Азиатский карп способен выживать и расти на гораздо больших участках озера Мичиган, чем считали ученые ранее, и представляет высокий риск прижиться, согласно новому модельному исследованию, проведенному исследователями Мичиганского университета и их коллегами.
Некоторые предыдущие исследования показали, что низкий уровень корма в озере Мичиган может быть препятствием для укоренения пестрого толстолобика и толстолобика, которые обычно питаются водорослями и другими видами планктона. Пестрый толстолобик и толстолобик - два вида азиатского карпа, представляющие наибольшую опасность для Великих озер.
Но более ранние исследования не учитывали тот факт, что пестрый толстолобик и толстолобик являются оппортунистическими кормушками, способными выжить на самых разных диетах, включая мертвое органическое вещество, называемое детритом. В озере Мичиган детрит включает кусочки ресуспендированных фекальных шариков от бесчисленных квагг и мидий-зебр на дне озера.
Кроме того, предыдущие исследования не оценивали потенциальную среду обитания карпа на глубине более метра от поверхности озера.
Когда учитывались гибкость рациона и подземная среда обитания, количество подходящих мест обитания азиатского карпа в озере Мичиган резко увеличилось, по словам ведущего автора исследования Питера Алсипа, который проводил исследование для своей магистерской диссертации в Школе UM в области Окружающая среда и устойчивость.
В определенное время года модель показала, что на всей территории озера Мичиган, площадь поверхности которого составляет более 22 000 квадратных миль, а средняя глубина составляет 280 футов, есть подходящие места обитания пестрого толстолобика где-то в водной толщи, по словам Алсипа, который сейчас работает в Объединенном институте исследования Великих озер в штате Массачусетс.
Среда обитания толстолобика ограничивалась прибрежными, богатыми питательными веществами районами. Результаты исследования планируется опубликовать 12 августа в журнале Freshwater Biology..
«Подземная среда обитания и гибкость рациона рыб не оценивались в предыдущих исследованиях, и наши результаты показывают, что эти соображения оказали заметное влияние на нашу оценку пригодности», - сказал Алсип. «Недостаточное количество планктона в озере Мичиган может быть не таким сильным препятствием, как считалось ранее».
Исследование также показало, что:
Предоставление рыбам возможности питаться максимально широким рационом (фитопланктон, зоопланктон и детрит) во всей толще воды привело к тому, что подходящие объемы среды обитания были в 4,6 раза больше, чем при самом узком рационе (только фитопланктон) для пестрого толстолобика и в 2,3 раза больше для толстолобика.
В то время как площадь высококачественных местообитаний азиатского карпа на озере Мичиган относительно невелика, риск локальных событий укоренения высок вблизи устьев рек и в богатых питательными веществами частях Грин-Бей. Модель команды нашла подходящую круглогодичную среду обитания (которая, согласно другим моделям, способна поддерживать нерест и развитие икры) вблизи устьев нескольких рек, включая Милуоки и Сент-Джозеф..
Карты, созданные с помощью модели команды, выявили горячие точки акклиматизации азиатского карпа и потенциальные коридоры миграции через озера, «которые могут облегчить и ускорить перемещения по всему озеру», - пишут авторы. Эти карты могли бы помочь усилиям по наблюдению, определяя районы, в которых пестрый толстолобик и толстолобик могут распространиться при входе в озеро..
Относительно богатый планктоном «глубокий слой хлорофилла», который формируется каждое лето в прибрежных водах озера Мичиган, способен поддерживать рост пестрого толстолобика. Предыдущие исследования карпа не оценивали потенциал роста в этом слое, который формируется на средней глубине около 100 футов.
Уровни питательных веществ, поддерживающих планктон, в озере Мичиган снижались в течение десятилетий, в основном из-за снижения уровня фосфора, поступающего в озеро, и распространения инвазивных квагг и мидий-зебр, которые теперь покрывают дно озера, поглощая планктон. и связывание питательных веществ в фекальных гранулах, называемых биодепозитами.
Прогрессирующая потеря питательных веществ в водной толще озера Мичиган, процесс, называемый олиготрофированием, вызвала у некоторых ученых скептицизм в отношении вероятности приживания там азиатского карпа. Но лабораторные эксперименты показали, что азиатский карп способен выживать и даже набирать вес, питаясь только биоотложениями квагга-мидий.
В своем исследовании Алсип и его коллеги использовали смоделированные значения обилия пищи и температуры воды из трехмерной биофизической модели озера Мичиган для изучения потенциальной скорости роста пестрого толстолобика и толстолобика.
