Våren 2013 Hur kommer den vanliga sjöstjärnan (Asterias ru- bens) att påverkas av invasionen av japanska jätte- ostron (Crassostrea gigas)? Björn Bergwall, Sonja Edström, Yonathan Habte Handledare: Johan Lissel, Leena Arvanitis, Elisabet Brock Abstract The dispersal of invasive species is a global problem. One of the most recent inva- sive species on the Swedish west coast is the pacific oyster (Crassostrea gigas), which was firstly discovered in 2007. This invasion might lead to tremendous ef- fects on other species. Therefore we examined how the native specie the starfish (Asterias rubens) will be effected by the invasion and settlement of the pacific oyster due to its impact on the starfish most common food the native blue mussel (Mytilus edulis). We studied whether it is possible for the common starfish to feed upon pacific oysters. A starfish was placed in a tank with a pacific oyster where the starfish made an at- tempt to open the oyster but did not fulfil the attack. Furthermore, we examined if the starfish had a preference for either the essence from oysters or their natural food, the blue mussel. The starfish showed a prefer- ence for oysters in 11 out of 15 times which trough statistical methods lead to a p- value of 0,07. From this we concluded that there is a possibility that some starfish might be able to feed on pacific oysters, which would help keep the oyster population under control. We also speculate how starfish as a specie will survive and adapt to the newly settled pacific oyster.
Inledning Med en ökad globalisering och internationell handel har den globala spridningstakten av arter, från ett område till ett annat, blivit högre idag än någonsin tidigare i jordens historia 1. Arter kan introduceras till en ny miljö på många sätt. Man har till exempel tagit in fiskar för odling eller för sportfiske. Handel med växter och djur har också bidragit till spridning av arter 2. När den främmande arten väl kommer till ett nytt område måste förhållandena vara sådana att de kan växa och fortplanta sig. Att en art introduceras i ett nytt område behöver inte nödvändigtvis vara negativt för inhemska arter. Men om den introducerade arten breder ut sig på bekostnad av inhemska arter betraktas arten som invasiv. Invasiva arters konkurrens om föda och revir med de inhemska arterna kan leda till förändringar av ekosystemets artsamansättning som i sin tur kan medföra negativa konsekvenser för ekosystem och den biologiska mångfalden i ett område. Eftersom att främmande arter kan utgöra ett hot mot andra arter är det väldigt viktigt att försöka förutse effekterna av dess arter och om möjligt förhindra eller kontrollerar att de inte sprids och tar över områden 3. En art som anses vara en av de mest invasionsbenägna arter i världen är det japanska jätteostronet Crassostrea gigas, som har ställt till med problem i marina miljöer på många håll 4. Det japanska jätteostronet har sitt ursprung i västra Stilla havet men kom till Europa under 1960-talet när det odlades bland annat i Frankrike och Nederländerna. Artens höga tolerans för olika miljöförhållanden och snabba tillväxthastighet ledde så småningom till att arten etablerade naturliga bestånd i grunda havsområden utanför de ursprungliga odlingarna. Ostronen har sedan successivt spridit sig norrut. Sommaren 2007 upptäcktes denna art på den svenska västkusten 5,6. På flera platser som tidigare varit musselbankar finns nu istället ostron 6. Få har studerat effekterna som de japanska jätteostronen kommer att ha på västkusten i framtiden eftersom invasionen skedde relativt nyligen. År 1986 skedde en liknande invasion längst kusten i sydvästra Nordsjön 7,8. Det finns många arter som jätteostronen kan komma att påverka och en av dem är den inhemska blåmusslan Mytilus edulis. Eftersom det japanska jättestronet har etablerat sig i