Raci v měnících se biotických a abiotických podmínkách

Ing. Lukáš VESELÝ

Doctoral thesis

Crayfish in changing biotic and abiotic conditions

Abstract:

Abiotické a biotické faktory přímo či nepřímo ovlivňují fyziologii, chování ekologii a distribuci organismů. Tato práce poskytuje unikátní výsledky ve smyslu schopnosti raků odolávat či se adaptovat na dané abiotické a biotické podmínky prostředí. Úspěšné přezimování je klíčový faktor usnadňující uchycení a šíření nepůvodních druhů. Naše výsledky poskytují důkaz o značné odolnosti vůči nízké teplotě u třech ze čtyř teplomilných nepůvodních druhů raků testovaných v našem experimentu. Rak červený společně s australským rakem Cherax destructor vykazovali vysokou míru přežití v experimentálních podmínkách, stejně jako schopnost konzumovat potravu i v nejchladnější fázi experimentu. Ačkoliv rak mramorovaný trpěl vysokou mortalitou v průběhu experimentu, jeden jedinec přežil. Rak C. quadricarinatus nebude v nejbližší budoucnosti představovat riziko pro temperátní zónu Evropy. Sucho je významný faktor pro sladkovodní organismy, determinující jejich úspěšné přežití v ekosystému. Jednou ze strategií jak sucho přežít je zvýšená odolnost proti vysychání a schopnost norovat. V tomto experimentu jsme porovnávali schopnosti přežít a norovat v písčito-jílovém substrátu u třech původních a pěti nepůvodních druhů raků, vystavených týdennímu simulovanému suchu. Přežití u nepůvodních druhů bylo vyšší (u raka červeného a C. destructor dokonce absolutní) ve srovnání s původními druhy. Rak červený a mramorovaný tvořili větší a hlubší nory než C. destructor a rak pruhovaný. Tři původní druhy (rak říční, rak bahenní a rak kamenáč) charakterizovala vysoká mortalita. Původní druhy a rak signální neprokázali schopnost tvořit vertikální nory. Rak mramorovaný je úspěšný invazivní druh, schopný kolonizovat nové ekosystémy. Tento druh se úspěšně usadil na Ukrajině a je hojně obchodovaný akvaristický druh ve východní Evropě. Jeho rozšíření by mohlo představovat riziko pro původní druhy raků, kteří jsou také schopni obývat slanovodní ekosystémy Černého, Azovského a Kaspického moře. Provedli jsme první studii zabývající se tolerancí raka mramorovaného vůči zvýšené salinitě vody. Rak mramorovaný pravděpodobně není schopen kolonizovat ekosystémy se zvýšenou salinitou díky jeho nízkému přežívání, růstu a neschopnosti se rozmnožit ve slané vodě. Nicméně je schopen vydržet i největší testovanou salinitu po značnou dobu, což otevírá možnost využití ekosystémů se zvýšenou salinitou jako biokoridoru pro šíření do okolních sladkovodních ekosystémů. Také jeho krátká generační možná povede k jeho budoucím rychlým lokální adaptaci na podmínky se zvýšenou salinitou. Rak C. destructor je schopný přečkat simulované zimní podmínky střední Evropy což, otevírá zásadní otázku, schopnosti založit populaci v tomto regionu. Pokud by se tak mělo stát, musel by si C. destructor poradit s račím morem Aphanomyces astaci, konkrétně s kmeny A, B a E. Račí mor je patrně nejhorší račí nemoc postihující druhy raků nepocházející ze Severní Ameriky. Ve srovnání s rakem říčním naše studie odhalila schopnost druhu C. destructor přežít (kmen A) nebo zpomalit působení (kmeny B a E) račího moru. Toto zjištění společně zdůrazňují jeho vysoký potenciál k založení populací v temperátní zóně Evropy. Cherax destructor by tak mohl jako chronický přenašeč přispět k dalšímu šíření račího moru. V současné době čelí organismy vícenásobnému vlivu globálních hybatelů ovlivňujících sílu spojení mezi jednotlivými skupinami v potravním řetězci. Naše poslední studie odhalila, že identita predátora, hustota kořisti a teplota ovlivňují sílu jak trofických tak i netrofických interakcí v ekosystému. Efekt hustoty ko

