Door parasieten geïnfecteerde organismen kunnen anders reageren op temperatuurveranderingen dan hun niet-geïnfecteerde tegenhangers, Dat blijkt uit nieuw onderzoek van de Universiteit van Georgia. De studie van een gastheer-parasietsysteem in kustwateren van de zuidoostelijke VS vond dat een stijging van slechts 2 graden Celsius voldoende zou kunnen zijn om de parasiet plaatselijk uit te laten sterven, omdat geïnfecteerde gastheren niet kunnen overleven bij de hogere temperatuur.

"De meeste organismen zijn geïnfecteerd door een of andere parasiet, en veel populaties zullen voor een groot deel geïnfecteerd zijn - in dit systeem, tot 30 tot 40 procent, " zei hoofdauteur Alyssa Gehman. "Als dat grote deel van de bevolking anders reageert op temperatuur, het beïnvloedt de reactie van de hele bevolking. Dus als we willen kunnen voorspellen hoe organismen zullen reageren op veranderingen in het milieu, we moeten kunnen voorspellen hoe geïnfecteerde organismen zullen reageren."

De studie, "De thermische ecologie van gastheer en parasiet bepalen samen het effect van klimaatopwarming op epidemische dynamiek, " verschijnt in de Proceedings van de National Academy of Sciences .

Het onderzoek is gericht op een populatie plakkatten die leven op oesterriffen in de buurt van Savannah, Georgië, en een invasieve parasiet die hen infecteert. Modderkrabben zijn een veel voorkomende soort van Massachusetts tot Texas. de parasiet, een soort zeepokken afkomstig uit de Golf van Mexico, is nu te vinden langs de Atlantische kust van Florida tot Long Island Sound. Het castreert zijn gastheer en ontwikkelt een uitwendig voortplantingsorgaan dat parasieten nageslacht produceert. Deze worden in het water losgelaten als vrijzwemmende larven die op zoek gaan naar nieuwe niet-geïnfecteerde krabben om als gastheer te dienen.

Gehman, destijds een Wormsloe Institute for Environmental History Fellow en een promovendus aan de Odum School of Ecology, werkte met dit gastheer-parasietsysteem aan een andere onderzoeksvraag toen ze merkte dat besmette krabben in de late zomer in grote aantallen stierven.

Geïntrigeerd door het hoge zomersterftecijfer, Gehman werkte samen met professor Jeb Byers aan de Odum School om een ​​reeks laboratoriumexperimenten te ontwerpen om de temperatuurbereiken voor de parasieten en voor de krabben in verschillende stadia van de ziektecyclus vast te stellen:niet-geïnfecteerd, blootgesteld (gekoloniseerd door de parasiet maar nog geen nakomelingen van parasieten) en geïnfecteerd (actief producerende nakomelingen van parasieten). Ze zocht ook naar de optimale temperaturen voor kraboverleving en reproductief succes van parasieten.

Werken vanuit UGA's Skidaway Institute of Oceanography in Savannah, Gehman was in staat om haar experimenten uit te voeren naast de natuurlijke habitat van de studieorganismen. Ze verzamelde krabben in alle drie de stadia van de ziekte van lokale oesterriffen en onderwierp ze gedurende een periode van acht maanden aan verschillende temperatuurbehandelingen die het jaarlijkse temperatuurbereik voor de regio overspannen. Voor krabben, ze mat overlevingspercentages door infectiestatus, en voor parasieten, de reproductiesnelheid.

Ze ontdekte dat er grote verschillen waren in overlevingspercentages van niet-geïnfecteerde, blootgestelde en geïnfecteerde krabben en in de voortplanting van parasieten afhankelijk van de temperatuur.

"Deze verschillen tonen aan dat de parasieten invloed hebben op hoe gastheren reageren op temperatuur, "Gehman zei. "Als de temperatuur stijgt, parasitaire infectie verlaagt de overlevingskans van de gastheren."

Om te bepalen wat er waarschijnlijk met deze organismen zal gebeuren als het klimaat opwarmt, Gehman werkte samen met co-auteur Richard Hall van de Odum School en het College of Veterinary Medicine om een ​​model te ontwikkelen dat het gastheer-parasietsysteem vertegenwoordigt, rekening houdend met de verschillende stadia van de ziektecyclus met behulp van de informatie uit de experimenten.

