Du kan ikke kontrollere, hvad du ikke kan finde:Opdagelse af invasive arter, mens de stadig er få

De fleste af de 10, 000 skibe, der er tabt til bunden af ​​De Store Søer i vrag i løbet af de sidste 400 år, er stadig tabt - gemt et sted i 6 quadrillion gallons vand. At finde noget i en sø er en lektion i ydmyghed, så livet som ferskvandsbiolog er altid ydmygende. Hvis vi ikke kan tage højde for enorme stålfragtskibe, forestil dig udfordringen med at finde en enkelt lille organisme.

Men det er afgørende at opdage invasive arter så tidligt som muligt. Akvatiske invasive arter forårsager milliarder af dollars i økonomiske skader, og regulatorer baserer ledelsesbeslutninger på flere millioner dollar på videnskabsmænds og lederes evne til at opdage dem. Det er meget mere omkostningseffektivt at investere i forebyggende foranstaltninger end at reagere efter, at en art er etableret. Og populationer med lav tæthed er lettere at forvalte end arter, der har overtaget et økosystem.

Men siden finansieringen, gear og tid er begrænset, forskere kan ofte kun prøve for invasive over små fraktioner af sårbare områder. Sammensætter udfordringen, vores målarter har en tendens til at lure ved lave tætheder – dvs. de er sjældne de fleste steder.

Jeg har brugt otte år på at studere den tornede vandloppe ( Bythotrephes longimanus ), et invasivt zooplankton, i Wisconsin. I en nylig undersøgelse, Jeg arbejdede sammen med mine kolleger Eric Pedersen og Jake Vander Zanden for at udvikle en teoretisk ramme, der bruger matematik og computermodellering til at forbedre detektion af invasive arter ved lave tætheder.

Vores model giver en simpel tommelfingerregel til at designe overvågningsprogrammer uden andre oplysninger end et estimat af forventet befolkningstæthed. Med andre ord, hvis ledere har en klar forståelse af, hvor mange individer der er i et system, vores modeller kan give nogle grundlæggende oplysninger om, hvor meget indsats de skal investere i prøvetagning for at kunne opdage arten pålideligt. Alternativt vores modeller kan hjælpe ledere med at vurdere, om deres nuværende indsats er effektiv til at opdage populationer tidligt i invasionsprocessen.

Et forsinket fund

For os, denne udfordring var personlig. Den tornede vandloppe har forvansket fødenettet i vores egen Lake Mendota i Madison, Wisconsin.

I de fleste søer er det ikke overraskende at gå glip af nye biologiske invasioner. Men Lake Mendota er en af ​​de mest velundersøgte søer i verden, og vi prøvede det over 200 gange i årtiet op til loppens opdagelse.

Zooplankton er små organismer:Den tornede vandloppe er mindre end en halv tomme lang. For at finde dem, vi trækker et kegleformet net gennem vandet. Nettet er næsten 6 fod langt, med en bøjle på cirka halvanden fod i diameter i den ene ende og en opsamlingsbæger, der fanger fanget zooplankton i den anden. For hver 10 fod, vi trækker nettet gennem søen, vi prøver næsten 160 liter vand – en mængde, der ville være en kamp at bære, men repræsenterer kun en milliarddel af volumen af ​​Lake Mendota.

I første omgang, den tornede vandloppes invasion af Lake Mendota virkede som den enkleste opdagelsesudfordring. Da vi første gang identificerede dens tilstedeværelse i 2009, vores net vrimlede med lyserøde halerygge og kulsorte øjenpletter. Vi vurderede, at disse tætheder ville svare til en sødækkende befolkning på billioner.

Men efterhånden som vi lærte mere, vi fandt ud af, at lopperne sandsynligvis havde været i søen i så længe som et årti, før de dukkede op i masser, som vi omtalte som "pyntevandsloppeæblemos" i vores samlingsglas.

Tommelfingerregler for påvisning af invasive arter

Selvom denne erkendelse var et chok, vores arbejde viste, at det faktisk ikke var overraskende. Da invasive arter ofte lurer ved lave tætheder, manglende invasive populationer er mere sandsynligt reglen end undtagelsen, selv i velovervågede økosystemer.

Detektion af invasive arter er det første skridt i enhver forvaltningsstrategi, og tidlig detektion er udfordrende, men afgørende for effektiv håndtering af skadelige angribere, såsom asiatiske karper og zebramuslinger. At undlade at opdage tornet vandloppe har været en vigtig anstødssten i håndteringen af ​​dens spredning over Midtvesten. Lignende dynamik forekommer med andre invasive arter, including medflies in California and Didymo algae, also known as "rock snot, " which is causing blooms in rivers across North America.

We wanted to see whether there were ways to make detection more effective. At gøre dette, we used theoretical models that explore detection at low densities to provide simple rules of thumb that aim to improve the process.

At low densities, detecting a small invasive organism in a large area can be nearly impossible without extraordinary effort. Even if there were one spiny water flea for every cubic meter of water in Lake Mendota, catching one in a net would be like finding a sesame seed in roughly 250 gallons of water.

Imidlertid, managers can dramatically improve detection rates by targeting their sampling to areas or time periods when the target species is likely to be present at higher densities. Humans do this naturally when we have the necessary information. For eksempel, I don't search grocery stores randomly for blueberries – I look in the produce section, mainly in late summer when blueberries are in season in Wisconsin.

The spiny water flea is most abundant in fall. By doubling search efforts in the fall, we calculated that managers would improve detection as much as if they doubled efforts over the entire year.

Targeting is particularly important in multi-species surveys. Managers often look for multiple invasive species when they are sampling, but we concluded in our study that it's much more efficient to target each species separately if they differ in when or where they are most abundant. And the greater the difference, the greater the benefit from sampling for them separately.

It also helps to identify locations that are vulnerable to invasion. If a manager is tasked with monitoring a dozen lakes, she could either spread effort equally among them or use information about what kinds of lakes the invader tends to invade to target vulnerable lakes. Focusing efforts on a smaller number of vulnerable lakes, instead of sampling all 12, might be enough to overcome the challenges of detecting species at low densities.

Detection is key to control

Invasive species cause enormous ecological and economic harm. As just one example, invasive insects do some US$13 billion in damage yearly to crops in the United States.

Our rules of thumb can help scientists and managers work smarter. Ultimativt, selvom, the United States needs to invest much more in effective and comprehensive invasive species prevention efforts to prevent future ecological and economic harm by invasive species.

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons-licens. Læs den originale artikel.