Flodpärlmusslans (Margaritifera margaritifera) påverkan på öringens (Salmo trutta) födohantering

Transkript

1 Flodpärlmusslans (Margaritifera margaritifera) påverkan på öringens (Salmo trutta) födohantering Hampus Kvarnliden Ämneslärarprogrammet med inriktning mot arbete i gymnasieskolan

2 Examensarbete: Kurs: Institution: Nivå: Termin/år: Handledare: Examinator: Kod: Nyckelord: 15 hp LGBI1G Självständigt arbete (examensarbete) 1 för gymnasielärare i biologi Institutionen för biologi och miljövetenskap Göteborgs universitet Grundnivå HT/2015 Johan Höjesjö Institutionen för biologi och miljövetenskap, Göteborgs universitet Frank Götmark Institutionen för biologi och miljövetenskap, Göteborgs universitet HT LGBI1G Flodpärlmussla, Margaritifera margaritifera, Öring, Salmo trutta, Glochidier. Abstract The freshwater pearl mussel (FPM) (Margaritifera margaritifera) is currently an endangered species. Destruction of habitat, pollution, pearl fishing, acidification and introduction of invasive species have contributed to the number of populations to decline sharply. FPM has a complex life cycle that involves that their larvae, called glochidia, must attach to a host fish to undergo metamorphosis into a mussel. This host is in Europe either trout (Salmo trutta) or Atlantic salmon (Salmo salar) where the trout are most common. The glochidia are released in the water stream from the female mussel in the summer and are inhaled by a host fish. They attach themselves to the gills of the fish and encapsulate in the epithelial cells, where they feed on nutrients from the host for up to 11 months. This study intends to investigate whether the infestation of glochidia affect trout handling of prey. The goal is to contribute to research on the relationship between the FPM and trout to assist the work of the conservation of endangered FPM. To do this, examinations of the difference in handling time of live prey between uninfested and infested trout (1+). The hypothesis was that there is a difference in the time it takes for the fish infested with glochidia to chew and swallow a prey compared to unifested. The fish were fed with maggots (Calliphora vomitoria) and handling time was clocked from when the fish had taken the prey until it finished the last bite. The results show that there is not a significant difference between uninfested and infested fish (p = 0.07). However, the low p-value indicates a tendency that infested fish have longer processing time. There is a measurable difference between the groups, but it is unclear what effect this has on the interaction between the FPM and trout. Previous studies have shown that glochidia adversely affect the trout, which gives a parasitic relationship, but it is unclear whether a longer processing time of food contributes to this classification.

3 Sammanfattning Flodpärlmusslan (FPM) (Margaritifera margaritifera) är i dag en hotad art. Destruktion av habitat, föroreningar, pärlfiske, försurning och introduktion av invasiva arter har bidragit till att antalet populationer minskat kraftigt. FPM har en komplex livscykel som involverar att dess larver, kallade glochidier, måste fästa på en värdfisk för att kunna genomgå metamorfos till mussla. Denna värd är i Europa antingen öring (Salmo trutta) eller atlantlax (Salmo salar) där öring är vanligast. Glochidierna frisläpps i vattenströmmen av honmusslorna på sommaren och inandas av en värdfisk. Där fäster de sig på fiskens gälar och kapslar in sig i epitelcellerna där de lever av näringsämnen från värden i ca 11 månader. Denna studie ämnar till att undersöka om infesteringen av glochider påverkar öringens födohantering. Målet är att bidra till forskningen om förhållandet mellan FPM och öring för att bistå arbetet med bevarandet av hotade flodpärlmusslor. För att göra detta undersöktes skillnaden i hanteringstid av levande föda mellan oinfesterade och infesterade öringar (1+). Hypotesen var att det finns en skillnad i tid det tar för fiskar infesterade med glochidier att tugga och svälja ett byte jämfört med oinfesterade. Fiskarna matades med fluglarver (Calliphora vomitoria) och hanteringstid klockades från att fisken tagit bytet till dess att den avslutat sista tuggan. Resultaten visar att det inte finns en signifikant skillnad mellan oinfesterade och infesterade fiskar (p=0,07). Däremot tyder det låga p-värdet på att infesterade fiskar tenderar att ha längre hanteringstid. Det finns en mätbar skillnad mellan grupperna men det är oklart vilken effekt detta har på interaktionen mellan FPM och öring. Tidigare studier har visat att glochidier påverkar öringen negativt vilket ger ett parasitiskt förhållande men det är oklart om en längre hanteringstid av föda bidrar till denna klassificering.

