DOI: https://doi.org/10.1242/jeb.251523
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/42116709
تاريخ النشر: 2026-05-01
المؤلف: Elle C. Lindsay وآخرون
الموضوع الرئيسي: إدارة الأمراض في تربية الأحياء المائية والميكروبيوتا
نظرة عامة
تبحث هذه الدراسة في العلاقة بين معدل الأيض القياسي (SMR) والميكروبات المعوية في سمك السلمون الأطلسي اليافع، كاشفة عن اختلافات كبيرة في المجتمعات الميكروبية المرتبطة بأنماط الأيض المختلفة. أظهرت الأسماك ذات معدل الأيض العالي كفاءة نمو أكبر ومحتوى مائي أقل في الجسم، مما يدل على مستويات أعلى من الدهون، بينما أظهرت الأسماك ذات معدل الأيض المنخفض تنوعًا أكبر في الميكروبات المعوية في مقدمة الأمعاء. أكدت تحليلات التنوع البيتا وجود تركيبات ميكروبية متميزة بين المجموعات الأيضية، مع تحليل تكرار المسافة الذي يشير إلى أن كل من SMR وكتلة الجسم أثرت بشكل كبير على تنوع الميكروبات في مقدمة الأمعاء. ومن الجدير بالذكر أنه تم العثور على علاقة سلبية بين SMR ووفرة أعضاء عائلة Rhodobacteraceae، التي كانت أكثر انتشارًا في الأسماك ذات معدل الأيض المنخفض.
تشير النتائج إلى أن أنماط الأيض مرتبطة بأنماط محددة من استخدام الطاقة وتركيب الميكروبات المعوية، مما يعني أن المجتمعات الميكروبية في مقدمة الأمعاء قد تلعب دورًا في تشكيل استراتيجيات الأيض الفردية. تسلط هذه الدراسة الضوء على إمكانية التطور المشترك لعملية الأيض في الأسماك والميكروبات المعوية، مما قد يعزز كفاءة الطاقة والنمو تحت ظروف بيئية متغيرة. يمكن أن توفر هذه التفاعلات مزايا تطورية، مما يمكّن الأسماك من التكيف بشكل أفضل مع الضغوط من خلال التعديلات المتزامنة في كل من العمليات الأيضية والشراكات الميكروبية.
مقدمة
تؤكد مقدمة هذه الورقة البحثية على الدور الحاسم لمعدل الأيض في التأثير على مختلف الصفات البيولوجية مثل النمو والتكاثر والبقاء في الكائنات الحية، وخاصة السلمونيات. تسلط الضوء على أن معدلات الأيض، بما في ذلك معدل الأيض الأساسي (BMR) للذوات الدم الحار ومعدل الأيض القياسي (SMR) للذوات الدم البارد، تظهر تباينًا كبيرًا داخل الأنواع وبينها بسبب عوامل مثل مستوى النشاط ودرجة الحرارة وحجم الجسم. تناقش الورقة كيف ترتبط هذه المعدلات الأيضية بتخصيص الطاقة وتخزين الدهون والميكروبات المعوية، مما يشير إلى أن التفاعل بين معدل الأيض وتركيب الميكروبات المعوية قد يؤثر بشكل كبير على الأداء الفسيولوجي وكفاءة النمو في الأسماك.
يشير المؤلفون إلى أنه بينما يمكن أن يعزز SMR الأعلى القدرات التنافسية، إلا أنه قد يؤدي أيضًا إلى زيادة الطلبات الطاقية، خاصة خلال فترات ندرة الغذاء. يقترحون أن الميكروبات المعوية، التي تتكيف مع التغيرات الغذائية وتؤثر على امتصاص المغذيات واستعادة الطاقة، قد تكون عاملاً رئيسيًا في فهم التباين الأيضي. تهدف الدراسة إلى التحقيق في العلاقة بين SMR وتركيب الميكروبات المعوية في سمك السلمون الأطلسي اليافع، مفترضة أن الأسماك ذات SMR المنخفض ستظهر تنوعًا أكبر في الميكروبات المعوية وكفاءة أكبر في استعادة الطاقة. تسعى هذه الدراسة إلى سد فجوة في الفهم الحالي لكيفية تفاعل الصفات الأيضية والميكروبات المعوية للتأثير على النمو وديناميات الطاقة في أسماك التيلوس.
