Hydrobiologiczny zespół badawczy

dr hab. Jarosław Kobak; dr Małgorzata Poznańska; mgr Łukasz Jermacz mgr Anna Dzierżyńska-Białończyk

Ekologia i etologia małża racicznicy zmiennej Dreissena polymorpha

Preferencje siedliskowe pontokaspijskich kiełży (Crustacea, Amphipoda)

Fauna bezkręgowa ekotonów słodkowodnych i stref przejściowych
pomiędzy wodą i lądem

Ekologia i etologia małża racicznicy zmiennej Dreissena polymorpha

Racicznica zmienna jest małżem pochodzenia pontokaspijskiego. W swojej ojczyźnie zamieszkuje wybrzeża Morza Czarnego i Kaspijskiego, a także okoliczne rzeki i ich limany. Na przełomie XVIII i XIX wieku rozpoczęła ekspansję w Europie, rozszerzając swój zasięg na prawie cały kontynent, a w latach osiemdziesiątych XX wieku pojawiła się także w Ameryce Północnej. W wielu rejonach świata jest wciąż groźnym gatunkiem inwazyjnym. Jest to jedyny słodkowodny małż w Polsce, w którego cyklu rozwojowym występuje planktonowa larwa - weliger, ułatwiająca rozprzestrzenianie się na nowe tereny. Dorosłe osobniki tego gatunku żyją w dużych skupieniach, przyczepione do twardego podłoża i siebie nawzajem za pomocą nici bisiorowych. Racicznica osiąga często duże zagęszczenia (nawet do kilkuset tysięcy osobników na m2) i wywiera ogromny wpływ na ekosystem. Decydują o tym głównie dwa czynniki: (1) znaczne możliwości filtracyjne pozwalające na usuwanie dużych ilości zawiesiny z toni wodnej oraz (2) zdolność tworzenia nowych siedlisk dla organizmów żyjących w przestrzeniach między muszlami i odżywiających się wydalinami małży. Racicznica ma także istotne znaczenie gospodarcze, gdyż małże przyczepiają się masowo do urządzeń hydrotechnicznych, utrudniając ich funkcjonowanie. Podejmowane są również próby wykorzystania racicznicy w bioindykacji i rekultywacji zbiorników wodnych. Dlatego badania różnych aspektów biologii tego małża mogą mieć znaczenie nie tylko poznawcze, ale również praktyczne.

Pierwszy etap naszych badań nad racicznicą zmienną poświęcony był osiadaniu planktonowych larw małży na podłożu. Przeprowadzone eksperymenty terenowe pozwoliły na znalezienie materiałów sprzyjających osiedlaniu się małży, a także unikanych przez osiadające larwy. Ponadto, określiliśmy wpływ takich czynników jak ustawienie podłoża w przestrzeni, kształt powierzchni czy ekspozycja na przepływ wody na osiadanie i przeżywalność larw racicznicy. Badania te zostały wykorzystane do przygotowania pracy magisterskiej i doktorskiej Jarosława Kobaka.

Wyniki badań nad osiadaniem larw małży sugerowały, że ważnym czynnikiem wpływającym na rozmieszczenie i przeżywalność małży jest ich behawior już po osiedleniu się na podłożu. Dlatego zachowanie osiadłych osobników racicznicy stało się kolejnym tematem naszej działalności naukowej, którym zajmujemy się do tej pory. W naszej pracowni badamy takie aspekty behawioru małży jak aktywne odczepianie się od podłoża, przemieszczanie się po poziomych i pionowych powierzchniach, wybór miejsca przyczepu, siła przyczepu do podłoża, czy tworzenie agregacji. Dotychczas wykazaliśmy, że behawior małży w dużym stopniu zależy od bezpośrednich lub pośrednich sygnałów świadczących o zagrożeniu ze strony wyższego poziomu troficznego. W przypadku braku presji drapieżników małże są aktywne, często zmieniają miejsce przyczepu i wykazują skłonność do przemieszczania się w górę, co pozwala im zasiedlać miejsca o korzystniejszych warunkach środowiskowych (mniejsza konkurencja wewnątrzgatunkowa, lepsze warunki tlenowe i pokarmowe). W warunkach zagrożenia - w obecności drapieżników (płoci, często odżywiających się tymi mieczakami) lub pod wpływem światła (wskazującego na brak kryjówek i ekspozycję na ataki drapieżników), małże stają się mniej aktywne i częściej wybierają miejsca zaciemnione, osłonięte, położone u podstawy obiektów naddennych i wśród osobników własnego gatunku. Ponadto, w obecności drapieżników racicznice zdecydowanie silniej przyczepiają się do podłoża. W warunkach naturalnych, dzięki takiemu zachowaniu racicznica może unikać ataków drapieżników, kosztem życia w gorszych warunkach środowiskowych (deficyty tlenowe, podwyższone stężenie produktów przemiany materii, mniejsza obfitość pokarmu na stanowiskach położonych bliżej dna i w dolnych warstwach kolonii małży).

