Comparative Analysis of the Organization of the Catecholaminergic Systems in the Brain of Holostean Fishes (Actinopterygii/Neopterygii)

Abstract

Living holosteans, comprising 8 species of bowfins and gars, form a small monophyletic group of actinopterygian fishes, which are currently considered as the sister group to the enormously numerous teleosts and have largely been neglected in neuroanatomical studies. We have studied the catecholaminergic (CAergic) systems by means of antibodies against tyrosine hydroxylase (TH) and dopamine (DA) in the brain of representative species of the 3 genera included in the 2 orders of holostean fishes: Amia calva (Amiiformes) and Lepisosteus platyrhincus, Lepisosteus oculatus, and Atractosteus spatula (Lepisosteiformes). Different groups of TH/DA-immunoreactive (ir) cells were observed in the olfactory bulb, subpallium, and preoptic area of the telencephalon. Hypothalamic groups were labeled in the suprachiasmatic nucleus, tuberal (only in A. calva), retrotuberal, and retromamillary areas; specifically, the paraventricular organ showed only DA immunoreactivity. In the diencephalon, TH/DA-ir groups were detected in the prethalamus, posterior tubercle, and pretectum. In the caudal hindbrain, the solitary tract nucleus and area postrema presented TH/DA-ir cell groups, and also the spinal cord and the retina. Only in A. calva, particular CAergic cell groups were observed in the habenula, the mesencephalic tegmentum, and in the locus coeruleus. Following a neuromeric analysis, the comparison of these results with those obtained in other classes of fishes and tetrapods shows many common traits of CAergic systems shared by most vertebrates and in addition highlights unique features of actinopterygian fishes.

Los peces holósteos forman un pequeño grupo monofilético de peces actinopterigios, actualmente considerado como el grupo hermano de los teleósteos, que ha sido generalmente ignorado en los trabajos neuroanatómicos. Hemos estudiado los sistemas catecolaminérgicos por medio de anticuerpos contra la enzima tirosina hidroxilasa (TH) y la dopamina (DA) en el encéfalo de especies representativas de los tres géneros que componen los dos órdenes de peces holósteos: Amia calva (Amiiformes), y Lepisosteus platyrhincus, Lepisosteus oculatus y Atractosteus spatula (Lepisosteiformes). En el telencéfalo se han observado diferentes grupos de células inmunorreactivas para TH/DA en el bulbo olfativo, el subpallium y el área preóptica. Se han encontrado poblaciones hipotalámicas en el núcleo supraquiasmático, las áreas retrotuberal y retromamilar y, específicamente marcado con DA, el órgano paraventricular. En el diencéfalo, se han detectado grupos inmunorreactivos en el pretálamo, el tubérculo posterior y el pretecho. El rombencéfalo caudal presenta poblaciones catecolaminérgicas en el núcleo del tracto solitario y el área postrema, y además en la médula espinal y la retina también se detectaron sendos grupos de células marcadas. En el caso de A. calva, se observaron, además de los grupos ya mencionados, células catecolaminérgicas en el área tuberal hipotalámica, la habénula, el tegmento mesencefálico y el locus coeruleus. El análisis comparativo, siguiendo el modelo neuromérico, de estos resultados con los obtenidos en otras clases de peces y tetrápodos muestra rasgos comunes de los sistemas catecolaminérgicos compartidos por la mayoría de vertebrados y resalta características únicas de los peces actinopterigios Lepisosteiformes como la carencia de un grupo noradrenérgico en el rombencéfalo rostral análogo al locus coeruleus.