Lassen Sie Austern krank werden, um den Chesapeake aufzuräumen

Wenn Sie versuchen, einheimische Austern ( Crassostrea virginica ) in der Chesapeake Bay wiederherzustellen, sollten Sie versuchen, sie in eine Umgebung zu bringen, in der sie am wahrscheinlichsten krank werden. Der Vorbehalt: Sie müssen genug davon anpflanzen, um das Haus zu „reinigen“.

Aus dieser Geschichte

Smithsonian Environmental Research Center

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Dies ist nur eine Idee, die aus einer Studie der Smithson-Wissenschaftlerin Denise Breitburg hervorgeht, in der die Auswirkungen von Sauerstoffmangel auf eine austerkrüppelnde Krankheit namens Dermo ( Perkinsus marinus ) untersucht wurden. Der einzellige Parasit, der das Blut einer Auster infiziert, ist in der Chesapeake Bay beheimatet, und wenn es reichlich Austern gab, hatte die Krankheit nur geringe Auswirkungen auf die Gesamtpopulation. Aber nach mehr als einem Jahrhundert der Überernte, des Verlusts von Lebensräumen und der zunehmenden Wasserverschmutzung sind die Austern auf nur ein bis zwei Prozent ihrer historischen Zahlen geschrumpft. Dermo ist jetzt ein weiterer Schlag, der das einst üppige Kronjuwel der Bucht dezimiert.

Zu den Bemühungen zur Wiederherstellung von Austern gehört das Verteilen von Muscheln, die mit Spucken (Baby-Austern) beladen sind, im Wasser, idealerweise an Orten, an denen sie gedeihen sollen. Breitburgs Arbeit, die heute in der Fachzeitschrift PLoS One veröffentlicht wurde, deutet auf eine kontraintuitive Möglichkeit hin, indem sie neue Dynamiken zwischen Austern und ihrer Umgebung offenbart.

Es ist seit langem angenommen worden, dass seichte küstennahe Gewässer eine Zuflucht vor dem Sauerstoffmangel bieten, den Tiere in toten Zonen erfahren. Diese riesigen Gebiete mit niedrigem Sauerstoffgehalt treten an Orten auf, die weiter von der Küste entfernt sind, und können manchmal Wochen oder sogar Monate andauern. Sehr wenig kann unter solchen Bedingungen überleben, daher der Name.

Breitburg hofft, dass ihre Studie dazu beitragen kann, den Umfang der Restaurierung zu bestimmen, um nachhaltige Austernpopulationen zu erzeugen. (Smithsonian Environmental Research Center Labor für Meeresökologie)

Die Untiefen unterliegen zwar nicht dem Sauerstoffmangel, der in toten Zonen zu beobachten ist, sind jedoch nicht immun gegen Sauerstoffmangelperioden. Breitburgs jüngste Arbeiten weisen darauf hin, dass küstennahe Gewässer diese erstickenden Auswirkungen möglicherweise nicht vollständig beseitigen. "Wir stellen fest, dass Sauerstoffmangel, auch wenn er einige Stunden am Tag auftritt, sehr starke Auswirkungen auf die Organismen im System haben kann", sagt Breitburg.

In den Untiefen fließen ständig Nährstoffe aus dem Land und beflügeln das Wachstum von Algen oder Phytoplankton, die tagsüber durch Photosynthese Sauerstoff produzieren. In der Nacht ändert sich jedoch die Geschichte. Obwohl die Photosynthese stoppt, atmen die Organismen im Wasser weiter und der Sauerstoffgehalt sinkt, manchmal dramatisch. Wenn die Algen sterben, senkt der Zerfall den Sauerstoffgehalt noch weiter.

Diese Tag-Nacht-Zyklen sind natürlich, aber die menschliche Tätigkeit verstärkt sie als Abfluss von Entwicklungs- und Ackerland und Abflüsse aus Kläranlagen pumpen Nährstoffe in das Wasser und treiben einen Überfluss an Algen an.

Ein Spektrum von Dias zeigt den Gesundheitszustand einer Auster, die unter den unterschiedlichen Intensitäten von Dermo leidet (von links nach rechts, gesund bis schwer infiziert), wenn sich der Perkinsus-Parasit vermehrt (Smithsonian Environmental Research Center, Labor für Meeresökologie).

Durch eine Reihe von Feld- und Laborexperimenten stellte Breitburg fest, dass Austern in Gebieten mit den größten Schwankungen des Sauerstoffgehalts bei Tag und Nacht weitaus anfälliger für Kontraktionen bei Dermo sind. Darüber hinaus breitet sich die Krankheit in solchen Gebieten stärker aus. "Wir haben festgestellt, dass die tägliche Exposition gegenüber wenig gelöstem Sauerstoff in einigen Fällen die Erwerbsrate von Dermo verdoppeln oder sogar verdreifachen kann", sagt sie. "Es führte auch zu schwereren Infektionen und verringerten Wachstumsraten von Austern."