blåmusslors habitat har man studerat hur detta kommer påverka blåmusslornas population i framtiden. Ostronen kan komma att begränsa användningen av habitat för blåmusslorna, vilket kan leda till konkurrens mellan arterna. Men det är också möjligt att arterna kan samexistera på platser där resurser som föda inte är begränsade 6. Det man vet säkert är att ostronet är här för att stanna 9. Blåmusslan är en viktig födokälla för många marina djur på den svenska västkusten. En art som skulle få mindre tillgång till föda om blåmusslans population minskade är dess predator, sjöstjärnan, Asterias rubens. Sjöstjärnans beteende mot japanska jätteostron är fortfarande oklar i dagsläget. Ostronet har inte många predatorer på västkusten därför skulle det ha betydande konsekvenser om sjöstjärnan kunde agera predator mot ostron. Det skulle bland annat säkerställa sjöstjärnans överlevnad om blåmusslor blev utkonkurrerade och sjöstjärnorna skulle då också se till att musselbanker inte blev överpopulerade av japanska jätteostron 10. Vi har därför undersökt om sjöstjärnorna kan öppna och äta utav japanska jätteostron och om de har ett intresse av lukten från ostron framför deras vanliga föda, blåmusslor. Med hjälp av resultatet från dessa undersökningar kommer vi kunna spekulera kring hur sjöstjärnorna på västkusten kommer påverkas i framtiden av den invasiva arten japanska jätteostron. Denna studie kommer också att ge oss en ytterligare pusselbit till frågan om hur de japanska jätteostronens roll kommer se ut i Kosterhavet. 2
Material och metod Sjöstjärnans predation på ostron För att undersöka om sjöstjärnan åt ostron placerade vi en sjöstjärna tillsammans med ett ostron i en bunke fylld med havsvatten. Vi gjorde regelbundna observationer om sjöstjärnorna angrep ostronen. Vi bytte ut havsvattnet för att hålla det syresatt. Försöket pågick i 2 timmar. Ostronen hade en medeldiameter på 9 cm och sjöstjärnorna hade en diameter på ungefär 20 cm mellan armspetsarna. Sjöstjärnorna hade levt utan tillgång till föda under minst en vecka. Experimentet genomfördes tre gånger och som kontroll ersattes ostronen av blåmusslor. Figur 1. Karta över undersökningsområde. Sjöstjärnans preferens för ostron eller blåmusslors kemiska signaler För att undersöka om sjöstjärnan hade en preferens för lukten av blåmusslor eller ostron framställde vi essenser av respektive kött. Essensen innehöll 11,1 g kött från ostron respektive blåmusslor som blandats med 200 ml havsvatten i varsin burk. Vi fyllde sedan rektangulära baljor på ungefär en meters längd med havsvatten. Mitten av baljorna mättes ut och markerades. Vi tog sedan reda på hur lång tid det tar för vätskor tillsatta i änden av baljan att diffundera till mitten genom att, tillsätta 5 ml vatten med karamellfärg i varsin ände av baljan och mäta tiden det tog för färgerna att nå baljans mitt och blandas. Tiden det tog för vattnet att passera från ena endan till mitten var 3 min 15 s vilket också var tiden som varje försök pågick. Figur 2. Experimentupställning för experiment med essenser. Vi släppte essenser av respektive kött i varsin ände. En sjöstjärna släpptes sedan i mitten av baljan och fick inom loppet av 3 min 15 s bestämma sig för essenserna genom att orientera sig mot ena änden (figur 2). För att undvika felkällor slumpades vilket sida vilken essens släpptes ut efter varje försök. Försöket upprepades en gång per sjöstjärna och totalt 15 sjöstjärnor testades. Hypotesen var i detta experiment att A. rubens mestadels skulle orientera sig mot essensen från M. edulis då detta är en känd föda för A. Rubens. Nollhypotesen skulle då bli att hälften av sjöstjärnorna orienterar sig mot M. edulis och hälften mot C. gigas de orienterar sig slumpmässigt och skulle då troligtvis orientera sig ungefär lika mycket mot de båda sidorna. För att utvärdera resultatet vetenskapligt använde vi normalfördelningsmetoden för att få fram ett p- värde som kan representera resultatet. Alla undersökningar gjordes på Sven Loven-centrum (se figur 1) som ligger på Tjärnö, på den svenska västkusten mellan femte och nionde augusti 2012. 3
