stimulere kopepodittene til å svømme raskere for større sannsynlighet til å treffe på en vert i vannkolonnen.

Resultatene av denne oppgaven viser at det er behov for mer forskning på fototaksisen til nauplier og kopepottider av C. elongatus og understreker behovet for ytterligere forskning for å fullt ut forstå implikasjonene av lysstimuli på atferden deres.

Caligus elongatus von Nordmann, 1832 is an ectoparasitic copepod observed on over 80 fish species from various families. Among the hosts are the farmed Atlantic salmon (Salmo salar), where C. elongatus consumes mucus, epidermis, blood, and epithelial cells. The host can experience adverse side effects from the attachment of the parasite, including itching, petechial bleeding, open wounds, and osmotic shock due to skin lesions. Understanding environmental cues is critical to comprehending the host-finding mechanisms of C. elongatus. Furthermore, environmental factors, such as the influence of light on its migration pattern, might be essential in understanding the spread and infection rates of C. elongatus and other sea lice. This thesis aimed to examine the response of nauplius and copepodid larvae of C. elongatus to light stimuli of different wavebands, pulsations, and intensities in laboratory conditions. The thesis provides insights into the species' response behaviours to light in the early stages of development, a topic that has yet to be extensively explored.

To investigate light responses, a total of 108 experiments, divided equally between nauplii and copepodites, were conducted within 18 different light treatments. Each light treatment consisted of a combination of one waveband (red, green, or blue), one intensity (high or low), and one pulsation (constant light, 0.5 sec on: 3 sec off, 2 sec on: 3 sec off). The light was exhibited from a lightbox positioned directly above a 25×8×3 cm (inside measurements) aquarium filled with water to 16 cm height. A camera taking 120 images per second provided detailed documentation of the behaviour of larvae in the 30 second of dark conditions and the following 90 second of light conditions in each experiment. The images were processed using the Python library OpenCV, and position coordinates for each moving object across every frame were obtained. This ensured the detailed analysis of light responses as provided in this thesis.

The main findings were that neither nauplii nor copepodid showed a positive response in the direction of the light source after the onset of light. These results do not support previous studies reporting larvae of C. elongatus as positively phototactic. The main proposed explanations for the absence of positive phototaxis in this thesis was 1) the influence of temperature, 2) genetic differences, and 3) low irradiance levels and light combinations not stimulating the larvae's natural environment. High-intensity light led to a descent in the water column compared to low-intensity light for both development stages. The proposed explanation was avoidance behaviour to avoid predation (for nauplii) and potentially harmful radiation. In addition, the temperature was proposed to be an influencing factor to this observation. The maximum speed among all nauplii (67.82 mm/s) was higher than the maximum speed among all copepodids (55.83 mm/s). However, the average maximum speed was higher among copepodids than nauplii. Among copepodids, pulsating light led to significantly higher maximum speed. The proposed explanation for this was that pulsating light resembles schools of fish swimming by, explaining the higher speed as a part of the host-finding mechanism.

The results of this thesis reveal that more research is needed on the phototaxis of C. elongatus larvae and highlights the need for further research to fully understand the implications of light stimuli on their behaviours.