Они смотрели, насколько хорошо отдельные взрослые особи двух видов карпа могут расти в озере Мичиган, питаясь различными комбинациями трех типов пищи - фитопланктона, зоопланктона и детрита - на разных глубинах. Участки, где пестрый толстолобик и толстолобик могли поддерживать или увеличивать массу тела, были классифицированы как подходящие места обитания.
«Мы обнаружили, что подходящая среда обитания для пестрого толстолобика широко распространена в озере Мичиган, и это является результатом фундаментальной экологической важности по многим причинам», - сказал соавтор исследования Хунъян Чжан из Eureka Aquatic Research в Анн-Арборе. Чжан, ранее работавший в Школе окружающей среды и устойчивого развития Университета Мексики и в Совместном институте исследования Великих озер, был научным руководителем Алсипа.
Фитопланктон - это одноклеточные фотосинтезирующие водоросли и цианобактерии. Зоопланктон - крошечные животные в основе пищевой цепи, которые питаются фитопланктоном. Серьезную озабоченность по поводу азиатского карпа вызывает то, что он может вытеснить местных рыб, питающихся планктоном, включая личиночные стадии большинства видов рыб.
Новое исследование показало, что широкая доступность экскрементов квагга-мидий в озере Мичиган, вероятно, поможет сохранить жизнь азиатскому карпу, позволяя ему мигрировать через бедные планктоном открытые воды и в конечном итоге распространяться по всему озеру. Пестрый толстолобик и толстолобик вместе известны ученым как пестрый толстолобик, или BHC..
«Способность BHC гибко питаться фитопланктоном, зоопланктоном и детритом снижает риск голодной смерти - даже в прибрежных водах - и, следовательно, увеличивает вероятность их укоренения», - считают авторы. «Поэтому кажется вероятным, что BHC может выжить, прижиться и распространиться в благоприятной среде обитания в озере Мичиган и его притоках, несмотря на то, что ему приходится путешествовать по обширным территориям с минимальной биомассой планктона».
Пестрый толстолобик и толстолобик были завезены на юг Соединенных Штатов в 1970-х годах для контроля роста водорослей в водохранилищах и лагунах для очистки сточных вод. Они сбежали и быстро распространились по бассейну реки Миссисипи, создав плотные популяции в таких местах, как река Иллинойс, где они теперь составляют 63% от общего веса всей рыбы в реке.
В настоящее время пестрый толстолобик и толстолобик обитают в водоразделах вблизи Великих озер, но не в самих озерах.
Воздействие азиатского карпа на уже захваченные экосистемы, а также близость фронта вторжения к озеру Мичиган вызвали опасения по поводу возможного вторжения в Великие озера через Чикагскую систему водных путей, созданную человеком соединение между рекой Иллинойс и озером Мичиган.
В мае глава Инженерного корпуса армии США направил в Конгресс план на сумму 778 миллионов долларов по установке защиты от карпа на шлюзе и плотине Брэндон-Роуд недалеко от Джолиета, штат Иллинойс, примерно в 40 милях от озера Мичиган. В июле восемь губернаторов США и два премьер-министра Канады одобрили этот план.
В дополнение к Алсипу и Чжану другими авторами являются Марк Роу, Доран Мейсон и Эдвард Резерфорд из Лаборатории экологических исследований Великих озер Национального управления океанических и атмосферных исследований в Анн-Арборе; Кэтрин Рисенг из Школы окружающей среды и устойчивого развития Университета штата Массачусетс и Мичиганского морского гранта; и Чжэньмин Су из Мичиганского департамента природных ресурсов.
Проект финансировался стипендией Мичиганского морского гранта для аспирантов, а соответствующие средства были предоставлены Институтом исследований рыболовства при Департаменте природных ресурсов Мичигана. Дополнительную поддержку оказали Мичиганский морской грант, Институт исследований рыболовства, CIGLR, GLERL и Информационная система по некоренным водным видам Великих озер.
Используя тот же подход, описанный выше, Алсип и его коллеги в настоящее время изучают, как на пригодность среды обитания азиатского карпа влияют метеорологические условия, содержание фосфора в озере, квагга и мидии-зебры. Их результаты могут дать более четкое представление о том, как потепление климата повлияет на уязвимость озера Мичиган для азиатского карпа, и как со временем изменилась пригодность среды обитания в ответ на сокращение питательных веществ и нашествие мидий..