W naszej pracowni wciąż trwają badania nad wyjaśnieniem nieznanych jeszcze aspektów behawioru racicznicy. W szczególności, zajmujemy się mechanizmami tworzenia agregacji przez małże, sposobami ich przemieszczania się oraz cyklem otwierania i zamykania muszli pod wpływem biotycznych i abiotycznych czynników środowiskowych. W ramach tej tematyki powstaje w naszym zaspole praca doktorska Anny Dzierżyńskiej-Białończyk: "Czynniki wpływające na aktywność lokomocyjną i ruchy muszli małża racicznicy zmiennej Dreissena polymorpha (Pallas, 1771)".

Uzyskane przez nas wyniki uzupełniają stan wiedzy o behawiorze i strategii życiowej racicznicy zmiennej a także o interakcjach w układzie drapieżca-ofiara w odniesieniu do zagadnień jak dotąd stosunkowo słabo opracowanych dla organizmów osiadłych na podłożu. Wyniki te mogą byc również przydatne w praktyce, np. przy ocenie podatności różnych struktur (np. urządzeń hydrotechnicznych) na zasiedlenie przez małże, a także przy projektowaniu systemów bioindykacji zanieczyszczeń opartych na behawiorze małży.

powrót na górę

Preferencje siedliskowe pontokaspijskich kiełży (Crustacea, Amphipoda)

Kiełże są skorupiakami z rzędu obunogów (Amphipoda) o charakterystycznym, bocznie spłaszczonym i łukowato wygiętym ciele. W XX wieku w Europie nagle pojawiło się kilka nowych gatunków z tej grupy, pochodzących z regionu pontokaspijskiego. Okazały się one niezwykle skutecznymi organizmami inwazyjnymi i bardzo szybko zasiedliły duże rzeki Europy, często wypierając gatunki rodzime. Swój sukces na nowych terenach zawdzięczają głównie odporności na szerokie zakresy czynników abiotycznych (zwłaszcza zasolenia), a także szybkiemu dojrzewaniu, dużej płodności i wszystkożerności, z wyraźną skłonnością do drapieżnictwa. W naszych badaniach nad racicznicą zmienną często obserwowaliśmy szczególnie liczne występowanie kiełży w koloniach tego małża. W ekologii gatunków inwazyjnych znana jest hipoteza "melt-down", zgodnie z którą obecność obcych organizmów na danym terenie sprzyja skutecznym inwazjom kolejnych gatunków. Dotyczy to zwłaszcza form siedliskotwórczych, takich jak racicznica, oraz taksonów pochodzących z tego samego regionu geograficznego, o długim okresie wspólnej ewolucji. Poszerzające swój zasięg pontokaspijskie kiełże napotkały w wodach Europy siedliska przekształcone przez racicznicę, znaną im z rodzimego zasięgu. Tak więc, zgodnie z hipotezą "melt-down", przystosowania do życia w koloniach małży mogłyby ułatwiać tym skorupiakom ekspansję na nowych terenach.

Interakcje między pontokaspijskimi kiełżami i racicznicą stały się naszym kolejnym tematem badawczym. Zbadaliśmy aktywne preferencje kiełży do siedlisk tworzonych przez małże. Stwierdziliśmy, że jeden z obcych gatunków kiełży, Dikerogammarus haemobaphes, wyraźnie wybiera podłoża zasiedlone przez żywe małże, a w drugiej kolejności puste muszle racicznicy, co potwierdza hipotezę o bliskim związku miedzy tymi taksonami. Z kolei inny pontokaspijski kiełż, Pontogammarus robustoides nie wykazał żadnych preferencji w stosunku do racicznicy. Obecnie prowadzimy badania mające na celu wyjaśnienie mechanizmów preferencji kiełży w stosunku do siedlisk tworzonych przez małże. Wstępne obserwacje wskazują, że reagują one na sygnały związane z powierzchnią muszli.

