兩棲動(dòng)物的畸形與富營養(yǎng)化之間的關(guān)系課件

Parasitesinthefoodweb:linkingamphibianmalformationsandaquaticeutrophication(食物網(wǎng)中寄生蟲：連接著兩棲動(dòng)物的畸形和水體環(huán)境的富營養(yǎng)化)PieterT.J.JohnsonCenterforlimnology,UniversityofWisconsinFrom：IDEASANDPERSPECTIVES報(bào)告人：孔圣超導(dǎo)師：方瑞Abstract新興的疾病日益成為人類和野生動(dòng)物的苦惱。通過探究最近兩棲動(dòng)物畸形的增長，我們知道了食物網(wǎng)和群落生態(tài)學(xué)對(duì)于我們?nèi)ダ斫夂涂刂菩屡d傳染病的重要性。兩棲動(dòng)物的畸形是由本土的一種寄生蟲，Ribeiroia

ondatrae，引發(fā)的，但其增長的原因只是推測出來。我們認(rèn)為這種增長是由于人為破壞水體食物網(wǎng)所造成的。我們的結(jié)果是將人為的水體富營養(yǎng)化作為寄生蟲感染的一個(gè)推動(dòng)因子：1，富營養(yǎng)化將調(diào)節(jié)性捕食者轉(zhuǎn)化為蝸牛物種結(jié)構(gòu)，趨向于水生蝸牛；2，水生蝸牛是R.ondatrae獨(dú)有的中間宿主；3，Ribeiroia的傳染是兩棲動(dòng)物畸形的一個(gè)重要預(yù)言者。我們的研究闡明了在流行疾病方面，水體富營養(yǎng)化的干擾是可以得到調(diào)節(jié)的，主要是通過直接的或者間接的食物網(wǎng)結(jié)構(gòu)的改變。推動(dòng)因子示意圖：→→→PARASITEINFECTIONANDAMPHIBIANMALFORMATIONS雖然畸形的兩棲動(dòng)物在近300年中偶爾被發(fā)現(xiàn)，但是在北美的一些地區(qū)，在過去的十年中相關(guān)的報(bào)告大量增加。（也許這要?dú)w功于對(duì)兩棲動(dòng)物監(jiān)視的作用，而不是實(shí)際的畸形發(fā)生。）當(dāng)代的一些發(fā)現(xiàn)經(jīng)常包含青蛙四肢的缺失、增多和畸形。有時(shí)候在一個(gè)濕地系統(tǒng)中有大余50%的兩棲動(dòng)物收到感染，這一范圍很大，包含了來自美國的46個(gè)州和部分加拿大地區(qū)的60個(gè)以上的物種。雖然高度的監(jiān)視作用有一定的促進(jìn)作用，但是歷史的研究表明至少在一些地區(qū)，這種增長是真實(shí)存在的。在美國和加拿大（1850-2003），相關(guān)出版物的數(shù)量（bars)，在野生兩棲動(dòng)物群落中發(fā)現(xiàn)的畸形動(dòng)物數(shù)量（line).最新的證據(jù)表明寄生蟲Ribeiroiaondatrae的感染是導(dǎo)致兩棲動(dòng)物畸形最普遍的原因。Ribeiroia是一種復(fù)殖吸蟲，它有著復(fù)雜的生命周期，包含蝸牛、兩棲動(dòng)物和水鳥。這種寄生蟲在蝸牛宿主中繁殖，生產(chǎn)出可以自由游動(dòng)的搖尾幼蟲，這種扁蟲會(huì)在好幾種不同的青蛙發(fā)展四肢的時(shí)候侵害它們。對(duì)于Ribeiroia完成它的生命周期，一個(gè)被感染的兩棲動(dòng)物必須被消耗，例如終極宿主水鳥，考慮到有性生殖和產(chǎn)蛋量。在實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)中，Ribeiroia的搖尾幼蟲的現(xiàn)實(shí)數(shù)量導(dǎo)致了高水平的死亡率和畸形。這些畸形和我們?cè)趹敉獾貐^(qū)發(fā)現(xiàn)的差不多，包含四肢的缺失、增多和畸形。同樣的，戶外研究已經(jīng)顯示了在美國西部、中部以及東北部一些濕地中兩棲動(dòng)物畸形和Ribeiroia感染的聯(lián)系。PieterT.J.Johnson2009年在舊金山附近的淡水水池中拍攝的注：這種扁蟲會(huì)在好幾種不同的青蛙發(fā)展四肢的時(shí)候侵害它們，它們有著很復(fù)雜的生命周期，其中蝸牛是它們的第一宿主。注：對(duì)從不同地點(diǎn)不同寄主身上收集來的Ribeiroiasp.成體標(biāo)本進(jìn)行形態(tài)學(xué)比較，可以認(rèn)為所有的標(biāo)本都屬于同一個(gè)物種———R.ondatrate。