4 Innehållsförteckning Inledning... 1 Material och metoder... 2 Resultat... 3 Diskussion... 4 Slutsats... 4 Relevans för yrkesutövningen... 5 Tack till... 5 Referenser... 5

5 Inledning Flodpärlmusslan (FPM) (Margaritifera margaritifera) är i dag enligt IUCN en hotad art (Moorkens, 2011). Utbredningsområdet är begränsat till norra halvklotet där hälften av alla individer lever i Skottland men många lever även i Skandinavien (Cosgrove et al., 2000; Young et al., 2001). Precis som alla andra sötvattensmusslor (unionoida) har FPM en komplex livscykel (Fig. 1). I stället för att ha frilevande larver har de glochidielarver vilka kräver ett parasitstadie på en värdfisk för att överleva (Barnhart et al., 2008). Destruktion av habitat, föroreningar, pärlfiske, försurning, minskning i antal värdfiskar och introduktion av invasiva arter har lett till att många musselpopulationer minskat eller försvunnit (Strayer et al., 2004; Geist & Kuehn, 2005; Österling et al., 2014). I Sverige är det främst minskning av antal värdfiskar på grund av försurning samt pärlfiske som fått FPM att minska i antal (Bauer, 1988; Österling et al., 2014). I och med FPMs hotade status är all information om förhållandet mellan musslor och deras värdar viktigt för arbetet att förhindra ytterligare minskning av arten (Strayer et al., 2004). Honmusslorna är mellan år när de släpper sina första glochidier och frisättning av dessa sker på sommaren (Young & Williams, 1984a; Hastie et al., 2003; Taeubert et al., 2010). Larverna är ektoparasiter på gälarna hos fiskar av släktet Salmo och hamnar där genom att flyta med vattenströmmen tills de inhaleras av en lämplig värd (Taeubert et al., 2010). Det har visat sig att de enda arter i Europa som FPM fäster sig på är öring (Salmo trutta) och atlantlax (Salmo salar) (Young & Williams, 1984a), där flertalet infesterar öring (Bauer, 1987; Geist et al., 2006). Efter att ha inhalerats av värdfisken innesluts glochidierna på epitelcellerna och blir inkapslade på värdfiskens gälar (Young & Williams, 1984b; Bauer, 1987; Ziuganov et al., 1994). Under parasitstadiet lever glochidierna av näringsämnen från värdens vävnad (Rogers-Lowery & Dimock, 2006). Efter ca 11 månader har glochidierna genomgått en metamorfos, från att vara 0,07 mm små larver till små musslor på 0,4-0,5 mm som då släpper från värdfisken och parasitstadiet avslutas (Young & Williams, 1984a; Bauer et al., 1991; 1997; Hastie & Young, 2001; Hastie et al., 2003). Effekten av interaktionen mellan FPM och värd har genom åren beskrivits på flera olika sätt. Ett parasitiskt förhållande stöds av det faktum att FPM kräver en värd för att genomgå metamorfos (Karna & Millemann, 1978; Bauer, 1987). Samtidigt har vattendrag med många filtrerande pärlmusslor högre motståndskraft mot övergödning vilket är positivt för öringen och förhållandet kan då beskrivas som mutualistiskt (Ziuganov et al., 1994; Skinner et al., 2003). Ziuganov och Nezlin (1988) ponerade förhållandet som en variant av symbios-protokooperation snarare än rent parasitiskt. VUXEN MUSSLA A GLOCHIDIE B VÄRDFISK C JUVENIL MUSSLA D Figur 1. Flodpärlmusslans livscykel. A) På sommaren släpper honmusslan sina glochidier. B) Glochidien inhaleras och inkapslas på gälarna hos värdfisk. C) Efter ca 11 månader har glochidien genomgått metamorfos till en juvenil mussla och släpper från värd. D) Juvenil mussla gräver ned sig på botten fortsätter växa. 1