"Alyssa's temperatuurexperimenten boden een unieke kans om modellen te ontwikkelen die de infectiedynamiek bij toekomstige opwarming voorspellen, " zei Hall. "Hoewel er een toenemende belangstelling is voor het begrijpen van temperatuureffecten op ziektedragende organismen zoals muggen, dit was een van de eerste onderzoeken om te kwantificeren hoe temperatuur en parasitaire infectie op elkaar inwerken om de overleving van de gastheer en de productie van parasieten te beïnvloeden. Vervolgens kunnen we deze modellen gebruiken om te onderzoeken hoe de jaarlijkse temperatuurvariatie, en toekomstige opwarming, zal de overdracht van parasieten aan de kust van Georgië en daarbuiten beïnvloeden."

Ze hebben het model uitgevoerd met behulp van wekelijkse gemiddelde temperatuurgegevens berekend op de Georgia Coastal Ecosystem Long Term Ecological Research-site, die al 12 jaar watertemperaturen in het gebied registreert. Het deel van de besmette krabpopulatie vertoonde een uitgesproken seizoenscyclus, met infectiepercentages die het hoogst zijn in de koudere wintermaanden en het vroege voorjaar, vallen af ​​in de late lente en zomer als de watertemperaturen stijgen en de gastheren - en bijgevolg hun parasieten - in grotere aantallen sterven. Het model legde dus hetzelfde cyclische patroon vast dat te zien is in de parasiet in de veldgegevens.

"De ingewikkelde metingen van de reacties van echte organismen op temperatuur gekoppeld aan een wiskundig model is een zeer arbeidsintensieve onderneming, en een die zelden wordt toegepast op dit detailniveau voor grote organismen, " zei Byers, senior auteur van de krant. "Maar het resultaat was het meer dan waard, omdat het een opmerkelijk inzicht geeft in een echt systeem en licht werpt op het belang van het vergelijken van optimale temperaturen en temperatuurbereiken van gastheer en parasiet om ziektevoorspellingen aan te scherpen."

Om te voorspellen hoe modderkrabben en hun parasieten waarschijnlijk zullen reageren onder plausibele opwarmingsscenario's, het team voerde het model opnieuw uit met wekelijkse gemiddelde temperatuurstijgingen van 1 en 2 graden C. Ze ontdekten dat met een stijging van 1 graad C, infectiepercentages zullen dalen; met een stijging van 2 graden C, de lokale populatie van de parasieten zal naar verwachting volledig uitsterven.

Gehman keek toen naar de effecten van stijgende temperaturen in het noordelijke deel van het verspreidingsgebied van de parasiet, met behulp van informatie verstrekt door het National Estuariene Research Reserve-systeem, die al vele jaren temperatuurgegevens verzamelt op locaties langs de Atlantische kust.

Ze ontdekten dat opwarming de parasiet waarschijnlijk niet verder naar het noorden zal doen verhuizen. Echter, voor breedtegraden tussen 34 en 40 - ongeveer net ten zuiden van Wilmington, Noord Carolina, net ten noorden van Toms River, New Jersey - ze ontdekten dat naarmate de temperatuur steeg, er gedurende het jaar meer weken zouden zijn met gunstige omstandigheden voor overdracht. Dus hoewel het verspreidingsgebied van de parasiet waarschijnlijk niet groter wordt en zelfs kleiner kan worden als hij in het zuiden uitsterft, er kan meer transmissie zijn in de huidige noordelijke locaties.

Gehman waarschuwde dat deze voorspelling veronderstelt dat noch de parasiet, noch de gastheer zich zal aanpassen aan stijgende temperaturen.

"Veel door muggen overgedragen ziekten zullen naar verwachting toenemen in gematigde streken onder klimaatverandering, maar dit onderzoek toont aan dat een warmere wereld niet altijd een ziekere wereld is, "zei Byers. "Het is belangrijk om te kijken naar de bijzonderheden van de thermische reacties van zowel gastheer als parasiet."