注：這是青蛙發(fā)展四肢的時(shí)期，是寄生蟲Ribeiroia侵害它們的時(shí)期注：水鳥是Ribeiroia生命周期的終極宿主。LINKINGMALFORMATIONSANDEUTROPHICATION

在全球的海洋和淡水生態(tài)系統(tǒng)中，水體的富營養(yǎng)化是一個(gè)普遍和日益增長的問題。它是由大量的營養(yǎng)物質(zhì)造成的（特別是磷），經(jīng)常與農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)以及都市化有著密切的關(guān)系。企圖顛倒或者改善富營養(yǎng)化的影響被磷的內(nèi)部環(huán)節(jié)和磷的日益增加所阻礙。特別是在池塘生態(tài)系統(tǒng)中，在池塘生態(tài)系統(tǒng)中Ribeiroia和畸形經(jīng)常發(fā)生，同時(shí)池塘經(jīng)常被用于畜牧和灌溉。

我們認(rèn)為兩棲動(dòng)物畸形的上升是由于濕地系統(tǒng)中食物網(wǎng)的復(fù)雜改變。特別是富營養(yǎng)化因子（農(nóng)業(yè)肥料、放牧）導(dǎo)致大量的營養(yǎng)物質(zhì)沉積在淡水生態(tài)系統(tǒng)中，特別是池塘生態(tài)系統(tǒng)。這種富營養(yǎng)化的增長使得水生蝸牛的群落結(jié)構(gòu)從一個(gè)小的物種轉(zhuǎn)化為較大的物種，從而為Bibeiroia提供了中間宿主。富營養(yǎng)化一般被期待可以減少對(duì)宿主感染的影響。在吸蟲和蝸牛的這種情況下，富營養(yǎng)化將減少感染蝸牛的死亡率，從而增加蝸牛釋放寄生蟲和傳播疾病的周期。整體的講，這些改變將會(huì)增強(qiáng)兩棲動(dòng)物的感染強(qiáng)度和畸形。我們的假設(shè)是建立在來自美國西部和中北部的濕地系統(tǒng)的觀察和實(shí)驗(yàn)上的：