Resultat Våra resultat visar att ingen av sjöstjärnorna lyckades fullborda en attack. Men en av de tre sjöstjärnorna angrep ostronet i fullständig attackposition och en annan slöt sina armar kring ett ostron men släppte sedan efter ett tag. Den andra undersökningen gav det något förvånande resultat att 11 av 15 sjöstjärnor hade en preferens för ostronessensen (figur 3) och endast 4 för musselessensen. Resultaten föll inte under den 5 % signifikansnivån. Vi erhöll genom normalfördelningsmetoden, ett p-värde på 0,07 Diskussion Sjöstjärnan Asterias rubens essenspreferens 15 11 10 5 Sjöstjärnan Asterias rubens essenspreferens 4 0 Musselessens Ostronessens Figur 3. Uppdelningen i A. rubens preferens m ellan essens från det japanska jätteostronet C. gigas re- spektive blåmusslan M. edulis. 15 fall undersöktes. I figur 3 kan man se sjöstjärnan i attackposition på ett av ostronen med en springa på 1-2 mm öppen. Storleken på springan ska teoretiskt sett räcka för att sjöstjärnan ska få in sin mage och kunna skicka ut enzymer för att förstöra mjukdelar11. Men i detta fall stannade sjöstjärnan i denna position utan att lyckas fullborda sin attack och döda bytet. Anledningen till varför sjöstjärnan inte lyckades äta utav ostronet kan bland annat bero på att sjöstjärnorna hade levt utan mat för länge och hade därför inte kraften att öppna ostronen. En annan påverkande faktor kan ha varit att miljön som experimentet utfördes i kändes alltför onaturlig för sjöstjärnorna för att de skulle äta. A. rubens tillhör invertebraterna och är därför växelvarm och kan ha saktats ned av annorlunda vattentemperatur i behållarna. Som kontroll hade vi kunnat uppmätt temperaturen på vattnet i behållarna kontra havsvattnet. Figur 4. A. rubens i attackposition kring C. gigas. Även om de undersöka sjöstjärnorna inte var kapabla att äta ostronen visar resultateten att det finns ett intresse för dem att öppna de japanska jätteostronen och förstå att dem är föda. I vårt andra experiment använde oss av olika metoder för att minska felkällor. Bland annat uppmätningen av vätskornas diffusion. Detta för att undvika förvrängda resultat då orienteringen inte kan räknas efter att vätskorna och därmed de kemiska signalerna, blandats i varandra och passerat in på varandras halva av baljan. Vi var även noggranna med att spola ur baljorna mellan omgångarna för att inte signalsubstanser skulle kvarstå och förvilla sjöstjärnorna. Sedan så slumpades vilken sida av baljan som vilken essens släpptes ut i för att undvika att andra faktorer spelar in på sjöstjärnans orientering mot dess preferens. 4
Resultatet till den andra undersökningen gav en signifikans på 7 % vilket inte faller under den fem procentiga vetenskapliga signifikansnivån. Vår nollhypotes, att lukten inte har betydelse, kan alltså inte förkastas. P-värdet var dock inte långt från signifikans nivån och med fler erhållna observationer hade vi kunnat dra större slutsatser från försöket och även möjligtvis fått ett vetenskapligt signifikant svar. En tänkbar förklaring till vårt resultat är att de troligtvis hungriga sjöstjärnorna vi använde oss av associerar lukten från blåmusslor med ansträngning då det krävs stora mängder energi för en sjöstjärna att öppna en blåmussla 12. Därför kan de ha valt att istället utforska en ny lukt som de kanske tror kan vara ätbar. Detta kan kopplas till A. rubens så kallade Optimal foraging theory eller teorin för dess optimala föda. Den optimala födan är ett byte som ger så mycket näring som möjligt till så liten ansträngning som möjligt 13. Ostronet verkar vara mer