Новое исследование Университета Индианы предполагает, что компьютерные модели, используемые для прогнозирования распространения эпидемий в результате изменения климата, таких как фитофтороз или вспышки болезней, могут не учитывать важный фактор при прогнозировании их серьезности.
Исследование, недавно опубликованное в журнале Ecology, показало, что патогены, которые растут внутри организмов при более высоких температурах, производят потомство, вызывающее более высокие показатели заражения по сравнению с патогенами, которые растут внутри организмов при более низких температурах. Это говорит о том, что климат может вызвать «эффект эха» у будущих патогенов, что в конечном итоге сделает их более заразными.
«Хорошо известно, что окружающая среда может влиять на потомство растений и животных из поколения в поколение», - сказал Спенсер Холл, профессор биологического факультета Блумингтонского колледжа искусств и наук, который является старшим автором исследования. «Это исследование является одним из первых, в котором предполагается, что сходные межпоколенческие эффекты возникают у паразитов и патогенов».
Работой руководила Марта Стрекер Шокет, доктор философии. студент в лаборатории Холла во время исследования. Холл также является членом Института устойчивости к окружающей среде IU, входящего в состав IU, подготовленного к грандиозной задаче по изменению окружающей среды.
«Если прошлые условия окружающей среды влияют на частоту или тяжесть будущих инфекций, то современные климатические модели не учитывают важный фактор при прогнозировании угроз от изменения климата», - сказал Шокет, который в настоящее время является исследователем с докторской степенью в Стэнфорде. Университет. «Это может включать угрозы животным, растениям и людям».
Анализ исследователей частично основан на исследованиях водяных блох, проведенных в трех пресноводных озерах на юге Индианы, где лаборатория Холла собирала образцы с 2009 года. Расположена на месте бывшей угольной шахты в государственном лесу Грин-Салливан в Линтон, штат Индиана, озера известны как озеро Гэмбилл, озеро Клир и озеро Скотт.
Водяные блохи, также известные как дафнии, представляют собой мелких ракообразных, которые способствуют здоровью озер, питаясь водорослями. Без этих организмов, контролирующих водоросли, озеро может быстро превратиться в мутное варево, напоминающее гороховый суп.
Водяные блохи подвержены заражению грибковым патогеном под названием Metschnikowia, который размножается внутри водяных блох в виде игольчатых спор, которые размножаются до тех пор, пока не убивают их и не вырываются из их тел, чтобы заразить следующее поколение. За одну осень может появиться от шести до десяти поколений спор, при этом на пике эпидемии заражается до 60 процентов водяных блох.
Для исследования Шокет провел лабораторные эксперименты, которые показали, что грибок вызывает больше инфекций, когда у предыдущих поколений водяных блох наблюдались более высокие температуры. Затем она провела исследование в полевых условиях, чтобы сравнить результаты лабораторных исследований со свежими образцами из озера, собранными поздней осенью.
Анализ показал, что увеличение всего лишь на 6,5 градусов по Фаренгейту приводит к тому, что грибковые споры становятся в два-пять раз более вероятными для заражения нового хозяина.
Шокет сказал, что необходимы дополнительные исследования для изучения этих эффектов в других системах патогенов, особенно с учетом того, что они могут оказать влияние на сельское хозяйство. Это связано с тем, что влияние климата на паразитов из поколения в поколение с большей вероятностью повлияет на хладнокровные организмы-хозяева, такие как сельскохозяйственные растения или насекомые, которые их едят.
В исследовании также используются математические методы для прогнозирования влияния изменений температуры на контагиозность спор между поколениями. Холл сказал, что принципы, лежащие в основе этих моделей, потенциально могут улучшить другие модели, основанные на многих факторах для прогнозирования вспышек заболеваний.
«Перевод данных наблюдений в вычислительные модели важен в области экологии, поскольку природа такая грязная», - добавил он. «Усовершенствование алгоритмов для прогнозирования рисков, связанных с климатом, является важным шагом в нашей способности подготовиться к изменению окружающей среды».
Другими авторами статьи являются IU Ph. D. студент Джейсон Уолсман; Эндрю Сикберт, студент IU на момент исследования; и Александр Штраус и Джессика Хайт, доктор философии IU. студентов на момент обучения. Дополнительными участниками являются Меган Даффи из Мичиганского университета и Карла Касерес из Университета Иллинойса.
Большой вызов «Подготовка к изменению окружающей среды» объединяет широкую двухпартийную коалицию представителей правительства, бизнеса, некоммерческих организаций и общественных деятелей, чтобы помочь Индиане лучше подготовиться к вызовам, которые экологические изменения приносят нашей экономике, здоровью и средствам к существованию. Объявленная в мае 2017 года, это вторая инициатива, финансируемая в рамках программы Grand Challenges Университета Индианы.
Это исследование было частично поддержано Национальным научным фондом и Агентством по охране окружающей среды.