Abstract:

Abiotic and biotic factors directly or indirectly influence physiology, behaviour, ecology and the distribution of organisms. This thesis provides unique results in terms of the ability of crayfish to cope with a series of these abiotic and biotic factors. Successful overwintering is key factor facilitating establishment and spread of non-indigenous species. We provide experimental evidence of substantial resistance of three out of four warm water crayfish species to the low water temperatures tested in our study. To sum up, red swamp crayfish together with yabby demonstrated high survival in experimental conditions and exhibited feeding activity even during the coldest part of the experiment. Marbled crayfish suffered high mortality, but a single specimen of survived. Redclaw is expected not to pose a risk for the European temperate zone in the near future. Drought is an important factor for freshwater organisms determining their success in a given ecosystem. One of the strategies how to survive drought are an elevated desiccation capacity and burrowing ability. We evaluated the ability of three European native and five non-native crayfish to survive and burrow in a humid sandy-clayey substrate under a simulated one-week drought. Survival of non-native species was substantially higher, being absolute in the red swamp crayfish and yabby. Red swamp crayfish and marbled crayfish constructed bigger and deeper burrows than yabby and spiny-cheek crayfish. Three native species (noble crayfish, narrow-clawed crayfish and stone crayfish) suffered extensive mortalities. The native species and signal crayfish exhibited no ability to burrow under drought conditions. Marbled crayfish are a successful invader, capable of colonization new habitats. It is also established in the wild of Ukraine and pet-traded in Eastern Europe. If released, it might pose a risk to populations of native crayfish that also inhabit saline ecosystems of the Black, Azov and Caspian Sea. We conducted the first study on salinity tolerance in marbled crayfish. In summary, marbled crayfish are probably unable to invade saline ecosystems due to its low survival, reduced growth and inhibited reproduction. Nevertheless, it showed an ability to withstand the highest salinity for an extended period of time, opening a possibility for its spread to other freshwaters via this corridor. Also, a short generation time might lead to local adaptations to saline environments in the future. Yabby demonstrated an ability to withstand simulated low winter temperatures, opening the question of its potential establishment in the region of Central Europe. To successfully do so, yabby would have to deal with present strains (A, B, and E) of Aphanomyces astaci, a causative agent of crayfish plague, a devastating disease to all crayfish not originating from North America. Our comparative study revealed the ability to survive (strain A) or delay the effects (strains B and E) of crayfish plague compared to native noble crayfish. Our result, highlights a high potential for its establishment in temperate Europe. As a prominent invader, it may cause negative impacts on entire ecosystems and contribute to the spread of crayfish plague in Europe. Nowadays, organisms face multiple global drivers influencing the strength of links in food webs. Altogether, we found that predator identity, prey density, and temperature all affect trophic and non-trophic interaction strengths. Effects of prey density were always independent of temperature and predator identity in trophic as well as non-trophic interaction strength. On the other hand, the magnitude of responses in trophic as well as non-trophic interaction strengths varied strongly across predator pairs and temperatures. Based on the current evidence, we could not find strong support for a general mechanism underlying the dependence of interaction strengths on species traits and environmental conditions. Therefore, other studies are need it.

Abstract:

řisti byl vždy nezávislý na teplotě i na identitě predátora u obou typů interakcí. Naopak síla odezvy u trofických i netrofických interakcí silně závisela na identitě predátora a teplotě. Na základě současných studií postrádáme dostatek důkazů pro podporu obecného mechanismu podtrhující závislost síly interakce na vlastnostech organismů a podmínkách prostředí. Proto další studie jsou nezbytné.

Keywords

Přezimování, sucho, tolerance vůči salinitě, račí mor, globální změna, teplota, efekt hustoty kořisti, interakce, trofická interakce, netrofická interakce, nepůvodní druh raka

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 31. 8. 2017

Thesis defence

UNIVERSITY OF SOUTH BOHEMIA IN ČESKÉ BUDĚJOVICE

Faculty of Fisheries and Protection of Waters

Doctoral programme / field:
Zootechnics / Fishery