Организмы, зараженные паразитами, могут иначе реагировать на изменения температуры, чем их неинфицированные собратья, согласно новому исследованию Университета Джорджии. Изучение системы хозяин-паразит в прибрежных водах юго-востока США показало, что повышения температуры всего на 2 градуса по Цельсию может быть достаточно, чтобы паразит погиб локально, поскольку инфицированные хозяева не могут выжить при более высокой температуре.
«Большинство организмов заражены теми или иными паразитами, и во многих популяциях будет большая часть инфицированных - в этой системе от 30 до 40 процентов», - сказала ведущий автор Алисса Гехман.«Когда такая большая часть населения по-разному реагирует на температуру, это влияет на реакцию всей популяции. Поэтому, если мы хотим предсказать, как организмы будут реагировать на изменение окружающей среды, мы должны быть в состоянии предсказать, как зараженные организмы ответят."
Исследование «Тепловая экология хозяина и паразита совместно определяет влияние потепления климата на динамику эпидемии» опубликовано в Proceedings of the National Academy of Sciences.
Исследование сосредоточено на популяции плоскоспинных грязевых крабов, живущих на устричных рифах недалеко от Саванны, штат Джорджия, и инвазивном паразите, который их заражает. Грязевые крабы распространены от Массачусетса до Техаса. Паразит, разновидность ракушек, произрастающих в Мексиканском заливе, в настоящее время встречается вдоль атлантического побережья от Флориды до пролива Лонг-Айленд. Он кастрирует своего хозяина и развивает внешний репродуктивный орган, который производит потомство паразита. Они выпускаются в воду в виде свободно плавающих личинок, которые ищут новых неинфицированных крабов в качестве хозяев.
Геман, в то время научный сотрудник Института истории окружающей среды Вормслоу и докторант Школы экологии Одума, работала с этой системой хозяин-паразит над другим исследовательским вопросом, когда она заметила, что инфицированные крабы умирают в высокие показатели в конце лета.
Заинтригованный высоким уровнем летальной смертности, Гехман вместе с профессором школы Одум Джебом Байерсом разработал серию лабораторных экспериментов по установлению температурных диапазонов для паразитов и крабов на разных стадиях цикла болезни: неинфицированные, экспонированные (колонизированные паразитом, но еще не производящие потомство паразита) и инфицированные (активно производящие потомство паразита). Она также искала оптимальные температуры для выживания крабов и успешного размножения паразитов.
Работая в Океанографическом институте Скидавей UGA в Саванне, Гехман смогла провести свои эксперименты рядом с естественной средой обитания изучаемых организмов. Она собирала крабов на всех трех стадиях болезни с местных устричных рифов и в течение восьми месяцев подвергала их различным температурным обработкам, охватывающим годовой диапазон температур для региона. Для крабов она измеряла выживаемость по статусу заражения, а для паразитов - по скорости размножения.
Она обнаружила, что существуют большие различия в показателях выживаемости неинфицированных, подвергшихся воздействию и зараженных крабов, а также в размножении паразитов в зависимости от температуры.
«Эти различия показывают, что паразиты влияют на то, как хозяева реагируют на температуру», - сказал Гехман. «По мере повышения температуры заражение паразитами снижает выживаемость хозяев».
Чтобы определить, что может произойти с этими организмами по мере потепления климата, Гехман работал с соавтором Ричардом Холлом из школы Odum и Колледжа ветеринарной медицины, чтобы разработать модель, представляющую систему хозяин-паразит. учет различных стадий цикла болезни с использованием информации, полученной в ходе экспериментов.
«Температурные эксперименты Алиссы предоставили уникальную возможность разработать модели, которые предсказывают динамику распространения инфекции при будущем потеплении», - сказал Холл. «Несмотря на растущий интерес к пониманию влияния температуры на болезнетворные организмы, такие как комары, это было одно из первых исследований по количественной оценке того, как температура и паразитарная инфекция взаимодействуют, влияя на выживание хозяина и производство паразитов. Затем мы можем использовать эти модели для изучения как годовые колебания температуры и будущее потепление повлияют на передачу паразитов на побережье Джорджии и за его пределами».
Они запустили модель, используя еженедельные данные о средней температуре, рассчитанные на сайте долгосрочных экологических исследований прибрежной экосистемы Джорджии, который регистрирует температуру воды в этом районе в течение 12 лет. Доля зараженной популяции крабов демонстрировала ярко выраженный сезонный цикл: уровень заражения был самым высоким в более прохладные месяцы зимы и ранней весной и снижался поздней весной и летом по мере повышения температуры воды и гибели хозяев, а, следовательно, и их паразитов. большие числа. Таким образом, модель зафиксировала тот же циклический паттерн, который наблюдается у паразита в полевых данных.
«Сложные измерения реакции реальных организмов на температуру, связанные с математической моделью, - это очень трудоемкое мероприятие, которое редко практикуется на таком уровне детализации для крупных организмов», - сказал Байерс, автор статьи. старший автор. «Но результат того стоил, потому что он дает замечательное представление о реальной системе и проливает свет на важность сравнения оптимальных температур и температурных диапазонов хозяина и паразита для более точного прогнозирования заболеваний».
Чтобы спрогнозировать реакцию грязевых крабов и их паразитов при возможных сценариях потепления, команда снова запустила модель с еженедельным повышением средней температуры на 1 и 2 градуса C. Они обнаружили, что при повышении на 1 градус C, уровень заражения снизится; при повышении температуры на 2°С прогнозируется полное вымирание местной популяции паразитов.
Гехман затем изучил влияние повышения температуры в северной части ареала паразита, используя информацию, предоставленную Национальным эстуарным исследовательским заповедником, который собирал данные о температуре на участках вдоль атлантического побережья в течение многих лет.
Они обнаружили, что потепление вряд ли заставит паразита двигаться дальше на север. Однако для широт между 34 и 40 градусами - примерно от юга от Уилмингтона, Северная Каролина, до севера от реки Томс, штат Нью-Джерси - они обнаружили, что по мере повышения температуры в году будет больше недель с условиями, благоприятными для передачи. Таким образом, хотя ареал паразита вряд ли расширится и может даже сократиться, если он вымрет на юге, в его нынешних северных районах передачи может быть больше..
Гехман предупредил, что этот прогноз предполагает, что ни паразит, ни хозяин не будут адаптироваться к повышению температуры.
«Ожидается, что многие заболевания, переносимые комарами, увеличатся в регионах с умеренным климатом в связи с изменением климата, но это исследование показывает, что более теплый мир не всегда является более больным миром», - сказал Байерс.«Важно учитывать особенности тепловых реакций как хозяина, так и паразита».
Поддержку исследования оказали Институт истории окружающей среды Вормслоу, Институт им. М. К. Экологический фонд Пятидесятницы и Школа экологии Одум.