energikrävande att öppna än en mussla enligt våra resultat, men väl öppnat ger ostronet troligtvis mer näring och energi då mängden kött i ett ostron är större än i en lika stor mussla enligt våra observationer. Att utvecklas till att klara av att äta och öppna kan då vara gynnsamt i längden för sjöstjärnan. Våra resultat tyder på att det finns en möjlighet att åtminstone en del av populationen av sjöstjärnor har de egenskaper som krävs för att kunna öppna ostronen om vi utgår från intresset som sjöstjärnorna visade ostronen och faktumet att en sjöstjärna lyckades öppna en millimeterstor springa i ett ostron. Det här skulle också stämma med andra observationer som säger att sjöstjärnor kan fullborda en attack på ett Bivalvia-byte som har samma diameter som en av sjöstjärnans arms längd 14. Sjöstjärnor som kan äta både mindre ostron och musslor skulle främjas av det naturliga urvalet före sjöstjärnor som endast äter musslor. Beroende på om och hur snabbt musselpopulationen minskar i kosterhavet kan arten av sjöstjärnor drivas mot att erhålla egenskaper som gör att den kan äta av både ostron och blåmusslor. Men om musselpopulationen minskar för snabbt kan det leda till att sjöstjärnan inte hinner anpassa sig eller att det naturliga urvalet pressas hårt och endast de riktigt lämpliga individerna överlever. Det är svårt att förutse hur blåmusslornas och ostronens population kommer påverkas av konkurrensen mellan arterna. Det finns två troliga scenarion kring hur musslornas population kommer påverkas i framtiden. Endera kommer musslorna att drabbas av hård konkurrens från ostronen vilket kommer leda till att populationen minskar drastiskt över tid. Det andra scenariot är att ostronen och musslorna kan samexistera om de två arternas nisch skiljer sig tillräckligt mycket och att de kan dela habitat. Detta kommer också påverka hur mycket miljöns bärkraft för sjöstjärnor kommer minska beroende på hur mycket populationen på musslor minskar. Enligt Gauses princip kan inte två arter med samma ekologiska nischer samexistera i en stabil miljö 15. Mellan ostron och musslor är det främst habitatanvändning som arterna konkurrerar om. Men musslor kan undkomma konkurrensen genom att växa mellan eller uppepå stora ostron 7. En annan faktor som skiljer sig mellan ostron och musslor är att varma somrar gynnar ostronens reproduktion medan kalla vintrar leder till fler till att musslorna blir fler den kommande sommaren 13. De här skillnaderna i reproduktionsmönster kan vara tillräckliga för att arterna ska kunna samexistera. Men man måste räkna med att miljöförhållanden ändras över tid. Eftersom ostron och musslor har så pass lika nisch kan många faktorer kan ändra stabiliteten mellan arterna som vi ser idag. Exempelvis kan global uppvärmning som kommer ske i framtiden att leda till varmare somrar vilket gynnar ostronens reproduktion och därmed ökar deras konkurrens kraft. Vi har sammanfattningsvis kartlagt framtiden för vad etableringen för japanska jätteostronen kan ha för inverkan på artsammansättningen på västkusten. Att veta dessa scenarier kommer 5
vara avgörande för vilken strategi man ska välja för det japanska jätteostronet i Sverige. Då problematiken med arten är likartad både i Sverige, Norge och i vissa områden i Danmark kan informationen vara värdefull även på ett internationellt plan. Vidare studier skulle kunna vara att undersöka vilket scenario som är mest troligt och om det är möjligt för japanska jätteostronen och blåmusslan att samexistera. Eftersom att det är oklart hur ostronen påverkar blåmusslorna föreslår vi att man ska göra en inventering av blåmusslor och ostron på specifika platser lägst västkusten nu och om 5-10 år för att se hur populationerna har förändrats. Eftersom vi inte kunde visa att sjöstjärnor kan äta utav ostron så borde sjöstjärnornas populationsstorlek vara kopplad till blåmusslornas population. Om nödvändigt borde åtgärder tas för att skydda blåmusslornas population. Tillkännagivanden Först och främst vill vi tacka Elisabeth Brock för all den hjälp vi har fått. Vi tackar också våra mentorer Leena Arvanitis och Johan Lissel för sitt engagemang och stöd under projektets gång samt Serik Sagitov för hjälp med statistiska beräkningar och Åsa Strand för korrläsning. Sist men inte minst tackar vi Göteborgs universitet och arrangörerna bakom forskarskolan som möjliggjort vårt projekt. 6
