Auswirkungen der Erwärmung der Gewässer auf die Kürbiskernsonnefish

Wärmer werdende Wassertemperaturen sind ein grosses Problem für Süsswasser-Ökosysteme weltweit. Fische, besonders die, die ihre Körpertemperatur nicht selbst regulieren können, sind von diesen Veränderungen betroffen. Wenn das Wasser wärmer wird, kann das die Funktionsweise der Fische auf einfachen und komplexen Ebenen verändern, was ihre Überlebensfähigkeit und ihre Fähigkeit, in ihren Lebensräumen zu gedeihen, beeinflussen kann. Fische können sich an die steigenden Temperaturen anpassen, indem sie ihre Körperfunktionen ändern, was ihnen hilft, auch in wärmerem Wasser Energie zu produzieren.

Es gibt jedoch immer noch viele Dinge, die wir nicht vollständig wissen, wie Fische auf diese Temperaturschwankungen reagieren. Die meisten Forschungen haben untersucht, wie sich der Stoffwechsel der Fische entweder als Ganzes oder auf kleineren Ebenen innerhalb ihrer Körper verändert, aber das hat Wissenslücken geschaffen. Es gibt einen Aufruf zu mehr Studien, die untersuchen, wie sich der Stoffwechsel der Fische auf verschiedenen Ebenen verändert, besonders angesichts der Umweltveränderungen.

In wärmeren Gewässern erleben Fische Veränderungen ihres Grundumsatzes, also der minimalen Energiemenge, die sie zum Leben benötigen. Auch ihre maximale Stoffwechselrate wird beeinflusst, was die höchste Energiemenge ist, die sie produzieren können. Der Unterschied zwischen diesen beiden Raten zeigt, wie viel Energie sie für andere Aktivitäten wie Wachstum und Fortpflanzung haben.

Auf kleinerer Ebene können steigende Wassertemperaturen auch die Aktivitäten bestimmter Enzyme in Fischen verändern. Enzyme sind entscheidend für die Energieproduktion und andere Körperfunktionen, und ihre Aktivität kann je nach Temperatur schwanken. Einige Studien haben gezeigt, dass verschiedene Organe bei Fischen individuell auf Temperaturveränderungen reagieren, aber nur wenige Studien haben diese Muster über mehrere Organe hinweg betrachtet.

Parasiten sind ein wichtiger Teil aller Ökosysteme, werden aber oft übersehen. Sie können erhebliche Auswirkungen darauf haben, wie Wirtiere, wie Fische, funktionieren. Parasiten können die Stoffwechselraten ihrer Wirte verändern, die Grösse ihrer Organe und die Verfügbarkeit von Energiequellen. Es gab einige Studien, wie Parasiten Fische beeinflussen, aber keine hat sich darauf konzentriert, wie diese Parasiten die Anpassung von Fischen an wärmeres Wasser auf verschiedenen biologischen Ebenen beeinflussen.

Diese Studie hat das Ziel, zu verstehen, wie Temperaturveränderungen und Parasitismus den Pumpkinseed Sunfish beeinflussen, und zu untersuchen, wie beide Faktoren den Stoffwechsel der Fische auf verschiedenen Ebenen beeinflussen. Genauer gesagt wollen wir wissen, ob thermale Akklimatisierung und Parasiten die gesamten Stoffwechselraten dieser Fische verändern, wie die Enzymaktivität in verschiedenen Organen auf diese Faktoren reagiert und ob es spezifische Trends gibt, wie sich die Organfunktion aufgrund von Temperatur und Parasiteninfektionen verändert.

#Fischsammlung und Pflege

Im Juni 2022 haben wir 120 Pumpkinseed Sunfish aus dem Lake Cromwell gesammelt. Diese Fische wurden ins Labor gebracht, um untersucht zu werden. Sie wurden in Tanks mit kontrollierten Wassertemperaturen gehalten und hatten Zeit zur Akklimatisierung, nachdem sie markiert wurden.