6 Denna studie syftar till att bidra till forskningen om interaktionen mellan FPM och öring. Endast en studie har hittats om hur glochidier påverkar öringens födosök (Österling et al., 2014). Där undersöktes öringens födosök i konstgjord vattenström med döda mygglarver (chironomider). Resultaten visade att öringar med glochidier inte simmade lika långt för att ta ett byte som en utan, samt att infesterade öringar tog signifikant färre byten. För att bygga vidare på Österlings (2014) studie genomfördes därför en beteendestudie med målet att undersöka om infestering av glochidier påverkar öringens hanteringstid av levande föda. Infesterade fiskar har visats ha svullnader på gälarnas sekundära gälblad (Thomas, 2011). Eftersom gälarna sitter väldigt nära fiskens strupe finns det belägg för att detta kan påverka fiskens förmåga att tugga ett byte. Hypotesen var att det finns en skillnad i tiden det tar för en infesterad öring att tugga och svälja ett levande byte jämfört med en oinfesterad. Prediktionen är att infesterade har längre hanteringstid vilket ger nollhypotesen att det inte är någon tidsskillnad i hantering av föda mellan grupperna. Material och metoder I studien användes 28 ettåriga öringar (1+) där 14 var infesterade med glochidier från FPM. Öringarna infångades 14 september 2015 enligt standardiserade elfiskemetoder (Bohlin et al., 1989) i Slereboån som tillhör Göta älvs avrinningsområde, 40 km NÖ om Göteborg. Öringarnas infesteringsgrad bestämdes med hjälp av stereolupp i fält under bedövning med MS-222 (5 ml/l). Även fiskens gaffellängd mättes. Alla infesterade fiskar hade minst 25 glochidier på gälarna men majoriteten (3/4) hade mer än 100. Transport till Göteborgs universitet skedde i tank med system för syresättning av vattnet. Fiskarna placerades gruppvis (oinfesterade-infesterade) i 2 akvarium med volymen 120 liter (0.68 m x 0.48 m x 0.4 m). Akvarierna var inredda med gott om gömställen samt hade ut- och inflöde av vatten samt syresättning. Öringarna matades 2 gånger i veckan motsvarande 1% av kroppsvikten. Vattentemperaturen var 12.2 C, vilket skiljde sig mot Slereboån där det var 14.1 C. Öringarna tilläts acklimatiseras i den nya miljön under 2 veckor med hänsyn till att deras metabolism sänks vid lägre temperaturer (Elliott, 1994; Watz & Piccolo, 2011). Fiskarna placerades sedan parvis (oinfesterad-infesterad) i 14 akvarier med volymen 80 liter (Fig. 2). I varje akvarium hade en mörk Vatten in 0.65 m 0.35 m Syre in Avdelare 0.35 m Vatten ut Figur 2. Experimentell uppställning av akvarium med volymen 80 liter avsett för två fiskar. Båda avdelningar täcktes upptill av genomskinlig plastskiva. 2