Referenser 1 Mooney, H. A., Cleland, E. E. 2001. The evolutionary impact of invasive species. PNAS. 98(10): 5446 5451 2 Wallentinus I, Werner M 2008. FRÄMMANDE ARTER I svenska vatten Ska vi bry oss? 3 Harold A. Mooney, Richard J. Hobbs. 2000. Invasive Species in a Changing World. Hämtad från: http://www.google.se/books?hl=sv&lr=&id=hcojito7i3wc&oi=fnd&pg=pr11&dq=invasiv e+species&ots=olpna4dxkx&sig=glvgnmjseswqr-wkrstzle9ux- M&redir_esc=y#v=onepage&q=invasive%20species&f=false 4 Wrange, A-L. 2008. Japanskt jätteostron invaderar svenska västkusten. Fauna och Flora 103(4): 8 14 5 http://www.science.gu.se/aktuellt/nyheter/nyheter+detalj/forskare-kartlagger-invaderandejatteostron.cid1029686 Åsa Strand, Göteborgs Universitet (2011-06-15) 6 http://www.artdata.slu.se/faunaochflora/pdf/faunaochflora_4_2008_japanskt_ostron.pdf Wrange, A-L. 2008. Japanskt jätteostron invaderar svenska västkusten Fauna och Flora 103(4): 8 14. 7 Diederich, S. 2005. Differential recruitment of introduced Pacific oysters and native mussels at the North Sea cost: coexistence possible? Journal of Sea Research. 53: 269 281 8 Diederich, S. 2006. High survival and growth rates of introduced Pacific oysters may cause restrictions on habitat use by native mussels in the Wadden Sea. Journal of Experimental marine biology and ecology. 328: 211 227 9 Impact of an icy winter on the Pacific oyster (Crassostrea gigas Thunberg, 1793) populations in Scandinavia (Åsa Strand*, Elisa Blanda, Torjan Bodvin, Jens K. Davids, Lasse Fast Jensen, Tore Hejl Holm- Hansen, Anders Jelmert, Susanne Lindegarth, Stein Mortensen, Frithjof E. Moy, Pernille Nielsen, Pia Norling, Carlo Nyberg, Helle Torp Christensen, Bent Vismann, Mark Wejlemann Holm, Benni Winding Hansen and Per Dolmer) Received: 7 December 2011 / Accepted: 6 March 2012 / Published online: 26 March 2012; Found at: http://www.aquaticinvasions.net/2012/ai_2012_3_strand_etal.pdf 10 A single bio-energetics growth and reproduction model for the oyster Crassostrea gigas in six Atlantic ecosystems (M. Alunno-Brusciaa, *, Y. Bourlèsa, D. Maurerb, S. Robertc, J. Mazuriéd, A. Gangnerye, P. Goulletquerf and S. Pouvreaua) 2011 Published by Elsevier B.V. http://archimer.ifremer.fr/doc/00043/15403/12762.pdf 11 Pearse, V., J. Pearse, M. Buchsbaum, R. Buchsbaum. 1987. Living Invertebrates. Boston, Massachusetts: Blackwell Scientific Publications 7
12 Attack behaviour and predatory success of Asterias rubens L. related to differences in size and morphology of the prey mussel Mytilus edulis L. Jon Norberg, Michael Tedengren (31 March 1995) http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/002209819400158a 13 McDermott, Rose, Fowler, James H. and Smirnov, Oleg, On the Evolutionary Origin of Prospect Theory Preferences. Journal of Politics, Vol. 70, No. 2, pp. 335-350, April 2008. Available at SSRN: http://ssrn.com/abstract=1008034 Found at: http://papers.ssrn.com/sol3/papers.cfm?abstract_id=1008034 14 Vattenkikaren 1998, Tjärnö marinbiologiska laboratorium, Strömstad, Bo Johannesson Martin Larsvik Lars-Ove Loo Helena Samuelsson, Hittad på: http://www.vattenkikaren.gu.se/fakta/arter/echinode/asteroid/asterube/asteru1.html 15 The Competetive Exclusion Principle, Garret Hardin (Apr. 29, 1960) Hittat på: http://faculty.washington.edu/kerrb/hardin1960.pdf 8