الطرق
في هذه الدراسة، تم تربية سمك السلمون الأطلسي اليافع (Salmo salar) تحت ظروف مفرخة محكومة للتحقيق في معدل الأيض القياسي (SMR) وآثاره على تخصيص الطاقة وكفاءة النمو. كانت الأسماك من آباء برية تم اصطيادها في نهر كونون، اسكتلندا، وتم تكييفها في أقسام فردية من نظام تيار دائري لمدة أسبوعين. خلال فترة التكيف، تم إطعامهم حصة يومية محسوبة بناءً على متوسط كتلة الجسم ودرجة حرارة الماء، مع حجم عينة نهائي يبلغ 55 سمكة بعد استبعاد الأفراد الذين يعانون من مشاكل صحية.
لتقييم SMR، تم قياس معدل التهوية الخيشومية (VR) في حالة ما بعد الامتصاص بعد فترة صيام، مما يتوافق بشكل وثيق مع معدل الأيض. تم تسجيل VR تحت أقل قدر من الاضطراب، وتم استبعاد القياسات التي تقل عن 30 نبضة في الدقيقة لضمان الدقة. تم تحديد العلاقة بين VR وSMR باستخدام معادلات الانحدار، مما يسمح بحساب SMR النسبي (rSMR) من خلال مقارنة SMR الفعلي بالقيم المتوقعة بناءً على كتلة الجسم. تم تقسيم الأسماك بعد ذلك إلى مجموعتين بناءً على rSMR الخاص بهم: SMR العالي وSMR المنخفض، دون وجود فرق كبير في الكتلة بين المجموعتين، مما يؤكد أن التمييز كان بسبب النمط الأيضي وليس الحجم.
المناقشة
في هذه الدراسة، تم تقييم كفاءة النمو لسمك السلمون الأطلسي من خلال نظام تغذية محكوم، حيث تلقت كل سمكة حصة “متوسطة” محسوبة بناءً على كتلتها المتوقعة المستمدة من طول الشوكة. استخدمت الدراسة معادلات لتقدير كثافات الطاقة الأولية والنهائية، مما يسمح بحساب الطاقة المكتسبة خلال فترة التجربة. تم تحديد كفاءة النمو، التي تعرف بأنها نسبة الطاقة المكتسبة إلى الطاقة المستهلكة، لـ 18 سمكة استهلكت باستمرار حصصها الكاملة. أظهرت النتائج أن كفاءة النمو تراوحت بين 0 و1.0، مع تضمين الأسماك التي استوفت معايير استهلاك محددة فقط في التحليل.
بالإضافة إلى ذلك، درست الدراسة محتوى الطاقة في البراز الذي تنتجه الأسماك، كاشفة أن الأسماك الأكبر تنتج برازًا منخفض الطاقة لكل وحدة كتلة. كانت الاحتفاظ النسبي اليومي للطاقة (DRER) مرتبطًا بشكل كبير بكتلة الأسماك والطاقة المستهلكة، مما يشير إلى أن اليافعين الأكبر حجمًا أكثر كفاءة في احتفاظ الطاقة. شملت الأبحاث أيضًا تحليلًا شاملاً للميكروبيوم، مع جمع عينات براز لاستخراج الحمض النووي وPCR الكمي لتقييم الأحمال الميكروبية، وبالتالي ربط كفاءة نمو الأسماك بتكوين الميكروبات المعوية. بشكل عام، تسلط النتائج الضوء على العلاقات المعقدة بين حجم الأسماك واحتفاظ الطاقة وديناميات المجتمع الميكروبي في سياق تربية الأحياء المائية.
DOI: https://doi.org/10.1242/jeb.251523
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/42116709
Publication Date: 2026-05-01
Author(s): Elle C. Lindsay et al.