Kolejnym interesującym zagadnieniem, którym obecnie się zajmujemy, jest nierozpoznany do tej pory wpływ kiełży żyjących między muszlami racicznicy na behawior ich gospodarzy. Pierwsze wyniki wskazują, że poruszające się kiełże drażnią syfony i odsłoniętą powierzchnię płaszcza mięczaków, powodując zmiany w ich sile przyczepu i aktywności lokomocyjnej.

Zajmujemy się również badaniami preferencji kiełży do różnych typów siedlisk, niezwiązanych z racicznicą, takich jak różne gatunki makrofitów, rodzaje podłoża i inne czynniki biotyczne i abiotyczne. W ramach tej tematyki powstaje w naszym zaspole praca doktorska Łukasza Jermacza "Preferencje siedliskowe obcego, pontokaspijskiego kiełża Pontogammarus robustoides (G.O. Sars, 1894) (Crustacea, Amphipoda)". Ponadto, rozpoczęliśmy badania nad reakcjami kiełży na czynniki biotyczne, takie jak potencjalne drapieżniki, osobniki własnego gatunku i przedstawiciele innych gatunków kiełży.

Inwazje biologiczne są zjawiskiem, któremu na całym świecie poświęca się coraz większą uwagę. Ze względu na postępującą globalizację, wiele gatunków zwiększa swoje zasięgi, rozprzestrzeniając się po całym świecie na skalę nigdy dotąd niespotykaną. Nasze badania mogą pomóc w wyjaśnieniu mechanizmów inwazji i interakcji między różnymi obcymi taksonami, a także w określeniu czynników sprzyjających obcym organizmom.

powrót na górę

Fauna bezkręgowa ekotonów słodkowodnych i stref przejściowych pomiędzy wodą i lądem

Ekotony słodkowodne – definicja oraz znaczenie

Istnieje wiele definicji ekotonów – zazwyczaj bardzo nieprecyzyjnych. Ekoton wg Holland (1988): to strefa przejściowa pomiędzy sąsiadującymi (stycznymi) ekosystemami, mająca unikatowe cechy, ustalone w czasie i w przestrzeni oraz poprzez wyraźne interakcje pomiędzy nimi (sąsiadującymi ekosystemami). W nowoczesnym podejściu do stref ekotonowych podkreśla się ich dynamikę. Dla stref ekotonowych charakterystyczny jest efekt styku, przejawiający się wzrostem różnorodności względem przyległych biocenoz, wzrostem liczebności organizmów oraz występowaniem organizmów charakterystycznych tylko dla tej strefy. A więc są to obszary o podwyższonej bioróżnorodności.

Strefy ekotonowe mają znaczenie zarówno w funkcjonowaniu ekosystemów wodnych jak i lądowych:

  • układy ekotonalne spełniają bardzo ważną rolę izolacyjną i barierową
  • mają zdolność do stabilizacji wyznaczających je ekosystemów i zwiększają ich odporność na degradację
  • mają wpływ na tzw. małą retencję wodną (tzw. wetlandy)
  • pełnią rolę siedliskotwórczą dzięki porastającej je roślinności
  • mają udział w krążeniu pierwiastków biofilnych
  • ekotony, jako układy szczególnie wrażliwe, mogą być swoistym bioindykatorem, czyli wskaźnikiem zmian warunków środowiskowych i presji antropogenicznej
  • są niezwykle ważne dla zwierząt amfibiotycznych
  • stanowią efektywny biofiltr w ochronie wód przed użyźnianiem i zanieczyszczeniami
  • mają znaczenie w zachowaniu lokalnej, regionalnej i globalnej bioróżnorodności (jako strefy o większym zróżnicowaniu gatunkowym)

Od momentu parafowania konwencji o różnorodności biologicznej na konferencji ONZ w Rio de Janeiro w roku 1992, wzrosło zainteresowanie badaczy poszukiwaniem takich siedlisk, które bardziej od innych sprzyjają zachowaniu różnorodności biologicznej. Tym samym wzrosło zainteresowanie ekotonami – środowiskami o szczególnie dużym bogactwie gatunkowym, co warunkowane jest przez tzw. „efekt styku”. Słabo dotychczas poznane ekotony wodne i wodno-lądowe zostały objęte dokładniejszymi badaniami. Mimo tego, strefy ekotonu wód słodkich i lądu nadal nie są przedmiotem tak intensywnych badań jak inne strefy i siedliska zbiorników wodnych.