7 plastskiva placerats i mitten så varje fisk fick en egen avdelning om ca 40 liter. Alla akvarium hade ut- och inflöde av vatten samt syresättning. Botten täcktes av ett ca 2 cm tjockt lager av småsten. 48 timmar innan experimentet startade matades fiskarna motsvarande 2% av kroppsvikten. Med start 28 september 2015 matades varje individ 1 gång/dag under 8 dagar med levande fluglarv (Calliphora vomitoria). Matningsordningen slumpades mellan varje individ. Bytet släpptes i mitten av varje avdelning ovanför vattenytan och fisken fick 3 minuter på sig att ta bytet. Varje matningstillfälle videofilmades (Sony HDRXR155) och analyserades i efterhand där hanteringstid klockades från tidpunkten öringen tog bytet till dess att den hade tuggat sista tuggan och svalt bytet. Medelvärdet beräknades för varje individ som tagit byte vid mer än 1 tillfälle. Data för 12 oinfesterade och 11 infesterade fiskar erhölls. Signifikansnivån 0,05 användes i alla statistiska tester. Efter avslutat experiment bedövades varje individ med 2-fenoxietanol (0,5 ml/l) för att åter kontrollera infesteringsgrad och längd. Experimentet hade etiskt tillstånd (dnr ). Resultat Först kontrollerades normalfördelningen av hanteringstider för varje individs medelvärde. Resultatet sågs vara normalfördelat och ett Shapiro-Wilks test utfört i SPSS 20 (den statistiska programvaran som användes i alla tester) gav ett p-värde på 0,07. Hanteringstiden påverkades inte av fiskens storlek (Pearsons korrelationstest, p=0,844) (Fig. 3). Hanteringstiden för oinfesterade individer (17,5 sek) tenderade att vara snabbare än för infesterade individer (24,0 sek) (Fig. 4) (2-svansat t-test p=0.07, t=-1.907). Oinfesterad Infesterad 50 Hanteringstid (s) Längd (mm) Figur 3. Jämförelse av medelvärde i hanteringstid för varje individ visar att ingen korrelation kan urskiljas mellan hanteringstid och öringens storlek (n=23). 3

8 35 Hanteringstid (s) Oinfesterad Infesterad Figur 4. Medelvärdet i hanteringstid för 12 oinfesterade öringar var 17,5 s jämfört med 24,0 s för 11 infesterade. Diskussion Målet med denna studie var att undersöka om infestering av glochidier påverkar öringens hanteringstid av levande föda. Resultaten visar att att infesterade fiskar tenderade att ha en längre hanteringstid även om det inte är statistiskt säkerställt. I experimentet användes fluglarver vilket får anses som ett ganska stort byte. I pilotförsök användes även gammarus sp. som byte vilka är mycket mindre än fluglarver. I dessa tester var hanteringstiderna för alla individer mycket kortare vilket gör att man kan hävda att tiden det tar att tugga ett byte korrelerar med bytets storlek. Öringen påverkas negativt av att mer energi går åt vid en längre hanteringstid, men eftersom öringen samtidigt får i sig ett större byte är det svårt att avgöra hur stor påverkan det har i längden. Det går att tolka resultaten som att den förlängda hanteringstiden hos infesterade fiskar beror på att de har svårare att tugga bytet. Detta stöds även av videoanalyserna där det tydligt syns hur infesterade individer tuggar mer kraftfullt än oinfesterade. Däremot är det svårt att bevisa om den förlängda hanteringstiden beror på svullnader på fiskens sekundära gälblad (Thomas, 2011). Hypotesen om att det finns en skillnad i tid det tar för en infesterad öring att tugga och svälja ett levande byte jämfört med en oinfesterad stöds. Under kontroll av alla individer efter avslutat experiment upptäcktes att 2 infesterade individer inte längre hade några glochidier kvar. Eftersom det var omöjligt att avgöra när de försvunnit användes inte dessa individers data. En möjlig förklaring till att larverna försvunnit är att de ramlat av, endast en bråkdel av de glochidier som fäster på värd utvecklas till mussla (Young & Williams, 1984a; Bauer, 1987). Studier har även visat att öring har en försvarsmekanism mot glochidier som gör att de släpper (Hastie et al., 2003). Utvecklandet av denna försvarsmekanism stödjer tesen om ett parasitiskt förhållande men huruvida en förlängd hanteringstid av föda är bidragande till detta är oklart. Slutsats Stort spann av mätvärden gör att slutsatserna av studien är begränsade. Detta till trots har infestering av glochidier på öring visats vara en klart mätbar effekt på hanteringstid av levande föda. Betydelsen av detta är svårt att definiera, framförallt när studien är begränsad till enskilda individer utan interaktion med andra fiskar. Ute i naturen är det möjligt att den förlängda 4

