Ciągłe ocieplenie jeziora Michigan zwiększa jego podatność na karpia azjatyckiego, częściowo poprzez zmniejszenie zdolności małży quagga do działania jako bariera ekologiczna przeciwko żarłocznym rybom żywiącym się glonami, według nowego badania przeprowadzonego przez University of Michigan.
Karp azjatycki i biliony małży quagga, które dywan na dnie jeziora Michigan będzie konkurować o to samo jedzenie – glony i inne rodzaje planktonu. Niektórzy badacze Wielkich Jezior zasugerowali, że mięczaki wielkości paznokcia mogłyby pomóc w zapobieganiu inwazyjnym rybom w zdobyciu przyczółka.
Nie licz na to, autorzy nowego badania modelowania komputerowego podsumowują. Nawet w najlepszym przypadku zdolność omułków do odpierania karpi azjatyckich będzie ograniczona w czasie i przestrzeni, a ocieplenie klimatu i zanieczyszczenie substancjami odżywczymi może zmniejszyć rolę ochronną, jaką omułki mogą odegrać, stwierdzili naukowcy.
Nowe badanie zostało przeprowadzone przez naukowców z U-M’s Cooperative Institute for Great Lakes Research oraz National Oceanic and Atmospheric Administration’s Great Lakes Environmental Research Laboratory i ma zostać opublikowane 7 lipca w czasopiśmie Biological Invasions. Skupia się ona na dwóch gatunkach karpia azjatyckiego, tołpygi i karasia srebrzystego, które budzą największe obawy w Wielkich Jeziorach.
Nowa praca opiera się na jednej, którą ten sam zespół opublikował w zeszłym roku w Freshwater Biology, w której stwierdzono, że tołpygi i karasie srebrzyste będą w stanie znaleźć wystarczającą ilość pożywienia w jeziorze Michigan i że stanowią wysokie ryzyko osiedlenia się tam.
Peter Alsip
„Nasze nowe badania pokazują, że obecność już zakorzenionego konkurenta pokarmowego – omułka jadalnego – ma ograniczoną zdolność do działania jako bariera dla inwazji tołpygi i karasia srebrzystego, oraz że ocieplenie klimatu i wzbogacanie składników odżywczych może jeszcze bardziej zmniejszyć zdolność omułka do wpływania na siedliska karpi azjatyckich” – powiedział główny autor badania Peter Alsip z Cooperative Institute for Great Lakes Research.
Alsip, który był również pierwszym autorem zeszłorocznego artykułu Freshwater Biology, prowadził badania nad karpiem azjatyckim w ramach swojej pracy magisterskiej w U-M’s School for Environment and Sustainability.
Nowe badania sprawdzają, jak trzy czynniki – zmiany klimatyczne, zarządzanie składnikami odżywczymi oraz pojawienie się małży zebra i quagga – wpłynęły na wrażliwość jeziora Michigan na karpie wielkie i srebrzyste, które obecnie zamieszkują przyległe akweny, ale nie samo jezioro.
Cztery mapy pokazują, jak poziomy fosforu odżywczego i obecność lub brak małży quagga w jeziorze Michigan wpływają na roczną zmianę wagi karpia wielkogłowego i srebrzystego. Mapy porównują warunki panujące w jeziorze w latach 70-tych i 80-tych – kiedy małże quagga nie zdążyły się jeszcze zadomowić i zanim wdrożono działania mające na celu obniżenie poziomu fosforu będącego składnikiem odżywczym, a więc znacznie wyższego niż obecnie – do warunków panujących w roku 2010. Zdjęcie: Peter Alsip. Z Alsip et al. w Biological Invasions, lipiec 2020,
https://doi.org/10.1007/s10530-020-02296-4.
Symulacje warunków historycznych przeprowadzone przez zespół wykazały, że jezioro Michigan byłoby bardziej gościnne dla karpi azjatyckich w latach 70. i 80. ubiegłego wieku, kiedy poziomy fosforu będącego składnikiem odżywczym były znacznie wyższe, a małże zebra i quagga nie zostały jeszcze ustanowione. Symulacje pokazują, że karp wielkogłowy rósłby od dwóch do pięciu razy szybciej w latach 80-tych, w porównaniu z obecnymi warunkami, przy czym wyższy poziom fosforu miałby większy wpływ niż brak małży.
Gdy badacze symulowali poziom ocieplenia klimatu spodziewany w nadchodzących dekadach, siedlisko karpia azjatyckiego poprawiło się na dwa podstawowe sposoby.
Temperatury powierzchniowe Wielkich Jezior już ocieplają się szybciej niż globalny średni wzrost, z wodami powierzchniowymi jeziora Michigan ocieplającymi się w tempie około pół stopnia Fahrenheita na dekadę. Czas trwania i zakres zimowej pokrywy lodowej na Wielkich Jeziorach również się kurczy, a modele klimatyczne sugerują, że letni okres stratyfikacji w jeziorze Michigan i innych północnych jeziorach strefy umiarkowanej wydłuży się i rozpocznie wcześniej w nadchodzących latach.
Wcześniejsza stratyfikacja przyniosłaby korzyści karpiowi azjatyckiemu poprzez zablokowanie dostępu małży do pożywienia w wodach powierzchniowych, a także otworzyłaby wcześniej nieodpowiednie siedliska morskie dla ryb wcześniej w roku, zgodnie z nowym badaniem modelowania. W symulacjach zespołu kierowanego przez U-M, ciepłe lata z grubsza podwoiły objętość odpowiedniego siedliska dostępnego dla karasia wielkogłowego wiosną i zwiększyły objętość odpowiedniego siedliska wiosną dla karasia srebrzystego o prawie jedną trzecią.
