Rozhodovací proces u raků: problematika chování a reprodukce

Ing. Jan KUBEC

Doctoral thesis

Decision making in crayfish: behavioural and reproductive issues

Abstract:

Tato práce poskytuje přehled případových studií zkoumajících chování sladkovodních raků, včetně sociálních a reprodukčních interakcí, rozhodovacích procesů a prostředků pro rozpoznávání nebo zpracování environmentálních podnětů. Popsali jsme vztahy mezi prostředím a organismem, stejně tak i vnitrodruhové a mezidruhové vztahy. Tyto aspekty jsou důležité vzhledem k tomu, že každé rozhodnutí a interakce mají důsledky pro přežití a reprodukci raků, tj. individuální až dokonce i druhový úspěch. Pro etologické studie ve vodních ekosystémech představují korýši, a zejména raci, praktické modelové organismy. Raci jsou výhodnější než ostatní bezobratlí, vzhledem k jejich vysoké úrovni sociální interakce jak v přírodě, tak v laboratorních podmínkách. Vykazují jedinečné eko-etologické chování v různých stravovacích zvyklostech, cyklech aktivity, výběru stanovišť a využívání zdrojů na úrovni druhů, pohlaví či věku. Podobně k obratlovcům, raci demonstrují jedinečné chování během celého jejich života. Ovšem, jakkékoli znečistění může za následek dopad na původní populaci raků či nestabilitu ekosystému. Různé reprodukční strategie samic a samců ukazují, že samice se spoléhají na určitou známost sexuálních partnerů jako na spolehlivou záruku úspěšného spáření. Samice raka jsou výbíravější než samci, z důvodu vyšších nákladů na reprodukci (oogeneze, inkubace, rodičovská péče). Zatímco samčí reprodukce upřednostňuje zajištění jejich genetických informací hledáním co nejvíce partnerek. Preference raků byly analyzovány, tak že jedinci čelili výběru ze dvou stejných zralých protějšků ze stejným nebo jiným původem. Naše závěry mohou najít uplatnění v oblasti ochrany přírody, chovu v zajetí a programů obnovy či akvakultury. Úspěch biologických invazivců byl popsán jako výsledek vnitro- či mezidruhových interakcí. Rak mramorovaný, znám jako parthenogenetický druh s vysokou adaptabilitou, rychlým růstem, časným zráním a vysokou plodností, prokázal dominantní postavení ve více případech mezidruhových bojových vítězství. Intenzita souboje a agresivita, se snížili po ustanovení dominance u jednotlivých dvojic. Zdá se tak, že druh raka mramorovaného má schopnost šetřit energii zvyšováním aktivity pouze v případě přímého ohrožení. Na základě známých druhově specifických schopností je rak mramorovaný schopen překonat agresivní druh, jako je rak červený. Tento partenogenetický druh představuje významnou hrozbu pro původní ekosystémy a biologickou rozmanitost vodního prostředí, protože může vytvořit trvalé osídlení nejen v lokalitách postrádajících raky, ale je také schopen překonat rezidentní druhy. V poslední době bylo zjištěno, že zředěné koncentrace kontaminantů, jako jsou léčiva, přípravky denní péče a pesticidy, nepřímo ovlivňují vodní organismy. Zjistili jsme, že vybraná léčiva mohou změnit vzorce chování raka již při velmi nízké koncentraci. Rizika spojená s látkami znečišťujícími povrchovou vodu zdůrazňují význam našeho výzkumu, který zkoumá jejich ekologické dopady a jejich různé/specifické mechanismy působení. Dlouhodobé vystavení nízkým koncentracím dvou pesticidů, vykazovalo chování raků změny ve známých vzorcích. Po expozici pesticidů prosté vodě byly pozorovány nenadálé změny v lokomoci. Ve volné přírodě může být snížený pohyb a aktivita výzvou pro přežití raků v důsledku predace, a to i pro krmení, pro kompenzaci ztrát energie, může být přežití, pro méně aktivní jedince, velmi obtížné. Tato studie podporuje, že hodnocení chování raků je velmi praktickým přístupem nejen pro zkoumání základní biologie, ale i pro vnitro- a mezi-druhové interakce, a

Abstract:

This thesis provides an overview of case studies investigating the behaviour of freshwater crayfish, including social and reproductive interactions, decision making, and channels for recognition or processing of environmental stimuli. We described relationships between the environment and the organism and relationships among conspecifics and heterospecifics. These aspects are important, given that every decision and interaction has consequences for crayfish survival and reproduction, i.e. individual and even species success. For ethological studies in aquatic ecosystems, crustaceans, and especially crayfish, represent practical model organisms. Crayfish are advantageous over other invertebrates given their high level of social interaction in both the field and the laboratory. They exhibit unique eco- ethological behaviour in variety of feeding habits, activity cycles, habitat selection, and resource utilization at the level of species, sex, and age. Similar to vertebrates, crayfish demonstrate unique behaviours throughout their life. Subsequently, pollution impacts on native crayfish stock can result in ecosystem instability. The different reproductive strategies of females and males demonstrate that females rely on some familiarity of sexual partners as a reliable guarantee for successful mating. Crayfish females are choosier than males because of their higher energy costs for reproduction (oogenesis, incubation, parental care). While male reproduction prioritises securing their genetic information by searching for as many mates as possible. Crayfish mate preferences was analysed by facing the choosing crayfish with two equal sized mature counterparts from the same or different origin. Our conclusions could be applied in conservation research, captive breeding, and recovery programs as well as in aquaculture. The success of biological invaders has been described as the outcome from intra- and interspecific interactions. The marbled crayfish, known as parthenogenetic species with high adaptability, fast growth, early maturation, and high fecundity, established dominant status in more cases by interspecific combat victories. Fight intensity and aggressiveness decreased after dominance was established in particular pairs. Marbled crayfish seem to have an ability to conserve energy by increasing activity only at times of danger. Based on known species-specific abilities, the marbled crayfish is capable of outcompeting aggressive species, such as the red swamp crayfish. This parthenogenetic species poses a substantial threat to native ecosystems and biodiversity of aquatic environments, since it can establish not only in crayfish free habitats, but is also capable of outcompeting resident species. Recently, dilute concentrations of contaminants such as pharmaceuticals, daily-care products and pesticides have been reported to indirectly affect aquatic organisms. We found that selected pharmaceuticals can alter the behavioural patterns of crayfish, event at the very low concentration. The risks associated with surface water pollutants stresses the importance of research investigating their ecological impacts and their different/specific mechanisms of action. Prolonged exposure to the low concentrations of two pesticides exhibited changes in crayfish behavioural patterns. Various alterations in locomotion were observed after treatment in pesticide-free water. In the wild, decreased movement and activity can be a challenge for crayfish survival because of predation, even foraging to compensate for energy loss could be very difficult for less active individuals. This study suggests that crayfish behaviour assessment is a practical approach not only for investigating basic biology, or intra- and inter-specific interactions, but also for assessing the risks associated with micro-pollutants.

Abstract:

rovněž pro posuzování rizik spojených s mikropolutanty.

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 2. 9. 2019

Thesis defence

• Supervisor: Ing. Miloš Buřič, Ph.D.

UNIVERSITY OF SOUTH BOHEMIA IN ČESKÉ BUDĚJOVICE

Faculty of Fisheries and Protection of Waters

Doctoral programme / field:
Zootechnics / Fishery