Parasitter og værter reagerer muligvis forskelligt på en varmere verden

Organismer, der er inficeret af parasitter, reagerer muligvis anderledes på temperaturændringer end deres ikke -inficerede modparter, ifølge ny forskning fra University of Georgia. Undersøgelsen af ​​et værtsparasitsystem i kystvande i det sydøstlige USA fandt, at en stigning på kun 2 grader Celsius kunne være nok til at få parasitten til at dø ud lokalt, da inficerede værter ikke er i stand til at overleve ved den højere temperatur.

"De fleste organismer er inficeret af en eller anden parasit, og mange befolkninger vil have en stor andel inficeret - i dette system, op til 30 til 40 procent, "sagde hovedforfatter Alyssa Gehman." Når den store andel af befolkningen reagerer anderledes på temperaturen, det påvirker hele befolkningens reaktion. Så hvis vi vil være i stand til at forudsige, hvordan organismer vil reagere på miljøændringer, vi skal være i stand til at forudsige, hvordan inficerede organismer vil reagere. "

Studiet, "Termisk økologi hos værter og parasitter bestemmer i fællesskab effekten af ​​klimaopvarmning på epidemisk dynamik, "vises i Procedurer fra National Academy of Sciences .

Forskningen er fokuseret på en population af flatback mudderkrabber, der lever på østersrev nær Savannah, Georgien, og en invasiv parasit, der inficerer dem. Mudderkrabber er en almindelig art fra Massachusetts til Texas. Parasitten, en form for fjederstamme hjemmehørende i Den Mexicanske Golf, findes nu langs Atlanterhavskysten fra Florida til Long Island Sound. Den kastrerer sin vært og udvikler et eksternt reproduktivt organ, der producerer parasitafkom. Disse frigives i vandet som frit svømmende larver, der opsøger nye ikke-inficerede krabber til at tjene som værter.

Gehman, på det tidspunkt en Wormsloe Institute for Environmental History Fellow og en doktorand ved Odum School of Ecology, arbejdede med dette vært-parasit system på et andet forskningsspørgsmål, da hun bemærkede, at inficerede krabber døde i store mængder i sensommeren.

Interesseret i den høje sommerdødelighed, Gehman arbejdede sammen med Odum Skoleprofessor Jeb Byers for at designe en række laboratorieforsøg for at fastslå temperaturområderne for parasitterne og for krabberne på forskellige stadier af sygdomscyklussen:uinficerede, udsat (koloniseret af parasitten, men endnu ikke produceret parasitafkom) og inficeret (aktivt producerende parasitafkom). Hun ledte også efter de optimale temperaturer for krabbeoverlevelse og parasits reproduktive succes.

Arbejder ud af UGA's Skidaway Institute of Oceanography i Savannah, Gehman var i stand til at udføre sine eksperimenter ved siden af ​​studieorganismernes naturlige habitat. Hun indsamlede krabber på alle tre stadier af sygdom fra lokale østersrev og over en periode på otte måneder udsatte dem for forskellige temperaturbehandlinger, der spænder over det årlige temperaturinterval i regionen. For krabber, hun målte overlevelsesrater efter infektionsstatus, og for parasitter, gengivelseshastigheden.

Hun fandt ud af, at der var store forskelle i overlevelsesrater for ikke -inficerede, udsatte og inficerede krabber og i reproduktion af parasitter afhængig af temperatur.

"Denne forskel viser, at parasitterne påvirker, hvordan værter reagerer på temperatur, "Sagde Gehman." Når temperaturen stiger, parasitinfektion sænker værternes overlevelse. "

For at bestemme, hvad der sandsynligvis vil ske med disse organismer, når klimaet varmes op, Gehman arbejdede sammen med medforfatter Richard Hall fra Odum School og College of Veterinary Medicine for at udvikle en model, der repræsenterer vært-parasitsystemet, under hensyntagen til de forskellige stadier af sygdomscyklussen ved hjælp af de oplysninger, der er hentet fra eksperimenterne.

"Alyssas temperatureksperimenter gav en unik mulighed for at udvikle modeller, der forudsiger infektionsdynamik under fremtidig opvarmning, "sagde Hall." Mens der er stigende interesse for at forstå temperatureffekter på sygdomsbærende organismer som myg, dette var en af ​​de første undersøgelser for at kvantificere, hvordan temperatur og parasitinfektion interagerer for at påvirke værtens overlevelse og parasitproduktion. Vi kan derefter bruge disse modeller til at undersøge, hvordan årlig temperaturvariation, og opvarmning i fremtiden, vil påvirke parasitoverførsel ved Georgiens kyst og videre. "

De kørte modellen ved hjælp af ugentlige gennemsnitstemperaturdata beregnet fra Georgia Coastal Ecosystem Long Term Ecological Research -stedet, som har logget vandtemperaturer i området i 12 år. Andelen af ​​den inficerede krabbepopulation viste en udtalt sæsoncyklus, med infektionshastigheder højest i de køligere måneder af vinteren og det tidlige forår, falder i slutningen af ​​foråret og sommeren, når vandtemperaturerne stiger, og værterne - og dermed deres parasitter - dør i større antal. Modellen fangede således det samme cykliske mønster, der ses i parasitten i feltdataene.

"De indviklede målinger af virkelige organismeres reaktioner på temperatur, der er knyttet til en matematisk model, er en meget arbejdskrævende virksomhed, og en der sjældent praktiseres på dette detaljeringsniveau for store organismer, sagde Byers, papirets seniorforfatter. "Men resultatet var det hele værd, fordi det muliggør en bemærkelsesværdig indsigt i et reelt system og belyser vigtigheden af ​​at sammenligne værts- og parasitoptimale temperaturer og temperaturintervaller for at skærpe sygdomsprognoser. "

For at forudsige, hvordan mudderkrabber og deres parasitter sandsynligvis vil reagere under sandsynlige opvarmningsscenarier, holdet kørte modellen igen med ugentlige gennemsnitlige temperaturstigninger på 1 og 2 grader C. De fandt ud af, at med en stigning på 1 grad C, infektionshastigheder vil falde; med en stigning på 2 grader C, den lokale befolkning af parasitterne spås at dø helt ud.

Gehman så derefter på virkningerne af stigende temperaturer i den nordlige del af parasitens rækkevidde, ved hjælp af oplysninger fra National Estuarine Research Reserve -systemet, som har indsamlet temperaturdata på steder langs Atlanterhavskysten i mange år.

De fandt ud af, at opvarmning sandsynligvis ikke får parasitten til at bevæge sig længere mod nord. Imidlertid, for breddegrader mellem 34 og 40 - nogenlunde fra lige syd for Wilmington, North Carolina, lige nord for Toms River, New Jersey - de fandt ud af, at efterhånden som temperaturen steg, ville der være flere uger i løbet af året med gunstige betingelser for transmission. Så selvom parasitens rækkevidde sandsynligvis ikke vil udvide og endda blive reduceret, hvis den dør ud i syd, der kan være mere transmission på de nuværende nordlige steder.

Gehman advarede om, at denne forudsigelse forudsætter, at hverken parasitten eller værten vil tilpasse sig stigende temperaturer.

"Mange mygbårne sygdomme forventes at stige i tempererede regioner under klimaændringer, men denne forskning viser, at en varmere verden ikke altid er en sygere verden, "sagde Byers." Det er vigtigt at se på detaljerne i de termiske reaktioner hos både vært og parasit. "