Солнце встает над саваннами центральной Кении. Трава качается на ветру, когда копыта падают на пыльную землю. Целый зверинец культовых диких животных Африки собирается вокруг водопоя, чтобы утолить жажду в сухой сезон в регионе.
Но на этой промежуточной станции собираются не только местные травоядные и плотоядные.
«Мы думаем о водопоях как о знаковых центрах обитания этих величественных животных, - говорит биолог из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре Джорджия Титкомб, - но они также являются очагами паразитов, заражающих этих животных».
Ресурсы объединяют организмы, поэтому Титкомбу было любопытно, как водопои могут повлиять на распределение и плотность паразитов саванны. С помощью гражданских ученых она и международная группа исследователей обнаружили, что плотность паразитов вокруг источников воды намного выше, чем где-либо еще в ландшафте. В то время как скачок риска воздействия различался у разных видов хозяев, команда обнаружила, что он был на два порядка выше для крупного рогатого скота и, в частности, для слонов. Результаты, опубликованные в журнале Nature Communications, дают представление об экологии, а также о потенциальных применениях в животноводстве и управлении дикой природой.
Привлекая как диких животных, так и домашний скот, такие интенсивно совместно используемые ресурсы, как водопои, способствуют распространению патогенов и паразитов. И хотя их часто очерняют, паразиты могут предоставить ученым массу информации о состоянии экосистемы и взаимодействии между видами.
Титкомб и ее соавторы исследовали, как водопои влияют на передачу паразитов с помощью желудочно-кишечных нематод - экономически важной группы паразитов с относительно простым жизненным циклом.
Чтобы исследовать это явление, Титкомб провел эксперимент в заповеднике Ол Педжета в центральной Кении. Святилище заполняет бетонные бассейны шириной 16 футов, чтобы обеспечить водой диких животных и домашний скот. Ученые работали с персоналом Ol Pejeta, чтобы осушить пять бассейнов в течение как минимум года, чтобы сравнить их с пятью постоянно заполненными бассейнами и пятью сухими местами, всего 15 участков. В ходе эксперимента они обследовали каждое место несколько раз, посещая бассейны до, во время и после того, как они были осушены.
Ученые брали пробы на трансектах, идущих наружу от центра каждого участка, определяя плотность навоза и виды происхождения. Команда провела подсчет фекальных яиц у разных видов хозяев и контекстов, чтобы установить плотность яиц нематод. Затем они объединили свои данные с информацией из литературы, чтобы оценить плотность паразитов на каждом участке.
Ученые быстро обнаружили, что плотность паразитов вокруг воды была намного выше, и что изменение водоснабжения также изменило плотность паразитов. Плотность паразитов вокруг осушенных водоемов снизилась до одной трети от уровней по сравнению с оставшимися заполненными участками. Тем не менее, плотность не упала до уровней, сравнимых с участками без воды. «Вероятно, это связано с тем, что животные пьют дождевую воду и пасутся на продуктивных травах, которые могут расти вокруг водопоев», - сказала Титкомб, ссылаясь на свою предыдущую статью о растительных сообществах водопоев.
Исследователи также хотели оценить потенциальное воздействие паразитов, а не только их плотность, и это требовало от них измерения активности животных. Поэтому они разместили камеры-ловушки на всех участках, фиксируя посещения животных в течение двух лет подряд.
Используя онлайн-платформу Zooniverse, они заручились поддержкой ученых-граждан, чтобы отсортировать почти 1 миллион фотографий. Проект привлек около 10 000 участников, и во время пандемии его участие резко возросло. «Мы очень благодарны всем тем волонтерам, которые сделали нашу жизнь намного проще, а проект - веселее», - сказал Титкомб.
Волонтеры определили количество и виды животных на изображении, а также сколько людей ели или пили. Для каждого вида-хозяина ученые взяли количество секунд, затрачиваемых на кормление в день, и умножили его на плотность паразитов, чтобы оценить воздействие на вид.
Титкомб сказала, что ожидала, что водопои будут собирать паразитов, что приведет к более сильному воздействию на хозяев. «Но мы не ожидали такой степени вариации среди разных видов диких животных», - пояснила она. «Животные, которые пострадали больше всего, и которые действительно соответствовали нашим ожиданиям, были теми, которые сильно зависят от воды: слоны и крупный рогатый скот».
Потенциальное воздействие паразитов на крупный рогатый скот и слонов было в 143 и 67 раз выше, соответственно, вблизи воды, чем на засушливых участках заповедника Ол Педжета. У зебры и импалы также наблюдалось повышенное потенциальное воздействие вблизи воды: в 20 и в восемь раз выше.
Заинтригованный хорошими результатами, Титкомб подсчитал, какая доля воздействия паразитов происходит в воде.«Предполагая, что плотность воздействия в нашем исследовании примерно одинакова по всему ландшафту, более половины всех контактов слонов и крупного рогатого скота с этими паразитами происходит в пределах 500 футов от водопоев», - сказала она. И это не включает другие важные ресурсы ландшафта, такие как реки, солончаки или загоны для скота, которые, вероятно, функционируют аналогичным образом.
Эти результаты вдохновили исследователей на изучение того, как различная засушливость может изменить степень концентрации паразитов в источниках воды. Исследователи обследовали 17 различных водопоев и 17 сухих участков в Исследовательском центре Мпала в центральной Кении, а также еще три парных влажных и сухих участка в Ол-Пейета-Консерванси. Эти места сильно различались по количеству полученных осадков.
Более того, в этих местах сезонные осадки сильно различались, что исследователи могли использовать для выявления потенциальных кратковременных пульсаций паразитов. Они обнаружили, что в самых засушливых районах и периодах плотность паразитов вокруг источников воды была более чем в 150 раз выше, чем в местах без воды.
В дополнение к освещению экологических процессов, результаты имеют последствия для управления.
«Если пастух хочет снизить вероятность заражения своего скота паразитами, он может захотеть не пасти своих животных в пределах 150 метров от воды», - сказал Титкомб. И если владелец ранчо знает, что его домашний скот делит водопой с дикой природой, он может захотеть провести лечение от паразитов, когда все больше животных соберутся в доступных источниках воды.
Titcomb надеется выяснить, как паразитарные инфекции крупного рогатого скота могут повлиять на дикую природу. «Поскольку крупный рогатый скот так многочисленн, его схемы заражения имеют действительно сильный потенциал для воздействия на менее многочисленную дикую природу в этом районе», - сказала она..
Она также хочет изучить состав сообщества паразитов и модели распределения между видами-хозяевами. Ученые все еще относительно мало знают о видах, составляющих сообщество паразитов саванны, их истории жизни и хозяевах, которых они заражают. Раньше для ответов на такие вопросы требовалось препарирование животных, но теперь их можно решать неинвазивно, используя мета-штрих-кодирование ДНК на навозе животных.
Титкомб также интересуется влиянием засушливости на воздействие паразитов. «Распределение воды и его последующее воздействие на растительность являются причиной многих массовых перемещений животных, которые мы наблюдаем по всему континенту», - сказала она.
В засушливые периоды и в засушливых местах животные могут изменить свое поведение в поисках пищи, в том числе то, как далеко они путешествуют в поисках воды и сколько времени они проводят вокруг водопоев. Кроме того, сами паразиты могут лучше выживать в различных средах. Все эти факторы могут существенно влиять на динамику паразитов.