9 hanteringstiden leder till färre tagna byten då det finns en konkurrens om födan. Huruvida detta påverkar interaktionen mellan FPM och öring är oklart men förhoppningsvis kan det lägga grund för vidare forskning och bidra till arbetet att bevara FPM. Relevans för yrkesutövningen Det är vida känt att en av svårigheterna med att lära ut är att man som lärare demonstrerar en sak för eleverna men att eleverna observerar något helt annat än det läraren avser eleven ska observera (Sjøberg, 2010). Detta går även att applicera på en lärarstudent på en lärarutbildning. För att kunna vara införstådd i hur biologi fungerar är det viktigt att förstå hur den bakomliggande forskningen går till. Dock går det att vrida på det hela vilket Driver (1983) gör när hon påvisar problematiken i att elever gör experiment om och om igen utan att förstå vad det gör. Detta blir ett motargument mot aktivitetspedagogiken som hävdar att man lär sig som mest när man utövar något (Sjøberg, 2010). Just därför blir en studie som denna otroligt viktigt att som lärarestudent utföra individuellt för att förstå forskningen på rätt sätt. Även om flodpärlmusslans påverkan på öringens födohantering kanske inte är relevant i sig så är innehållet och bakgrunden till studien ett konkret exempel på vad man kan använda i framtida undervisning inom ekologin i biologi 1 (Skolverket, 2011). Framförallt kommer det gå att hänvisa till studien vid undervisning i hur människan orsakat störningar i ekosystemet när FPM minskat i antal. Ett annat exempel är hur storleken på FPM populationer är beroende av hur många värdfiskar det finns. Genom att eleverna får ett konkret exempel blir det då tydligare och enklare att förstå hur till exempel ett ekosystem fungerar (Sjøberg, 2010). Tack till Stort tack riktas till handledare Johan Höjesjö och Karl Filipsson som bidragit med otroligt mycket kunskap och erfarenhet inom området. Tack även till kurskamrat Lisa Loeb som hjälpte till under den experimentella delen av studien samt Niklas Wengström från Sportfiskarna som fiskade upp alla öringar. Referenser BARNHART, M. C., HAAG, W. R. & ROSTON, W. N Adaptations to host infection and larval parasitism in Unionoida. Journal of the North American Benthological Society, 27, BAUER, G Reproductive strategy of the freshwater pearl mussel Margaritifera margaritifera. The Journal of Animal Ecology, BAUER, G Threats to the freshwater pearl mussel Margaritifera margaritifera L. in central Europe. Biological Conservation, 45, BAUER, G Host relationships at reversed generation times: Margaritifera (Bivalvia) and salmonids. Vertical Food Web Interactions. Springer. BAUER, G., HOCHWALD, S. & SILKENAT, W Spatial distribution of freshwater mussels: the role of host fish and metabolic rate. Freshwater Biology, 26, BOHLIN, T., HAMRIN, S., HEGGBERGET, T. G., RASMUSSEN, G. & SALTVEIT, S. J Electrofishing theory and practice with special emphasis on salmonids. Hydrobiologia, 173, COSGROVE, P., YOUNG, M., HASTIE, L., GAYWOOD, M. & BOON, P The status of the freshwater pearl mussel Margaritifera margaritifera Linn. in Scotland. Aquatic Conservation: Marine and Freshwater Ecosystems, 10, DRIVER, R Pupil as scientist, McGraw-Hill Education (UK). ELLIOTT, J. M Quantitative ecology and the brown trout, Oxford University Press. GEIST, J. & KUEHN, R Genetic diversity and differentiation of central European freshwater pearl mussel (Margaritifera margaritifera L.) populations: implications for conservation and management. Molecular Ecology, 14,