Die Fische lebten in Tanks, die auf der Temperatur gehalten wurden, bei der sie gefangen wurden. Die Fische wurden genau beobachtet, um sicherzustellen, dass sie gesund bleiben, wobei das Wasser regelmässig gewechselt wurde, um gute Bedingungen aufrechtzuerhalten.

#Akklimatisierungstests

Um die Temperaturveränderungen zu simulieren, die mit dem Klimawandel auftreten könnten, haben wir drei verschiedene Temperaturen für die Fische ausgewählt: 20°C, 25°C und 30°C. Diese Temperaturen spiegeln typische Sommertemperaturen und höhere Werte wider, die durch den Klimawandel erwartet werden. Nach einer Markierungsphase wurde die Wassertemperatur in den Tanks schrittweise erhöht, und die Fische hatten mehrere Wochen Zeit, sich an diese neuen Temperaturen zu gewöhnen.

#Messung des Stoffwechsels

Um die Stoffwechselraten der Fische zu bewerten, haben wir ermittelt, wie viel Sauerstoff sie aufnehmen. Wir haben eine spezifische Methode verwendet, die es uns ermöglichte, sowohl ihren maximalen als auch ihren Ruheenergiebedarf zu verstehen. Dies beinhaltete, die Fische in einzelnen Kammern zu halten, in denen wir ihren Sauerstoffverbrauch genau messen konnten.

Vor den Versuchen wurden die Fische fastet, um sicherzustellen, dass ihre Aktivität ausschliesslich auf den Stoffwechsel zurückzuführen war. Während des Tests haben wir die Sauerstoffaufnahme gemessen, um herauszufinden, wie viel Energie sie bei verschiedenen Temperaturen und unter unterschiedlichen Bedingungen verwendeten.

#Vorbereitung von Gewebeproben und Parasitenuntersuchung

Nachdem wir die Stoffwechselraten der Fische gemessen hatten, haben wir Proben aus verschiedenen Organen entnommen, um nach Parasiteninfektionen zu suchen. Wir haben nach verschiedenen Arten von Parasiten gesucht, die häufig Pumpkinseed Sunfish infizieren. Dazu gehörten Arten, die schwarze Flecken verursachen, Bandwürmer und andere Parasiten.

Wir haben gezählt, wie viele Parasiten in jedem Fisch vorhanden waren, und sie gewogen. Diese Informationen halfen uns zu verstehen, wie stark jeder Fisch infiziert war und ermöglichten uns, mögliche Auswirkungen dieser Infektionen auf den Stoffwechsel der Fische zu analysieren.

#Mitochondriale enzymatische Aktivität

Wir haben auch die Aktivität spezifischer Enzyme in verschiedenen Organen untersucht. Diese Enzyme spielen eine wichtige Rolle in der Energieproduktion und können uns sagen, wie gut die Fische unter verschiedenen Bedingungen abschneiden können. Wir haben die Aktivität von Enzymen gemessen, die sowohl mit aerober (mit Sauerstoff) als auch mit anaerober (ohne Sauerstoff) Stoffwechsel in Herz, Gehirn, Kiemen und Milz der Fische in Verbindung stehen.

Die Ergebnisse zeigten, dass die Temperaturen, denen die Fische ausgesetzt waren, die Aktivität dieser Enzyme tatsächlich veränderten. Verschiedene Organe zeigten unterschiedliche Reaktionen, was darauf hindeutet, dass einige Teile des Körpers der Fische sich unterschiedlich an Temperaturveränderungen anpassen könnten.

#Datenanalyse

Alle gesammelten Daten wurden mit statistischen Methoden analysiert, um zu bestimmen, wie Temperatur und Parasiten die Stoffwechseldaten der Fische beeinflussten. Wir haben nach Beziehungen zwischen Stoffwechselraten und Faktoren wie Temperatur, Parasitenintensität usw. gesucht.

Die Analyse half uns, Trends und Korrelationen zu identifizieren und ein klareres Bild davon zu bekommen, wie diese Variablen interagieren.

