Вторжение китайских прудовых мидий - что делает этих безобидных на вид животных такими опасными?
Представьте, что бы вы сделали, если бы кто-то увез вас далеко от дома и привез в совершенно незнакомое и непривычное место? Вы бы сделали все возможное, чтобы остаться в живых! Любое живое существо, например животное или растение, отреагировало бы точно так же. Такое случалось со многими живыми существами, потому что люди специально или случайно привозили их в новые места. Некоторым из этих живых существ так понравилось на новом месте, что они расселились по всей округе, подвергая при этом опасности "коренных" обитателей этих мест. Из-за опасности, которую они представляют для существ, обычно живущих в этих местах, эти завезенные животные или растения считаются опасными и называются учеными "инвазивными видами". Одним из инвазивных видов является китайская прудовая мидия. Ученые до сих пор не могут понять, что заставляет это безобидное на вид животное превращаться в опасного злодея! Поэтому мы провели научный эксперимент, чтобы выяснить это!
Родные и инвазивные виды
Живые существа, включая растения и животных, занимают различные места на Земле. Место, где они живут, - это их естественный дом, который также называют природной средой. Естественной средой обитания организма может быть океан, луг, лес, пустыня или даже город. Живые существа обычно остаются в своей естественной среде всю жизнь. Они привыкли жить там и обладают всеми навыками, необходимыми для выживания. Вспомните кита в океане или гориллу в африканском лесу. Группы живых существ, которые изначально родились в определенной природной среде и занимают ее, называются аборигенными видами.
Однако некоторые живые существа по разным причинам переселяются из своих естественных мест обитания в другие части света. На научном языке мы говорим, что эти живые существа "внедряются" в новую среду, поэтому их называют интродуцированными видами. Когда интродуцированный вид попадает в новую и неизвестную среду, он пытается выжить, хотя новая среда обычно сильно отличается от его родной. Чаще всего интродуцированному виду не удается выжить, и он погибает. Но иногда интродуцированный вид прекрасно чувствует себя на новом месте, и организмы начинают производить потомство, увеличивать численность и распространяться по новой среде. В этом случае местным видам, уже живущим на этой территории, приходится несладко, поскольку интродуцированные виды занимают их место или питаются их пищей. Интродуцированные виды, которые живут вне своей естественной среды и наносят вред другим обитающим там организмам, называются инвазивными видами [ 1 , 2 ]. Возможно, все эти термины станут понятнее, когда вы прочитаете короткий комикс "Вторжение китайской прудовой мидии!". (рис. 1). Возможно, вы уже слышали о некоторых инвазивных видах, таких как амброзия обыкновенная (рис. 2).
Как эти виды попадают в новую среду обитания?
Мы помогаем им добраться туда! На протяжении всей истории человечества люди часто перемещали виды по всему миру. Вспомните помидоры или кукурузу. Оба эти растения изначально росли в Южной Америке, но потом были перенесены в новые районы и теперь распространены по всему миру. Мы часто перевозим виды специально, например, помидоры и кукурузу, чтобы их можно было выращивать для еды, или экзотические растения и животных, чтобы люди могли содержать их в качестве домашних питомцев. Но иногда мы делаем это и случайно. Например, организм может быть перемещен из своего естественного места обитания в качестве безбилетного пассажира на корабле - возможно, он случайно прилип к внешней стороне лодки на все время плавания! Например, у китайских прудовых мидий очень крошечные детеныши, которые в большом количестве прикрепляются к жабрам рыб. На протяжении всей истории человечества люди выращивали рыбу для еды и специально перевозили ее по всему миру. Так люди случайно переносили крошечные мидии вместе с рыбой в новую среду. Затем мидии отделялись от рыбы и начинали свою новую жизнь на дне озера или реки на новом континенте, как вы видите в комиксе (рис. 1). Подробнее об инвазивных видах и способах их переноса вы можете узнать на рисунке 2 или в других источниках [1, 2].
Почему инвазивные виды вредят другим организмам или окружающей среде?