Die Forscher wussten zwar, dass der Parasit bei hohen Temperaturen und Salzgehalten gedeiht, aber dies ist der erste Beweis für die Auswirkungen von Sauerstoffmangel in der Nacht auf die Prävalenz der Krankheit. Breitburg begann ihre Untersuchung mit Feldversuchen in Gebieten, in denen Dermo bereits bekannt war. Sie schwebte Hunderte von Austern - manche infiziert, manche nicht - an 14 Stellen im Wasser. Nach vier Monaten stellte sie fest, dass sich 100 Prozent ihrer nicht infizierten Austern den Parasiten zugezogen hatten, wenn der Sauerstoffmangel nachts extremer war. Bei zuvor infizierten Austern stieg die Krankheit an Orten mit niedrigem Sauerstoffgehalt und hohem Salzgehalt auf ein intensiveres Ausmaß an.

In Breitburgs Labor, einem Austernbecken, das als Room of DOOM (Mortalität durch gelöste Sauerstoffaustern) bezeichnet wird, werden die Tag-Nacht-Schwankungen nachgeahmt, die Austern in seichten Gewässern der Bucht erleben. (Smithsonian Environmental Research Center)

Zurück im Wetlab des Smithsonian Environmental Research Center entwickelte Breitburg ein kontrolliertes Experiment, das als „Room of DOOM“ für Dissolved Oxygen Oyster Mortality bekannt wurde. Dort setzte sie Austern unterschiedlichem zyklischen Sauerstoffmangel aus, um die Tag-Nacht-Schwankungen auf dem Feld nachzuahmen. Innerhalb des ersten Versuchsjahres waren junge Austern, die wenig Sauerstoff ausgesetzt waren, fast dreimal so häufig mit dem Parasiten infiziert wie ihre Kollegen, die durchgehend gesundem Sauerstoff ausgesetzt waren.

Sie ist sich noch nicht sicher, was los ist. Es kann sein, dass die Tiere gestresster waren - die Art und Weise, wie ein chronischer Stressor Menschen anfälliger für Krankheiten macht. Was sie jedoch sagen kann, ist, dass sich ihre Ernährungsgewohnheiten geändert haben. Als der Sauerstoffgehalt sank, verlangsamten sich die Austern, schlossen sich und hörten auf zu fressen. Aber als der Sauerstoffgehalt zurückkehrte, gingen sie alle auf und fütterten manchmal mehr, als sie ohne stundenlanges „Anhalten des Atems“ gehabt hätten.

"Sie versuchen wahrscheinlich nicht, verlorene Fütterungsmöglichkeiten auszugleichen", sagt Breitburg. „Wir denken, dass sie wahrscheinlich ihre Sauerstoffschuld zurückzahlen. Aber eine Auster nutzt ihre Kiemen sowohl zum Füttern als auch zum Erhalten von Sauerstoff, sodass eine erhöhte Wasserbewegung über die Kiemen zu einer erhöhten Fütterung führt. “

Breitburg ist der Ansicht, dass die verstärkte Fütterung tagsüber nahelegt, dass Projekte zur Wiederherstellung von Austern diese möglicherweise aufsuchen sollten, anstatt Gebiete mit chronischem nächtlichen Sauerstoffmangel zu meiden. Die Bedingungen können sie anfälliger für Krankheiten machen, aber sie filtern das Wasser auch am Tag, an dem das Phytoplankton wächst.

Da es einige Jahre dauern kann, bis Dermo eine Auster getötet hat, haben die Mollusken möglicherweise viel Zeit, um das Wasser zu reinigen und die Umwelt zu ihren Gunsten zu entlasten.

„Diese Art von Hypoxie (sauerstoffarmer Sauerstoff) ist besonders in wirklich flachem Wasser verbreitet“, sagt Breitburg. „Alle unsere Arbeiten fanden in weniger als zwei Metern Tiefe in einer Wassertiefe statt, in der die Austernfiltration möglicherweise die gesamte Wassersäule erreichen könnte. Wenn Sie unter diesen Bedingungen nur ein paar Austern ausstechen, werden sie nicht viel tun, um die Menge an Phytoplankton im Wasser und die Menge an Hypoxie, die sich entwickelt, zu verändern. Wenn Sie jedoch genügend Austern ausbringen, um das Wasser zu filtern, wodurch die Phytoplanktonbiomasse reduziert wird, können sie möglicherweise die Wasserqualität von schädlichen auf nicht mehr schädliche Bedingungen ändern. Es kann hilfreich sein, den Umfang der Restaurierung zu bestimmen, der erforderlich ist, um sowohl nachhaltige Austernpopulationen zu erzeugen als auch die Wasserqualität zu verbessern. “

Die Technikerin Rebecca Burrell schüttelt eine Auster zur Analyse. (Smithsonian Environmental Research Center Labor für Meeresökologie)