Jednym z naszych kluczowych odkryć jest to, że wiosna jest najbardziej dotkniętym sezonem, i to wtedy, gdy większość gatunków ryb w jeziorze Michigan ma swoje planktonożerne stadia larwalne
„Jednym z naszych kluczowych odkryć jest to, że wiosna jest najbardziej dotkniętym sezonem, i to wtedy, gdy większość gatunków ryb w jeziorze Michigan ma swoje planktonożerne stadia larwalne”, powiedział współautor badania Hongyan Zhang, ekolog wodny w Eureka Aquatic Research w Ann Arbor.
Poziom fosforu okazał się najbardziej wpływowym z trzech czynników analizowanych w nowym badaniu przydatności siedlisk karpia azjatyckiego w całym jeziorze Michigan. Scenariusze „wysokiego P” skutkowały najdłuższymi sezonami wegetacyjnymi dla karpi azjatyckich, największą ilością odpowiednich siedlisk i najwyższą wagą końcową ryb.
Scenariusze wysokiego P są oparte na ładunkach fosforu w jeziorze Michigan w latach 70-tych i 80-tych, kiedy to rozpoczęto wysiłki w celu zmniejszenia poziomu substancji odżywczych sprzyjających rozwojowi glonów w całych Wielkich Jeziorach. Od tego czasu ilość fosforu wprowadzanego do jeziora Michigan z jego dopływów gwałtownie spadła, a od lat 90. utrzymuje się na stałym poziomie.
Wcześniejsze badania sugerują jednak, że zmiany w użytkowaniu gruntów i hydrologii rzek w wyniku ekspansji miast i rolnictwa oraz zmiany klimatu mogą zwiększyć poziom fosforu w jeziorze Michigan w nadchodzących dekadach. Region Wielkich Jezior już doświadcza częstszych intensywnych wiosennych burz deszczowych, które mogą zmywać fosfor z powierzchni ziemi do strumieni i rzek.
Każda mapa pokazuje symulowane zmiany w liczbie dni wegetacji karpia wielkogłowego w jeziorze Michigan przy porównaniu dwóch różnych klimatów. Mapa po lewej stronie porównuje rok ciepły (1998, który miał temperatury wody w zakresie wartości oczekiwanych w okresie 2030-2090, zgodnie z modelami klimatycznymi) z rokiem chłodnym (1997, rok z zimniejszym niż przeciętny okresem zimowo-wiosennym, został użyty w symulacjach). Środkowa mapa porównuje symulowany rok ciepły z obecnymi warunkami w jeziorze Michigan (dla celów niniejszego opracowania rok 2010 reprezentuje warunki obecne). Mapa po prawej stronie porównuje obecne warunki z rokiem chłodnym. Image credit: Peter Alsip. Z Alsip et al. w Biological Invasions, lipiec 2020,
https://doi.org/10.1007/s10530-020-02296-4.
Każdy przyszły wzrost poziomu fosforu w jeziorze Michigan „stworzyłby tylko bardziej gościnne środowisko” dla karpi azjatyckich, stwierdza nowe badanie.
„Najbardziej interesującym aspektem tego badania jest dla mnie to, że spośród trzech czynników stresogennych, które wzięliśmy pod uwagę, redukcja składników odżywczych w jeziorze – wymagana przez porozumienie w sprawie jakości wody w Wielkich Jeziorach – najbardziej obniżyła przydatność siedlisk dla inwazyjnych karpi wielkogłowych i srebrzystych”, powiedział współautor badania Ed Rutherford, biolog zajmujący się rybołówstwem w Laboratorium Badań Środowiskowych Wielkich Jezior NOAA.
Wpływ karpia azjatyckiego na już zaatakowane ekosystemy, jak również bliskość frontu inwazji do jeziora Michigan, zwiększyły obawy o potencjalną inwazję na Wielkie Jeziora poprzez Chicago Area Waterway System, stworzone przez człowieka połączenie pomiędzy rzeką Illinois a jeziorem Michigan. Wielką obawą jest to, że karpie azjatyckie mogą prześcignąć planktonożerne ryby Wielkich Jezior – do których należą stadia larwalne większości gatunków ryb – i zniszczyć przemysł rybny w regionie wart 7 miliardów dolarów.
W zeszłym roku Korpus Inżynierów Armii Stanów Zjednoczonych wysłał do Kongresu plan zainstalowania zabezpieczeń przed karpiami w śluzie i tamie Brandon Road w pobliżu Joliet, Illinois, około 40 mil od jeziora Michigan. Ośmiu gubernatorów USA i dwóch premierów Kanady poparło ten plan. Ale projekt, który może kosztować więcej niż 800 milionów dolarów, czeka na zatwierdzenie przez Kongres.
Inni współautorzy papieru Biological Invasions są Mark Rowe i Doran Mason z NOAA’s Great Lakes Environmental Research Laboratory, Catherine Riseng z U-M School for Environment and Sustainability i Zhenming Su z Instytutu Badań Rybołówstwa, jednostki współpracy Michigan Department of Natural Resources i University of Michigan.
Badanie zostało sfinansowane przez Michigan Sea Grant Graduate Research Fellowship, a Instytut Badań Rybołówstwa zapewnił fundusze dopasowania. Dodatkowe wsparcie zostało zapewnione przez Michigan Sea Grant, Instytut Badań Rybołówstwa, Cooperative Institute for Great Lakes Research i Laboratorium Badań Środowiskowych Wielkich Jezior NOAA.
.