Primary Topic: Aquaculture disease management and microbiota
Overview
This research investigates the relationship between standard metabolic rate (SMR) and gut microbiota in juvenile Atlantic salmon, revealing significant differences in microbial communities associated with varying metabolic phenotypes. High-SMR fish demonstrated greater growth efficiency and lower body water content, indicative of higher fat levels, while low-SMR fish exhibited increased alpha diversity in their foregut microbiota. Beta-diversity analyses confirmed distinct microbial compositions between metabolic groups, with distance-based redundancy analysis indicating that both SMR and body mass significantly influenced foregut microbial variation. Notably, a negative correlation was found between SMR and the abundance of Rhodobacteraceae family members, which were more prevalent in low-SMR fish.
The findings suggest that metabolic phenotypes are linked to specific patterns of energy utilization and gut microbiota composition, implying that foregut microbial communities may play a role in shaping individual metabolic strategies. This research highlights the potential co-evolution of fish metabolism and gut microbiota, which may enhance energy efficiency and growth under varying environmental conditions. Such interactions could provide evolutionary advantages, enabling fish to better adapt to stressors through synchronized adjustments in both metabolic processes and microbial partnerships.
Introduction
The introduction of this research paper emphasizes the critical role of metabolic rate in influencing various biological traits such as growth, reproduction, and survival in organisms, particularly salmonids. It highlights that metabolic rates, including basal metabolic rate (BMR) for endotherms and standard metabolic rate (SMR) for ectotherms, exhibit significant variation both within and between species due to factors like activity level, temperature, and body size. The paper discusses how these metabolic rates are linked to energy allocation, fat storage, and gut microbiota, suggesting that the interplay between metabolic rate and gut microbiota composition may significantly affect physiological performance and growth efficiency in fish.
The authors note that while higher SMR can enhance competitive abilities, it may also lead to increased energy demands, particularly during periods of food scarcity. They propose that gut microbiota, which adapt to dietary changes and influence nutrient absorption and energy recovery, could be a key factor in understanding metabolic variation. The study aims to investigate the relationship between SMR and gut microbiota composition in juvenile Atlantic salmon, hypothesizing that fish with lower SMR will demonstrate higher gut microbial diversity and greater energy recovery efficiency. This research seeks to fill a gap in the current understanding of how metabolic traits and gut microbiota interact to influence growth and energy dynamics in teleost fish.
Methods
In this study, juvenile Atlantic salmon (Salmo salar) were reared under controlled hatchery conditions to investigate their standard metabolic rate (SMR) and its implications for energy allocation and growth efficiency. The fish originated from wild parents captured in the River Conon, Scotland, and were acclimated in individual compartments of a recirculating stream system for two weeks. During acclimation, they were fed a calculated daily ration based on their average body mass and water temperature, with a final sample size of 55 fish after excluding individuals with health issues.
To assess SMR, the opercular ventilation rate (VR) was measured in a post-absorptive state after a fasting period, correlating closely with metabolic rate. VR was recorded under minimal disturbance, and measurements below 30 beats per minute were excluded to ensure accuracy. The relationship between VR and SMR was established using regression equations, allowing for the calculation of relative SMR (rSMR) by comparing actual SMR to expected values based on body mass. The fish were subsequently divided into two groups based on their rSMR: high SMR and low SMR, with no significant mass difference between the groups, confirming that the distinctions were due to metabolic phenotype rather than size.
Discussion
In this study, the growth efficiency of Atlantic salmon was assessed through a controlled feeding regime, where each fish received an ‘intermediate’ ration calculated based on its predicted mass derived from fork length. The study utilized equations to estimate initial and final energy densities, allowing for the calculation of energy gained during the experimental period. Growth efficiency, defined as the ratio of energy gained to energy consumed, was determined for 18 fish that consistently consumed their full rations. Results indicated that growth efficiency varied between 0 and 1.0, with only fish that met specific consumption criteria included in the analysis.
Additionally, the study examined the energy content of faeces produced by the fish, revealing that larger fish produced lower-energy faeces per unit mass. Daily relative energy retention (DRER) was significantly correlated with fish mass and energy consumed, suggesting that larger juveniles are more efficient in energy retention. The research also involved comprehensive microbiome analysis, with faecal samples collected for DNA extraction and quantitative PCR to assess microbial loads, thereby linking fish growth efficiency to gut microbiota composition. Overall, the findings highlight the intricate relationships between fish size, energy retention, and microbial community dynamics in the context of aquaculture.