1、在密歇根州的27個(gè)池塘中，我們發(fā)現(xiàn)池塘中的總磷水平與生物量的增加和水生蝸牛的比例有著重大關(guān)系。如圖：這種結(jié)果不是由于所有蝸牛種類的增加，而是有水生蝸牛組成的組成的食草動(dòng)物群落造成的。在導(dǎo)致這種改變中，最近的證據(jù)都指向營養(yǎng)物質(zhì)和蝸牛的捕食者的相互作用。在低水平的營養(yǎng)中，一些小群體的蝸牛（例如，physella,Gyralus,Lymnaea)有它們低水平的資源需求。隨著人為富營養(yǎng)化的營養(yǎng)水平增加，由于捕食者密度的增加，這些小型的食草動(dòng)物變?yōu)榱巳鮿萑后w，使得大的蝸牛群體（例如，Planorbella)的密度增加。同時(shí)周叢生物生產(chǎn)量的增加也可以增加Planorbella蝸牛的生長、生存以及每一時(shí)期世代的生產(chǎn)量。3、在來自California,Oregon,Washington,Minnesota和Wisconsin的56個(gè)兩棲動(dòng)物群體中，我們發(fā)現(xiàn)對(duì)于11種青蛙和蟾蜍，Ribeiroia的感染水平是兩棲動(dòng)物畸形的重要預(yù)測者。如圖：我們的結(jié)果早就被以前的戶外數(shù)據(jù)和有關(guān)實(shí)驗(yàn)所支持。增加水生蝸牛密度的因子（例如：營養(yǎng)物質(zhì)的輸入）也可能增加寄生蟲感染的密度和兩棲動(dòng)物畸形的頻率。MULTIPLETIMESCALES:CLIMATEANDLANDUSEPATTERNS富營養(yǎng)化經(jīng)常被認(rèn)為是一個(gè)緩慢的過程，需要幾十年的營養(yǎng)物質(zhì)積累，然而動(dòng)物畸形好像在九十年代中期突然出現(xiàn)。然而當(dāng)在暴風(fēng)雨中大量的外來營養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入濕地時(shí)，富營養(yǎng)化可以被加快。洪水也可以輸送大量的營養(yǎng)物質(zhì)，例如來自農(nóng)田的。事實(shí)上，在大的暴風(fēng)雨中每年有超過90%的磷輸出到濕地中。在明尼蘇達(dá)州，在很多公共地區(qū)，兩棲動(dòng)物畸形的問題被催化了?？紤]到在明尼蘇達(dá)州南部耕地和畜牧是一個(gè)價(jià)值幾十億的產(chǎn)業(yè)，每年有超過17億千克的磷肥被利用，這些洪水無疑將大量的磷和氮運(yùn)送到周圍的濕地中。我們的假設(shè)可以預(yù)測水生蝸牛生物量的增加和寄生蟲的產(chǎn)量以及畸形的頻率是高生產(chǎn)力導(dǎo)致的一個(gè)結(jié)果。IMPLICATIONSANDCONCLUSIONS在最近這些年中，大量的疾病開始出現(xiàn)或者是重復(fù)出現(xiàn)，很多是因?yàn)樯鷳B(tài)系統(tǒng)中相互作用的改變，主要是病原體、它們的宿主和環(huán)境本身。然而在大部分情況下，很少知道病原體出現(xiàn)的驅(qū)動(dòng)因子和寄生蟲病對(duì)宿主和生態(tài)系統(tǒng)過程的影響。2001年國家研究委員會(huì)將傳染病列為八大危害環(huán)境問題之一，提成一個(gè)‘系統(tǒng)水平’的方法來理解疾病的發(fā)生。相應(yīng)的，在水產(chǎn)生態(tài)系統(tǒng)中，富營養(yǎng)化被認(rèn)為是危害全球淡水資源的重要威脅之一。考慮到人類和野生動(dòng)物需要利用淡水生存，還有很多疾病是通過水來傳播的，對(duì)于預(yù)測流行病的發(fā)生，病原體和水體的富營養(yǎng)化是一個(gè)重要的預(yù)測者。我們檢測了這些問題的接觸面，探索了富營養(yǎng)化對(duì)寄生蟲與宿主系統(tǒng)的影響結(jié)果，和探索了它們共同生存的食物網(wǎng)。雖然畸形的兩棲動(dòng)物很少能夠活到性成熟，對(duì)于兩棲動(dòng)物種群動(dòng)力學(xué)來說，寄生蟲誘發(fā)的畸形的長期效應(yīng)是不清楚的。但吸蟲感染水平的增加導(dǎo)致了一些兩棲動(dòng)物在幼年和變態(tài)時(shí)期大量死亡。然而我們懷疑寄生蟲引發(fā)的畸形的影響和兩棲動(dòng)物的死亡率依賴于人口學(xué)的貢獻(xiàn)。例如：如果成年個(gè)體相對(duì)于幼年個(gè)