Die Wirkung der Mikrogravitation auf das Abwehrsystemvon Schwertträgerfischen (<i>Xiphophorus helleri</i>, Heckel)in einem geschlossenen, aquatischen Ökosystem

Abstract

<u>Background:</u> The effect of space flight conditions on the immune system of humans and rodents was investigated since the beginning of space flight. Until now there were no investigations of the influence of microgravity on haematological parameters and defence functions in fish. The objective of this work was to investigate the influence of microgravity on the defence system of teleosts.<br /><u>Methods:</u> Aboard the 9 and 16 days lasting STS-89 and STS-90 space shuttle missions were four female swordtail fish (Xiphophorus helleri, Heckel 1848) each. During the space flights the Closed Equilibrated Biological Aquatic System (C.E.B.A.S.) was the habitat of the fish. Parallel to the space flights ground control experiments were performed. In addition fish from four terrestrial C.E.B.A.S. test runs and 39 female X. helleri that were kept under optimal conditions in aquaria were examined. In all tested fish the differential haemogram of nephritic tissue, the spontaneous cell proliferation activity of nephritic tissue and the phagocytosis activity of nephritic phagocytes were determined.<br /><u>Results:</u> A comparison of the examined defence system parameters of X. helleri from the C.E.B.A.S. space flight and from ground control experiments did not show statistically significant differences. However fish of some terrestrial C.E.B.A.S. experiments showed significant differences compared to the aquarium controls. They showed a decrease of the percentage of monocytes and lymphocytes in the differential haemograms as well as a reduction of phagocytosis and spontaneous cell proliferation activity. The decrease of monocytes and lymphocytes and the inhibition of phagocytosis are typical stress symptoms of teleosts. In addition it frequently came to significant differences between the data of swordtails from terrestrial C.E.B.A.S. experiments with different duration. Since the C.E.B.A.S. was a self-sustaining ecosystem environmental conditions developed during some C.E.B.A.S. experiments in a way that they were critical for the swordtails. Thus in addition to microgravity other environmental factors had an influence on the defence system of X. helleri.<br /><u>Conclusion:</u> On the basis of the available results it was not possible to show an influence of microgravity on the examined defence system parameters. Due to the significant differences between the data of fish from terrestrial C.E.B.A.S. experiments and the aquarium controls it is probable that, regardless of microgravity, the environmental conditions in the C.E.B.A.S. module had an influence on the examined defence parameters. Hence swordtails of terrestrial C.E.B.A.S. experiments showed symptoms that teleosts develop under the influence of stress. The frequent occurrence of significant differences between data of swordtails from terrestrial C.E.B.A.S. experiments with different durations indicates a correlation between the duration of exposure of X. helleri to critical environmental conditions and the state of their defence system. The results show that realistic assessments of the influence of microgravity on the defence system of swordtail fish will be possible when optimal environmental conditions for swordtail fish can be maintained during space flights.

<strong>The effect of microgravity on the defence system of swordtail fish (Xiphophorus helleri, Heckel) in a closed, aquatic ecosystem: immunological and haematological investigations</strong><br /><u>Problemstellung:</u> Die Wirkung von Raumflugbedingungen auf das Immun- und Abwehrsystem von Menschen und Nagetieren wurde seit Beginn der Weltraumfahrt untersucht. Wie sich die Mikrogravitation auf hämatologische und immunologische Parameter von Fischen auswirkt, ist dagegen bisher nicht Gegenstand der Forschung gewesen. Ziel dieser Arbeit war es zu überprüfen, welche Wirkung die Mikrogravitation auf das Abwehrsystem von Teleosteern hat.<br /><u>Methoden:</u> An Bord der 9- bzw. 16-tägigen Weltraumflüge der STS-89 und STS-90 Space Shuttle-Missionen befanden sich jeweils vier Schwertträgerfische (Xiphophorus helleri, Heckel 1848), die im Closed Equilibrated Biological Aquatic System (C.E.B.A.S.) gehalten wurden. Zu den Raumflügen fanden parallel laufende Bodenkontrollexperimente statt. Zusätzlich wurden Fische aus vier terrestrischen C.E.B.A.S.-Testläufen und 39 weibliche X. helleri, die unter optimalen Bedingungen in Aquarien gehalten wurden, untersucht. Bei allen Versuchstieren ist das Differentialblutbild des Nierengewebes, die spontane Zellteilungsaktivität des Nierengewebes und die Phagozytoseaktivität von Phagozyten des Nierengewebes ermittelt worden.<br /><u>Ergebnisse:</u> Zwischen den Schwertträgern aus den Flug- und Bodenkontrollexperimenten traten bei den untersuchten Abwehrparametern keine signifikanten Unterschiede auf. Dagegen zeigten Fische aus terrestrischen C.E.B.A.S.-Experimenten signifikante Veränderungen gegenüber den Aquarienkontrollen. Es kam zu einem Rückgang des prozentualen Anteils der Monozyten und Lymphozyten im Differentialblutbild sowie zu einem Rückgang der Phagozytoseaktivität und der spontanen Zellteilungsaktivität. Der Rückgang von Monozyten und Lymphozyten und die Hemmung der Phagozytoseaktivität gelten bei Teleosteern als typische Stresssymptome. Außerdem kam es häufig zu signifikanten Differenzen zwischen den Daten von Schwertträgern aus terrestrischen C.E.B.A.S.-Experimenten mit unterschiedlicher Dauer. Da es sich beim C.E.B.A.S. um ein selbsterhaltendes Ökosystem handelte, entwickelten sich die Umweltbedingungen im Verlauf einiger Experimente in der Weise, dass sie für die Schwertträger kritisch waren. So wirkten neben der Mikrogravitation weitere Umweltfaktoren auf das Abwehrsystem der X. helleri ein.<br /><u>Schlussfolgerung:</u> Anhand der vorliegenden Ergebnisse war es nicht möglich nachzuweisen, dass die Mikrogravitation einen Einfluss auf die untersuchten Abwehrparameter hatte. Wegen der signifikanten Unterschiede zwischen den Werten der X. helleri aus terrestrischen C.E.B.A.S.-Experimenten und denen der Aquarienkontrollen ist es wahrscheinlich, dass die kritischen Umweltbedingungen im C.E.B.A.S. die untersuchten Abwehrparameter - unabhängig von der Mikrogravitation - beeinflusst haben. So zeigten X. helleri aus terrestrischen C.E.B.A.S.-Experimenten Symptome, die Teleosteer unter Einfluss von Stressoren ausbilden. Das häufige Auftreten von signifikanten Unterschieden zwischen den Daten von Schwertträgern aus terrestrischen C.E.B.A.S.-Experimenten mit unterschiedlicher Dauer weist auf einen Zusammenhang zwischen der Dauer der Haltung unter kritischen Umweltbedingungen und dem Zustand des Abwehrsystems hin. Die Ergebnisse zeigen, dass es erst möglich sein wird die Wirkung der Mikrogravitation auf das Abwehrsystem von Teleosteern zu beurteilen, wenn während der Weltraumflüge optimale Haltungsbedingungen gewährleistet sind.