Den pågående uppvärmningen av Michigansjön ökar dess känslighet för asiatiska karpar, delvis genom att kvagga-musslans förmåga att fungera som en ekologisk barriär mot den glupska algodrivande fisken minskar, enligt en ny studie ledd av University of Michigan.
Asiatisk karp och de triljoner quagga-musslor som täcker botten av Michigansjön konkurrerar om samma föda – alger och andra typer av plankton. Vissa forskare i Stora sjöarna har föreslagit att de fingernagelstora molluskerna skulle kunna hjälpa till att hindra den invasiva fisken från att få fotfäste.
Räkna inte med det, konstaterar författarna till den nya studien med datormodellering. Även i bästa fall skulle musslornas förmåga att hjälpa till att avvärja asiatisk karp vara begränsad i tid och rum, och både uppvärmning av klimatet och förorening av näringsämnen skulle kunna minska den skyddande roll som musslorna skulle kunna spela, konstaterade forskarna.
Den nya studien leddes av forskare vid U-M:s Cooperative Institute for Great Lakes Research och National Oceanic and Atmospheric Administration’s Great Lakes Environmental Research Laboratory och ska publiceras den 7 juli i tidskriften Biological Invasions. Den fokuserar på de två arter av asiatisk karp, bighead- och silverkarp, som är mest oroande för de stora sjöarna.
Den nya artikeln bygger på en artikel som samma grupp publicerade förra året i Freshwater Biology, där man fann att bighead- och silverkarp skulle kunna hitta tillräckligt med föda i Michigansjön och att de utgör en stor risk för att etablera sig där.
Peter Alsip
”Vår nya forskning visar att närvaron av en redan etablerad matkonkurrent – musslorna – har en begränsad förmåga att fungera som ett hinder för en invasion av storhuvud- och silverkarp, och att en uppvärmning av klimatet och en näringsberikning skulle kunna minska musslornas förmåga att påverka asiatiska karpars livsmiljöer ytterligare”, säger studiens huvudförfattare Peter Alsip vid Cooperative Institute for Great Lakes Research.
Alsip, som också var försteförfattare till förra årets Freshwater Biology-artikel, genomförde forskningen om den asiatiska karpen för sin magisteruppsats vid U-M:s School for Environment and Sustainability.
I den nya studien undersöks hur tre faktorer – klimatförändringar, hantering av näringsämnen och ankomsten av zebra- och quagga-musslor – har påverkat Michigansjöns sårbarhet för storhuvud- och silverkarp, som för närvarande lever i angränsande avrinningsområden men inte i själva sjön.
De fyra kartorna visar hur nivåerna av näringsämnet fosfor och förekomsten eller frånvaron av quagga-musslor i Michigansjön påverkar den årliga viktförändringen för storhuvud- och silverkarp. Kartorna jämför förhållandena i sjön på 1970- och 1980-talen – då quagga-musslor ännu inte hade etablerat sig och innan insatser för att minska nivåerna av näringsämnet fosfor genomfördes och därmed var mycket högre än i dag – med förhållandena 2010. Bild: Peter Alsip. Från Alsip et al. i Biological Invasions, juli 2020,
https://doi.org/10.1007/s10530-020-02296-4.
Teamets simuleringar av historiska förhållanden visade att Michigansjön skulle ha varit mer gästvänlig för asiatisk karp på 1970- och 1980-talen, när nivåerna av näringsämnet fosfor var mycket högre och zebra- och quagga-musslor ännu inte hade etablerats. Simuleringarna visar att storskarp skulle ha vuxit ungefär två till fem gånger snabbare på 1980-talet jämfört med dagens förhållanden, där högre fosfornivåer hade större betydelse än frånvaron av musslor.
När forskarna simulerade de nivåer av klimatuppvärmning som förväntas under de kommande decennierna förbättrades livsmiljön för asiatisk karp på två grundläggande sätt.
Fisken livnärde sig mer aktivt i varmare vatten under våren, och den årliga ”skiktningsperioden” på sommaren – när sjöarnas vatten delas upp i tre olika skikt på grund av temperatur- och täthetsskillnader – började tidigare och varade längre, vilket begränsade den tid då de asiatiska karparna, som livnär sig på toppen, och musslorna, som lever på botten, konkurrerade om födan i de övre delarna av vattenpelaren.
Oppartemperaturerna i de stora sjöarna värms redan upp snabbare än den globala genomsnittliga ökningen, och Michigansjöns ytvatten värms upp i en takt av ungefär en halv grad Fahrenheit per årtionde. Vinterisens varaktighet och omfattning i de stora sjöarna minskar också, och enligt klimatmodellerna kommer sommarens skiktningsperiod i Michigansjön och andra nordliga tempererade sjöar att bli längre och börja tidigare under de kommande åren.
Främre skiktning skulle gynna asiatisk karp genom att blockera musslornas tillgång till föda i ytvattnet och skulle också öppna upp tidigare olämpliga livsmiljöer till havs för fisken tidigare under året, enligt den nya modellstudien. I det U-M-ledda teamets simuleringar fördubblade varma år i stort sett volymen av lämpliga livsmiljöer som var tillgängliga för storskarp på våren och ökade volymen av lämpliga livsmiljöer under våren för silverkarp med nästan en tredjedel.
