Rapid plastic changes in brain morphology in response to acute changes in predation pressure in juvenile Atlantic salmon (Salmo salar) and northern redbelly dace (Phoxinus eos)

Teleosts exhibit inter- and intra-specific variation in the size and shape of their brains. Interpopulation differences in gross brain morphology among numerous teleost fish species have been observed and have been partially attributed to plastic changes in response to their environment, including predation. These differences manifest themselves macroscopically, potentially because teleosts retain the capacity for active neuroproliferation into adulthood. Building on previous work, showing chronic exposure to predation can affect brain morphology, we sought to determine whether these differences manifest themselves on a time scale shown to induce phenotypically plastic behavioural changes. In separate trials, we held northern redbelly dace (Phoxinus eos (Cope, 1861) = Chrosomus eos Cope, 1861) and juvenile Atlantic salmon (Salmo salar Linnaeus, 1758) in semi-natural conditions and exposed them to conspecific skin extract as a proxy for predation risk over 2 weeks. After exposure, their brains were excised, photographed, and analyzed for size (multivariate ANOVA) and shape (Procrustes ANOVA). Despite their brief exposure to simulated predation pressure, subjects from both species developed significantly different brain morphologies. Compared with controls, the Atlantic salmon exhibited a different brain shape and smaller optic tecta, whereas the northern redbelly dace had larger brains with more developed olfactory bulbs and optic tecta. Our results highlight the rapidity with which external environment can alter patterns of growth in the brain. Key words: predation risk, gross brain morphology, plasticity, teleost, juvenile Salmo salar, Phoxinus eos, Chrosomus eos. Les téléostéens présentent des variations inter- et intra-spécifiques de la taille et de la forme du cerveau. Des variations de la morphologie grossièreducerveau entre populations pour denombreuses espècesde poissons téléostéens ont été observes et en partie attribuées à des changements plastiques des réactions au milieu, incluant la prédation. Ces différences ont des manifestations macroscopiques, possiblement en raison du fait que les téléostéens adultes conservent la capacité de neuroprolifération active. En partant de travaux antérieurs qui montrent que l'exposition chronique à la prédation peut avoir une incidence sur la morphologie du cerveau, nous avons tenté de déterminer si ces différences se manifestent à une échelle temporelle dont il est démontré qu'elle induit des changements comportementaux plastiques du point de vue phénotypique. Dans des essais distincts, nous avons maintenu des ventres rouges du Nord (Phoxinus eos (Cope, 1861) = Chrosomus eos Cope, 1861) et des saumons atlantiques (Salmo salar Linnaeus, 1758) juvéniles dans des conditions semi-naturelles et les avons exposés pendant deux semaines à de l'extrait de peau de congénères simulant un risque de prédation. Après l'exposition, leurs cerveaux ont été excisés, photographiés et analysés pour en déterminer la taille (analyse de la variance multivariée) et la forme (analyse de la variance procustéene). Malgré la courte exposition à une pression de prédation simulée, les cerveaux des sujets des deux espèces ont subi des changements morphologiques significatifs. Comparés aux témoins, les saumons atlantiques présentaient une forme du cerveau différente et des tectums optiques plus petits, alors que les ventres rouges du Nord avaient des cerveaux plus grands présentant des bulbes olfactifs et tectums optiques plus développés. Nos résultats font ressortir la rapidité avec laquelle le milieu externe peut modifier des motifs de croissance dans le cerveau. [Traduit par la Rédaction] Mots-clés : risque de prédation, morphologie grossière du cerveau, plasticité, téléostéen, Salmo salar juvénile, Phoxinus eos, Chrosomus eos.
Introduction Studies have demonstrated high degrees of variability in the brain morphology of teleost fishes, both within and between species (Kotrschal et al. 1998). Within species, variation in brain morphology [...]