Poszukiwanie stref ekotonowych pomiędzy wodą i lądem

Prowadziliśmy badania fauny dennej na styku lądu i wody, w strefie przejściowej pomiędzy tymi dwoma ekosystemami, i poszukiwaliśmy miejsc wykazujących cechy ekotonów. Badania prowadzono na Zbiorniku Włocławskim, charakteryzującym się wahaniami poziomu wody. Ten czynnik silnie oddziałuje na strefy przejściowe.




Celem pracy było:

  • Poznanie składu taksonomicznego, liczebności oraz biomasy makrofauny zasiedlającej strefę przejściową woda/ląd na dnie piaszczystym oraz na dnie ze znaczną zawartością detrytusu, w limnicznej części Zbiornika Włocławskiego.
  • Określenie możliwości wystąpienia efektu styku w dwóch różnych siedliskach strefy przejściowej relatywnie młodego zbiornika zaporowego.

Metodyka:

  • W celu sprawdzenia czy istnieje efekt styku wyznaczono dwa stanowiska odsłonięte i dwa zanurzone (referencyjne).
  • Próby pobierano z dwóch typów siedlisk: 1-piaszczystego, 2-detrytusowego.

Uzyskane wyniki:

  • Na dnie detrytusowym oznaczono 93 taksony fauny (w tym wiele form glebowo-wodnych), zaś na dnie piaszczystym stwierdzono zaledwie 41 taksonów (w tym kilka glebowo-wodnych). Struktura taksonomiczna fauny była wyraźnie odmienna w badanych typach siedlisk (piaszczystym i detrytusowym).
  • Typowe siedliska ekotonalne, z wyraźnym efektem styku, wytworzyły się tylko w detrytusowym pobrzeżu zatoczki. Pobrzeże detrytusowe było znacznie stabilniejsze i dostarczało lepszej ochrony oraz zapewniało lepsze warunki pokarmowe faunie niż pobrzeże piaszczyste.
  • Homogeniczne, niestałe podłoże piaszczyste stanowiło słabe siedlisko dla makrofauny dennej, nie zapewniało ochrony przed wymywaniem, przesuszaniem, przemarzaniem, ponadto bywało całkowicie niszczone zimą, podczas schodzenia lodu w dół rzeki.

Prace te zaowocowały powstaniem rozprawy doktorskiej Małgorzaty Poznańskiej oraz trzech publikacji. Poza tym sprowokowały pytania, które próbujmy rozwikłać w naszej dalszej pracy badawczej.

Wpływ czynników abiotycznych na faunę denną strefy przejściowej pomiędzy lądem i wodą

W zbiornikach wodnych bardzo często obserwuje się wahania poziomu wody, które mają wpływ na zgrupowania organizmów bytujących w zalewanej i odsłanianej strefie pobrzeża. Przedłużające się odsłonięcie dna latem może doprowadzać do jego przesuszania, natomiast zimą – do przemarzania. Dla możliwości przeżywania bezkręgowców zasiedlających tą strefę bardzo istotna jest odporność i adaptacja na stresy środowiskowe wynikające z ekspozycji podłoża na wysuszanie i przemarzanie. Uzasadnieniem podjęcia omawianych badań, jest fakt, że praktycznie nie ma danych ekologicznych dotyczących przeżywania i możliwości migracji, w momencie zaistnienia niekorzystnych warunków środowiskowych, u bezkręgowców zasiedlających naszą strefę klimatyczną. Nie ma w literaturze odpowiedzi na pytanie: jak długo fauna denna jest w stanie przetrwać odsłonięcie dna latem lub zimą oraz przemarzanie podłoża. Brak też informacji naukowej, opartej na pracy doświadczalnej, jakie są możliwości migracji bezkręgowców za opadającą wodą lub w głąb nieprzemarzniętego podłoża.

Na te pytania próbujemy odpowiedzieć prowadząc doświadczenia laboratoryjne oraz terenowe. Nasze badania są wsparte funduszami Narodowego Centrum Nauki. Powstają we współpracy z kolegami z Zakładu Zoologii Bezkręgowców (Jarosławem Kobakiem, Łukaszem Jermaczem) oraz z Zakładu Hydrobiologii (Tomaszem Kakareko, Januszem Żbikowskim) oraz z pomocą naszych magistrantów i licencjatów.

Poniżej link do prezentacji, która ilustruje niniejsze doświadczenia przeprowadzone na kiełżach.

powrót na górę