Wetenschap
Vraag en antwoord:Onderzoek naar de opmerkelijke voortplantingscyclus van de bedreigde weekdieren in Michigan
Michigan herbergt 43 soorten inheemse zoetwatermosselen, waarvan er 30 met uitsterven worden bedreigd. Tot de vele factoren die de bodembewoners met harde schaal bedreigen behoren de concurrentie van invasieve zebra- en quaggamosselen, watervervuiling en – vooral – dammen.
De Huron-rivier in Zuidoost-Michigan heeft bijvoorbeeld 19 dammen aan de hoofdstam en minstens 96 over de hele afwatering. Afdammen transformeert de ecologie van een rivier volledig en vervangt inheemse mosselrijke ondiepten, riffen en plassenhabitats door minder geschikte meerachtige reservoirs.
Twee biologen van de Universiteit van Michigan leidden een recent zoetwatermosselonderzoek op basis van veldwerk langs de Huron-rivier en de rivier de Raisin, ook in Zuidoost-Michigan. De studie, gepubliceerd op 24 mei in het tijdschrift PeerJ , onderzoekt de opmerkelijke voortplantingscyclus van zoetwatermosselen, waaronder het gebruik van vlezige 'mantellokmiddelen' door zwangere vrouwtjes om vissen uit de buurt aan te trekken en ze te 'infecteren' met mossellarven.
De hoofdauteur van het onderzoek, Trevor Hewitt, voerde het veldwerk uit voor zijn proefschrift bij de afdeling Ecologie en Evolutionaire Biologie van de U-M. De senior auteur, Diarmaid Ó Foighil, is professor op de afdeling en was de adviseur van Hewitt.
Welke achtergrondinformatie zou iemand die volledig onbekend is met uw vakgebied moeten weten om de bevindingen van uw onderzoek te begrijpen?
Hewitt:Zoetwatermosselen ondergaan een verplichte parasitaire larvale ontwikkeling waarbij drachtige vrouwtjes met haar jongen een geschikte visgastheer moeten infecteren. De mossellarven hechten zich doorgaans aan de kieuwen van de gastheervis, en na twee tot vier weken veranderen ze in juvenielen en vallen ze naar de rivierbedding. Veel mosselsoorten zijn gastheerspecialisten, infecteren slechts één of enkele vissoorten en gebruiken verschillende gastheerinfectiestrategieën.
Een van de meest opvallende strategieën is het gebruik van mantelaas. Dit is een gepigmenteerde weefselflap die door zwangere vrouwtjes wordt getoond om een prooidier van de gastheer na te bootsen (een kleine vis, een ongewerveld dier, enz.), waardoor een aanval van de gastheervis wordt uitgelokt en de infectie wordt veroorzaakt.
Mantelkunstvertoningen zijn een opmerkelijk en weinig bestudeerd voorbeeld van nabootsing in de natuur, die elke lente en zomer in veel van onze beken en rivieren voorkomt.
Welke onderzoeksvraag wilde je precies beantwoorden en welke methoden heb je gebruikt?
Hewitt:Ons onderzoek richtte zich op de diversiteit aan mantel-aas die aanwezig is in één mosselsoort, de golvende lampmossel, die voorkomt van Michigan tot Alabama. Deze mossel gebruikt smallmouthbaars als voornaamste visgastheer en, zeer ongewoon, heeft hij twee zeer onderscheidende soorten mantelaas.
Eén, voorheen 'darter-achtig' genoemd, lijkt op een kleine vis die een darter wordt genoemd, compleet met oogvlekken, gevlekte lichaamskleur en prominente marginale verlengingen, waaronder een staart. De andere, voorheen 'wormachtig' genoemd, heeft een uniform helderoranje onderlaag met zwart. Beide lokvormen, of morphs, komen overal in het verspreidingsgebied van het dier voor.