#Stoffwechselrate des gesamten Organismus

Aus unseren Messungen wurde klar, dass die Akklimatisierungstemperatur einen direkten Einfluss auf die Stoffwechselraten der Fische hatte. Als die Temperaturen stiegen, nahm die maximale Stoffwechselrate erheblich zu. Allerdings zeigte die Ruhe-Stoffwechselrate ein anderes Muster, da sie zuerst anstieg und dann bei der höchsten Temperatur wieder sank. Insgesamt führten diese Veränderungen zu signifikanten Änderungen im aeroben Spielraum der Fische.

Interessanterweise schien die Parasitenintensität die Stoffwechselraten nicht auf die gleiche Weise zu beeinflussen. Während einige Leistungsaspekte durch schwarze Fleckeninfektionen negativ betroffen waren, gab es keinen klaren Zusammenhang zwischen Parasitenintensität und Ruhe-Stoffwechselraten.

#Mitochondriale enzymatische Aktivität

Wir fanden heraus, dass Enzyme, die mit aerobem Stoffwechsel verbunden sind, erheblich von der Akklimatisierungstemperatur betroffen waren, wobei Veränderungen in Herz, Gehirn, Kiemen und Milz festgestellt wurden. Zum Beispiel zeigte das Enzym Citratsynthase eine Abnahme der Aktivität, als die Temperaturen stiegen, was darauf hindeutet, dass die Fische bei höheren Temperaturen eher auf anaerobe Prozesse angewiesen sind.

Trotz dieser Veränderungen fanden wir keine Hinweise darauf, dass Parasiteninfektionen die Enzymaktivität beeinflussten. Dies deutet darauf hin, dass während Temperatur einen signifikanten Einfluss auf die Funktionsweise dieser Enzyme hat, Parasiten möglicherweise nicht den gleichen Effekt haben.

#Auswirkungen von Parasiteninfektionen

Unsere Ergebnisse zeigten keinen Zusammenhang zwischen Ruhe-Stoffwechselraten und Infektionen mit schwarzen Flecken, was mit einigen vorherigen Studien übereinstimmt. Allerdings wurde ein negativer Zusammenhang zwischen der Intensität schwarzer Flecken und den maximalen Stoffwechselraten festgestellt, was darauf hindeutet, dass höhere Infektionslevels die Leistung der Fische beeinträchtigen könnten.

Das hebt eine komplexe Beziehung zwischen Wirten und Parasiten hervor, bei der die physiologischen Anforderungen der Infektion zu einer reduzierten Leistung beitragen könnten.

#Aerobe Leistung bei verschiedenen Akklimatisierungstemperaturen

Die Gesamtergebnisse deuteten darauf hin, dass Pumpkinseed Sunfish ihren Stoffwechsel anpassen können, um mit steigenden Temperaturen umzugehen. Sie hielten ihre aerobe Leistung aufrecht, trotz der Herausforderungen durch höhere Temperaturen. Allerdings schien die Anwesenheit von Parasiten dieses Bild zu komplizieren, was darauf hindeutet, dass sowohl Temperatur als auch Parasitismus den Stoffwechsel der Fische unterschiedlich beeinflussen können.

#Fazit

Zusammengefasst wirken sich wärmer werdende Wassertemperaturen und Parasiteninfektionen komplex auf Pumpkinseed Sunfish aus. Fische können sich an höhere Temperaturen anpassen, aber der zusätzliche Stress durch Parasiten könnte ihre Leistung beeinträchtigen. Diese Erkenntnisse unterstreichen die Wichtigkeit, zu verstehen, wie mehrere Umweltfaktoren die Süsswasser-Ökosysteme beeinflussen können, besonders da der Klimawandel weiterhin Lebensräume weltweit beeinflusst. Weitere Forschung ist notwendig, um tiefer in diese Wechselwirkungen und deren ökologische Bedeutung einzutauchen.