Потому что некоторые инвазивные виды начинают слишком сильно любить свои новые дома. Они едят много пищи, используют много места и распространяются, производя много детенышей - а потом занимают еще больше места и едят еще больше пищи! В результате у местных видов становится меньше пищи и места, и они могут даже полностью исчезнуть с определенной территории. Кроме того, инвазивные виды могут причинять вред и другими способами. Например, тростниковые жабы ядовиты, и когда местные ящерицы и змеи пытаются их съесть, они погибают (рис. 2). Инвазивные виды также могут распространять болезни, как, например, азиатский тигровый комар, который стал инвазивным в Южной Америке и принес с собой вирус Зика. Другой пример - растение под названием амброзия однолетняя (Рисунок 2). Пыльца амброзии вызывает аллергию, заставляя некоторых людей чихать и вызывая сильный зуд в глазах.
Почему одни виды становятся инвазивными, а другие - нет?
Это действительно хороший вопрос. Когда вид попадает в новую среду, иногда он распространяется и становится вредным, а иногда нет. На самом деле из 100 интродуцированных видов только около 5 становятся инвазивными. Некоторые интродуцированные виды могут жить на новом месте в течение многих лет, прежде чем станут вредными для местных видов. Существует множество причин, по которым одни виды становятся успешными захватчиками, а другие - нет. Ученые до сих пор пытаются разгадать эту загадку. Одна из очевидных причин заключается в том, что инвазивные виды, которые быстро растут и рожают много детей, легче распространяются в новой среде. Другое объяснение заключается в том, что у некоторых инвазивных видов нет врагов в новой среде. Вспомните пример с ядовитыми тростниковыми жабами и местными змеями-ящерицами, которые погибли, когда попытались их съесть. Еще одна причина может заключаться в том, что успешные захватчики могут быстро изменить свое поведение или привычки (например, привычки питания), чтобы лучше вписаться в новую среду. Такие успешные захватчики могут быть не столь разборчивы в еде и просто есть все, что найдут.
Все эти объяснения возможны, но ученые все равно не могут предсказать, станет ли тот или иной вид опасным инвазивным видом после переноса в новую среду. Это значит, что существует еще много неизвестных факторов, которые делают вид инвазивным. Мы заинтересовались этой проблемой и задались вопросом, что произойдет, если окружающая среда станет менее уютной. Другими словами, как будут чувствовать себя инвазивные виды и местные виды, если окружающая среда станет слишком загрязненной или слишком теплой? Подобные изменения в окружающей среде могут вызвать стресс у некоторых организмов. Возможно, местные виды будут страдать от такого стресса, а инвазивные виды будут чувствовать себя вполне нормально. Итак, мы задались вопросом:
Может ли быть так, что инвазивные виды более устойчивы к стрессу в окружающей среде?
Мы провели научный эксперимент, чтобы выяснить это!
Разработка эксперимента
Чтобы поставить эксперимент, сначала нужно выбрать организмы, с которыми мы будем работать. Мы взяли два похожих вида, которые живут в одном и том же месте, но имеют одно важное отличие: один из них местный, а другой - инвазивный. Затем мы подвергли оба вида стрессу, чтобы посмотреть, как они себя чувствуют. Представьте, что это начало истории из комиксов - у нас есть "злодей" и "хороший парень", и мы не знаем, кто из них победит! В нашем случае "хороший парень" - это европейская утиная мидия с научным названием Anodonta anatina, живущая в Европе (местный вид), а "злодей" - китайская прудовая мидия Sinanodonta woodiana, также живущая в Европе (инвазивный вид). Более подробную информацию о пресноводных мидиях можно найти на веб-странице "Fun with Freshwater Mussels" [ 3 ].
Далее, чтобы проверить, как эти два вида мидий справляются с экологическим стрессом, мы должны были выбрать тип стресса. В окружающей среде многие вещи могут вызывать стресс у животных, например загрязнение или недостаток пищи. Мы уверены, что вы почувствовали бы стресс, если бы пропустили несколько приемов пищи подряд - или даже один! В качестве стресса мы решили использовать разную температуру воды.
Для проведения эксперимента мы собрали мидий из ближайшего озера (мы живем в Европе), разделили их поровну на три группы и поместили в специально подготовленные аквариумы.
- Контрольная группа" (без стресса) жила в воде с температурой 18°C (64,4°F). Хотя вы можете подумать, что это слишком холодно для плавания, мидии находят такую температуру очень комфортной - не слишком холодной и не слишком горячей.
- Представители "полярной группы" жили в воде при температуре 10°C (50°F). Это было слишком холодно даже на вкус мидий.