En av våra viktigaste slutsatser är att våren är den mest påverkade säsongen, och det är då som de flesta fiskarter i Michigansjön har sina planktonätande larvstadier
”En av våra viktigaste slutsatser är att våren är den mest påverkade säsongen, och det är då som de flesta fiskarter i Michigansjön har sina planktonätande larvstadier”, säger medförfattaren till studien, Hongyan Zhang, som är akvatisk ekolog vid Eureka Aquatic Research i Ann Arbor.
”Klimatförändringar och näringsnivåer som gynnar asiatiska karpars etablering kan alltså också förstärka de negativa effekterna av asiatiska karpar på andra fiskarter”, säger hon. Zhang, tidigare vid U-M:s School for Environment and Sustainability och Cooperative Institute for Great Lakes Research, var Alsips avhandlingsrådgivare.
Fosfornivåerna framstod som den mest inflytelserika av de tre faktorer som analyserades i den nya studien av asiatiska karpars lämplighet för livsmiljöer i hela Michigansjön. Studiens ”High P”-scenarier resulterade i de längsta tillväxtsäsongerna för asiatisk karp, den största mängden lämpliga livsmiljöer och de högsta slutvikterna för fisken.
Scenarierna med hög fosforhalt är baserade på Michigansjöns fosforbelastning på 1970- och 1980-talen, då man började arbeta för att minska nivåerna av det algfrämjande näringsämnet i hela de stora sjöarna. Mängden fosfor som kommer in i Michigansjön från dess bifloder har minskat kraftigt sedan dess och har hållit en stabil nivå sedan 1990-talet.
Men tidigare forskning tyder på att förändringar i markanvändning och flodhydrologi till följd av stads- och jordbruksexpansion och klimatförändringar skulle kunna öka fosfornivåerna i Michigansjön under de kommande årtiondena. Regionen kring de stora sjöarna upplever redan nu mer frekventa intensiva vårregn som kan skölja fosfor från markytor och ut i bäckar och floder.
Varje karta visar simulerade förändringar i antalet växtdagar för bigheadkarp i Michigansjön när man jämför två olika klimat. Kartan till vänster jämför ett varmt år (1998, som hade vattentemperaturer inom intervallet för de värden som förväntas under perioden 2030-2090, enligt klimatmodellerna) med ett kallt år (1997, ett år med en kallare vinter-vårperiod än genomsnittet, användes i simuleringarna). På den mellersta kartan jämförs ett simulerat varmt år med nuvarande förhållanden i Michigansjön (i den här studien representerar år 2010 nuvarande förhållanden). På kartan till höger jämförs nuvarande förhållanden med ett kallt år. Bild: Peter Alsip. Från Alsip et al. i Biological Invasions, juli 2020,
https://doi.org/10.1007/s10530-020-02296-4.
Alla framtida ökningar av fosfornivåerna i Michigansjön ”skulle bara skapa en mer gästvänlig miljö” för asiatisk karp, enligt den nya studien.
”Den mest intressanta aspekten av den här studien är för mig att av de tre stressfaktorer som vi har beaktat är det minskningen av näringsämnen i sjön – som föreskrivs i Great Lakes Water Quality Agreement – som har sänkt livsmiljöns lämplighet mest för de invasiva bighead- och silverkarparna”, säger Ed Rutherford, medförfattare till studien och forskningsfiskebiolog vid NOAA:s Great Lakes Environmental Research Laboratory.
Den asiatiska karpens inverkan på redan invaderade ekosystem, liksom invasionsfrontens närhet till Michigansjön, har ökat oron för en potentiell invasion av de stora sjöarna via Chicago Area Waterway System, den konstgjorda förbindelsen mellan Illinois River och Michigansjön. Ett stort bekymmer är att asiatiska karpar kan konkurrera ut planktonätande fiskar från de stora sjöarna – som omfattar larvstadier av de flesta fiskarter – och ödelägga regionens fiskeindustri på 7 miljarder dollar.
Förra året skickade U.S. Army Corps of Engineers en plan till kongressen för att installera karpförsvar vid Brandon Road Lock and Dam i närheten av Joliet i Illinois, cirka 40 sjömil från Michigansjön. Regionens åtta amerikanska guvernörer och två kanadensiska premiärministrar stödde planen. Men projektet, som skulle kunna kosta mer än 800 miljoner dollar, väntar på kongressens godkännande.
De andra medförfattarna till artikeln om biologiska invasioner är Mark Rowe och Doran Mason från NOAA:s Great Lakes Environmental Research Laboratory, Catherine Riseng från U-M School for Environment and Sustainability och Zhenming Su från Institute for Fisheries Research, en samarbetsenhet inom Michigan Department of Natural Resources och University of Michigan.
Studien finansierades av Michigan Sea Grant Graduate Research Fellowship och Institute for Fisheries Research tillhandahöll motsvarande medel. Ytterligare stöd tillhandahölls av Michigan Sea Grant, Institute for Fisheries Research, Cooperative Institute for Great Lakes Research och NOAA:s Great Lakes Environmental Research Laboratory.