10 GEIST, J., PORKKA, M. & KUEHN, R The status of host fish populations and fish species richness in European freshwater pearl mussel (Margaritifera margaritifera) streams. Aquatic Conservation: Marine and Freshwater Ecosystems, 16, HASTIE, L., COOKSLEY, S., SCOUGALL, F., YOUNG, M., BOON, P. & GAYWOOD, M Characterization of freshwater pearl mussel (Margaritifera margaritifera) riverine habitat using River Habitat Survey data. Aquatic Conservation: Marine and Freshwater Ecosystems, 13, HASTIE, L. C. & YOUNG, M. R Freshwater pearl mussel (Margaritifera margaritifera) glochidiosis in wild and farmed salmonid stocks in Scotland. Hydrobiologia, 445, KARNA, D. W. & MILLEMANN, R. E Glochidiosis of salmonid fishes. III. Comparative susceptibility to natural infection with Margaritifera margaritifera (L.)(Pelecypoda: Margaritanidae) and associated histopathology. The Journal of parasitology, MOORKENS, E Margaritifera margaritifera. The IUCN Red List of Threatened Species, Version ROGERS-LOWERY, C. L. & DIMOCK, R. V Encapsulation of attached ectoparasitic glochidia larvae of freshwater mussels by epithelial tissue on fins of naive and resistant host fish. The Biological Bulletin, 210, SJØBERG, S In Andersson S. Naturvetenskap som allmänbildning: en kritisk ämnesdidaktik, 3. SKINNER, A., YOUNG, M. & HASTIE, L Ecology of the Freshwater Pearl Mussel: Margaritifera Margaritifera, English Nature. SKOLVERKET Ämnesplan i biologi för gymnasieskolan. Lgy 11. Skolverket: Stockholm. STRAYER, D. L., DOWNING, J. A., HAAG, W. R., KING, T. L., LAYZER, J. B., NEWTON, T. J. & NICHOLS, J. S Changing perspectives on pearly mussels, North America's most imperiled animals. BioScience, 54, TAEUBERT, J. E., DENIC, M., GUM, B., LANGE, M. & GEIST, J Suitability of different salmonid strains as hosts for the endangered freshwater pearl mussel (Margaritifera margaritifera L.). Aquatic Conservation: Marine and Freshwater Ecosystems, 20, THOMAS, G. R Conservation ecology of the endangered Freshwater Pearl Mussel, Margaritifera margaritifera. Swansea University, Wales. WATZ, J. & PICCOLO, J. J The role of temperature in the prey capture probability of drift-feeding juvenile brown trout (Salmo trutta). Ecology of Freshwater Fish, 20, YOUNG, M. & WILLIAMS, J. 1984a. The reproductive biology of the freshwater pearl mussel Margaritifera margaritifera (Linn.) in Scotland. I: Field studies. Archiv für Hydrobiologie, 99, YOUNG, M. & WILLIAMS, J. 1984b. reproductive biology of the freshwater pearl mussel Margaritifera margaritifera (Linn.) in Scotland. II. Laboratory studies. Archiv fur hydrobiology. YOUNG, M. R., COSGROVE, P. J. & HASTIE, L. C The extent of, and causes for, the decline of a highly threatened naiad: Margaritifera margaritifera. Ecology and Evolution of the Freshwater Mussels Unionoida. Springer. ZIUGANOV, V. & NEZLIN, L Evolutionary aspects of symbiosis of pearl mussels and salmonid fishes. The problems of macroevolution. Moscov. Nauka, ZIUGANOV, V., ZOTIN, A. & TRETIAKOV, V The freshwater pearl mussels and their relationships with salmonid fish. VNIRO, 3, 104. ÖSTERLING, E. M., FERM, J. & PICCOLO, J. J Parasitic freshwater pearl mussel larvae (Margaritifera margaritifera L.) reduce the drift-feeding rate of juvenile brown trout (Salmo trutta L.). Environmental biology of fishes, 97,