- Тропическая группа" жила в воде с температурой 26°C (78,8°F). Это было слишком жарко для мидий.
Таким образом, три аквариума отличались только одним - температурой воды. Мидии, живущие в полярной и тропической воде, испытывали экологический стресс. Мы хотели выяснить, сможет ли "злодей" справиться с холодом и жарой лучше, чем "хороший парень". Чтобы сделать правильные выводы о результатах эксперимента, нам пришлось включить в него контрольную группу - животных обоих видов, которые содержались при комфортной температуре воды, без стресса. Это позволило нам увидеть, как мидии реагируют, когда чувствуют себя комфортно.
Каковы результаты?
Мы хотели узнать, как чувствовали себя мидии, проведя 2 недели в полярном, тропическом или контрольном аквариуме. Для этого нам нужно было "измерить" воздействие "полярной" и "тропической" температуры воды на мидий и сравнить результаты измерений с контрольной группой (без стресса). К сожалению, мы не могли просто спросить мидий, как они себя чувствуют, поэтому нам пришлось провести несколько сложных тестов, чтобы выяснить это. Эти тесты похожи на анализ крови, который вы можете сдать у врача, чтобы проверить, не заболели ли вы. По результатам анализа крови врач узнает, насколько вы здоровы, без необходимости спрашивать вас о самочувствии. В нашем случае эти анализы имеют сложные названия, такие как анализ накопления родамина B, анализ восстановительной способности INT и анализ активности глутатион-S-трансферазы! К счастью, для понимания результатов нашего исследования не так уж важно знать эти названия, поэтому просто помните, что эти тесты помогают исследователям определить, насколько здоровы мидии.
Результаты нашего эксперимента показаны на рисунке 3. Как видите, в контрольной группе (без стресса) оба вида мидий были счастливы и здоровы. Это доказывает, что им нравится такая температура воды. А вот "хорошему парню" (местной мидии A. anatina) было очень трудно справляться как с "полярной", так и с "тропической" температурой. По результатам тестов мы увидели, что животные чувствовали себя очень слабыми и несчастными. Им было слишком холодно в "полярном" аквариуме и слишком жарко в "тропическом". Наш "злодей" (инвазивная мидия S. woodiana) оказался совсем другим. По результатам тестирования мы выяснили, что эти мидии чувствовали себя очень хорошо в "тропическом" аквариуме и лишь немного недовольны в "полярном".
Итак, ответ на наш вопрос таков
Инвазивная китайская прудовая мидия лучше справляется с температурным стрессом, чем местная европейская утиная мидия.
Результаты нашего эксперимента дали еще одно возможное объяснение тому, что делает инвазивный вид суперзлодеем: инвазивный вид чувствует себя хорошо, даже когда условия окружающей среды не очень хорошие, в нашем случае, когда температура воды немного слишком горячая или слишком холодная, в то время как местный вид чувствует себя плохо в той же ситуации. Мы думаем, что это одна из причин, по которой китайские прудовые мидии могут распространяться в новой среде, в то время как местные европейские утиные мидии чувствуют себя не так хорошо.
Что мы узнали из этой истории?
Инвазивные виды наносят вред местным видам, а зачастую и человеку. Однако большинство видов, попавших в новую среду, не выживают и не представляют угрозы для местных обитателей. Остается вопрос: что делает некоторые интродуцированные виды инвазивными? В нашем исследовании мы показали, что инвазивные виды могут лучше переносить стрессовые условия окружающей среды. Если температура воды повысится, у инвазивных видов будет меньше проблем с этим, чем у местных. Возможно, вы уже слышали, что наш мир становится все теплее и теплее - это называется глобальным потеплением [ 4 ]. Как видите, наши результаты показывают, что инвазивные виды могут процветать, даже когда условия окружающей среды становятся теплее. Это преимущество по сравнению с местными видами, которые не смогут так хорошо переносить повышение температуры. Таким образом, способность лучше справляться с экологическим стрессом способствует распространению инвазивного вида.
Наконец, мы хотели бы убедиться, что вы понимаете, что в большинстве случаев перемещение растений и животных в новые среды происходит по нашей вине, по вине людей. Поэтому мы надеемся, что наше исследование побудит людей отказаться от перемещения животных и растений по всему миру и попытаться найти способы защиты исчезающих местных видов.