Onze onderzoeksdoelen waren:bevestigen dat de diversiteit aan mantelaas een echt polymorfisme vertegenwoordigt, wat een duidelijk andere vorm betekent binnen een populatie van de soort; onderzoek de ecologische persistentie ervan door de tijd heen; identificeer het bereik van vermeende modelsoorten waarop dit mimicrysysteem gericht is in een natuurlijke populatie; en bepalen of de twee mantel-aasvormen verschillen in hun weergavegedrag, naast hun pigmentatie en morfologie.
Wat zijn de belangrijkste bevindingen van uw onderzoek, en hoe gaan deze verder dan eerdere onderzoeken over dit onderwerp?
Ó Foighil:We hebben kunnen aantonen dat de diversiteit aan mantelaasvormen bij deze soort een echt polymorfisme is door gebruik te maken van twee onafhankelijke criteria:evolutionaire bomen gebaseerd op genomische gegevens en de overerving van beide vormen binnen een in gevangenschap grootgebracht broedsel – het eerste record in zoetwater. mosselen.
Met behulp van museumspecimens uit een River Raisin-populatie ontdekten we dat het polymorfisme stabiel lijkt over ecologische tijdsbestekken. De verhouding tussen de twee varianten van kunstaas in 2017 kwam overeen met die van museummonsters die zes decennia eerder op dezelfde locatie waren verzameld.
We waren in staat om waarschijnlijke modelsoorten voor de varianten van mantelaas te identificeren – dat wil zeggen de soorten vissen of ongewervelde dieren die de mantelaas nabootst – binnen de River Raisin-mosselpopulatie. Vier belangrijke darter-achtige kunstaasmotieven benaderden visueel vier naast elkaar voorkomende soorten darter-vissen, en het wormachtige kunstaas leek op de Noord-Amerikaanse medicinale bloedzuiger. Darters en bloedzuigers zijn typische prooien van smallmouth bass.
Met behulp van een GoPro-camera werden veldopnamen gemaakt van het gedrag van de darter en de leech-aasvertoning in de River Raisin en de Huron River. De displays waren grotendeels vergelijkbaar ondanks het uitgesproken verschil in uiterlijk van het kunstaas en de modelsoorten, wat impliceert dat de mimiek slechts oppervlakkig is.
Waren er grote verrassingen?
Hewitt:Er waren verschillende grote verrassingen. Het belangrijkste was de onverwachte ontdekking van het polymorfisme van het mantellokmiddel binnen het broedsel, wat betekent dat verschillende vormen van het mantellokmiddel werden gevonden binnen een enkele groep nakomelingen die door een vrouwelijke mossel waren gelegd. Dit cruciale resultaat was een zwaarbevochten resultaat, waarvoor een infectie van de visgastheren en twee jaar jonge mosselcultuur in het Alabama Aquatic Biodiversity Center nodig was.
Een andere verrassing was de ontdekking van mosselmonsters uit de jaren vijftig van onze River Raisin-studielocatie in de weekdierencollectie van het U-M Museum of Zoology. Het mantelaas op deze oude exemplaren was nog steeds intact, en ze stelden ons in staat om de verhouding tussen de vorm van het bloedzuigeraas en de vorm van het kunstaas van de heidelibel over een periode van meer dan 60 jaar te vergelijken.
Wat zijn de belangrijkste implicaties of mogelijke toepassingen van deze bevindingen?
Ó Foighil:De ontdekking van discrete overerving binnen het broedsel van het polymorfisme van mantelaas is bijzonder opwindend omdat het potentiële controle door een enkele genetische locus impliceert. Er is vrijwel niets bekend over de regulerende genen die mantelaas controleren, wat een aanzienlijke kennislacune vertegenwoordigt. Onze resultaten identificeren de golvendradige lampmossel als een veelbelovend studiesysteem om de regulerende genen te identificeren die een belangrijk adaptief kenmerk van Noord-Amerikaanse bedreigde zoetwatermosselen controleren.
De andere auteurs van de PeerJ-studie zijn Paul Johnson en Michael Buntin van het Alabama Aquatic Biodiversity Center en Talia Moore van de Universiteit van Michigan.