Недооцененные паразиты: потепление климата может нарушить баланс в пресных водоемах
Рост температуры в водоемах может приводить к заметному изменению жизненного цикла паразитов, выяснили ученые подведомственного Минобрнауки России Института проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова (ИПЭЭ) РАН. Из-за глобального потепления возможно изменение цепочек «паразит — хозяин», что приведет к перестройке всего облика пресноводных экосистем.
В последние годы вырос интерес ученых к тому, как температура влияет на риск передачи инфекций в экосистемах, или, иначе говоря, на взаимодействие паразитов и их хозяев. Чтобы это выяснить, ученые ИПЭЭ РАН изучили, как температура влияет на выделение расселительных стадий (личинок/церкарий) двух близкородственных видов паразитических плоских червей (трематод): Rhipidocotyle campanula и R. fennica. Первым промежуточным хозяином у этих видов трематод является моллюск — обыкновенная беззубка (Anodonta anatina), вторым плотва. И только окончательные хозяева — хищные рыбы — разнятся.
Для проведения эксперимента ученые собрали моллюсков из рек и распределили по проточным бакам с тремя температурными режимами. Средняя температура в этих режимах была 18°С (разброс 7-24°C), 15°С (7-20°C) и 13°С (6-18°C). Дизайн эксперимента не предполагал постоянной температуры содержания моллюсков. Наоборот, она должна была колебаться в соответствии с сезонными изменениями, как в природных экосистемах. Это напоминает реальный мир в условиях глобального потепления.
Эксперимент продолжался пять месяцев. Каждые две недели ученые проверяли, выделяют ли моллюски личинки паразитов (церкарии) и если да, то в каком количестве.
«Нас интересовало, как температура влияет на продолжительность эмиссии церкарий моллюском, время ее начала и завершения, общее число выделенных церкарий и прочие показатели. Выяснилось, что эти близкородственные виды трематод очень сильно отличаются по своим температурным предпочтениям. Церкарии R. campanula начинали выделяться при 9-10°C, а дальнейшее повышение температуры лишь умеренно увеличивало объем их производства моллюском. При этом доля моллюсков, выделяющих церкарии, была примерно одинаковой во всех температурных режимах. R. fennica оказалась куда более теплолюбивой. Температурный оптимум выделения церкарий для этой трематоды находился выше 15°C, а зависимость числа произведенных церкарий от температуры была куда сильнее. Более того, доля моллюсков, производящих церкарии этого паразита, увеличивалась с температурой», — рассказывает один из авторов исследования Михаил Гопко.
Ученые пришли к выводу, что при обычных для северных широт летних температурах многие особи R. fennica не успевают накопить достаточное число градусо-дней, чтобы продолжить жизненный цикл. В таком случае получается, что увеличение среднегодовых температур может принести гораздо больше пользы R. fennica, чем R. campanula. При высоких температурах начало и окончание периода производства церкарий сдвигается ближе к началу сезона. При сходных температурах моллюски производили меньше церкарий осенью, чем зимой.
«Другими словами, температура температурой, а «утомление» организма хозяина накладывает естественные ограничения на возможности паразита форсировать свое размножение», — добавляет соавтор статьи Екатерина Миронова.
Ученые пришли к выводу, что из-за глобального потепления возможно смещение равновесия в системе R. fennica — плотва — R. campanula в сторону преобладания более теплолюбивого вида паразита. Таким образом, рост температуры в водоемах может приводить к заметному изменению периодизации жизненного цикла паразитов. В конечном итоге, учитывая невероятное изобилие систем «паразит — хозяин», это способно изменить весь облик пресноводных экосистем.
В своем дальнейшем исследовании ученые планируют изучить, насколько эти изменения будут синхронизированы с изменениями в жизненном цикле следующего хозяина паразита, рыбы.
Что будет при изменениях в системах «паразит — хозяин»? Отвечает Михаил Гопко
Существует, как минимум, два реалистичных сценария развития отношений между паразитами и их хозяевами при глобальным потеплении. Согласно первому из них, с повышением температуры паразиты получат преимущество по отношению к своим хозяевам. У паразитов более быстрая скорость эволюции, это важно в меняющихся условиях, также у них более высокая продуктивность при умеренно повышенной температуре окружающей среды. Для водных организмов, например, рыб, ситуация осложняется еще и тем, что при высоких температурах их иммунная система начинает сбоить, упрощая инфекциям доступ в организм хозяина.
Возможно, все выгоды, полученные паразитами от потепления, будут лишь временными — большинство экспериментов по изучению влияния потепления на паразитов краткосрочны. Кроме того, паразиты могут даже проиграть от рассинхронизации жизненных циклов паразита и хозяина. Допустим, потепление приведет к тому, что паразиты будут готовы заразить хозяина раньше по ходу сезона, но никто не гарантирует, что хозяин будет к этому уже «готов», скажем, мигрирует в подходящую часть водоема.
Второй сценарий может привести к очень сильным изменениям в экосистемах. Дело в том, что паразиты играют в сообществах необычайно важную и специфическую роль. Это своеобразный клей, объединяющий различные трофические уровни. Когда гепард несется по саванне, догоняя газель Томпсона, или прожорливая чайка пытается выхватить зазевавшегося малька с поверхностности воды, то может создаться ложное впечатление, что все происходящее — дело исключительно хищника и его жертвы. На самом деле паразиты, ослабляющие каждую из сторон, играют иногда даже более существенную роль. Рассинхронизация жизненных циклов паразитов и их хозяев может привести к «эффекту домино», нарушая трофические взаимодействия между хищниками и их жертвами.
Новое исследование ученых поддерживает вторую точку зрения. Однако о применимости его результатов ко всем системам «паразит — хозяин» говорить не стоит. Кроме того, нет информации о том, как быстро произойдут изменения в экосистемах и сможет ли природа под них подстроиться. Как отмечает Михаил Гопко, влияние глобального потепления на системы «паразит — хозяин» и экосистемы будет в целом сильнее по мере приближения к полюсам и экватору, а вот в умеренных широтах все будет, вероятно, не так фатально.
Статья Contrasting temperature responses in seasonal timing of cercariae shedding by Rhipidocotyle trematodes была опубликована в журнале Parasitology.
А, B – церкарии, соответственно R. fennica и R. campanula. С — церкарии R. fennica, развивающиеся в гонадах моллюска. Авторы фото: А, B – Телерво Валтонен, С — Йони Таскинен.
Зависимость среднего (для всех моллюсков, производивших церкарии в день наблюдения) числа произведенных церкарий от температуры для R. fennica (A, B) и R. campanula (C, D). Справа графики частной регрессии (added variable plot) с учетом сезонности. Обратите внимание на выпадающие значения в «подбрюшье» графика A. Это производство церкарий в осенние месяцы, когда при тех же температурах объем эмиссии был ниже. Добавление фактора сезонности (число дней с начала эксперимента) «выправляет» зависимость, и точки очень аккуратно ложатся на регрессионную прямую (график C). Для R. campanula (нижний ряд) ситуация схожа.