MASARYKOVA UNIVERZITA PŘÍRODOVĚDECKÁ FAKULTA ÚSTAV BOTANIKY A ZOOLOGIE
DRTIČ GAMMARUS FOSSARUM V ROLI INŽENÝRA: PREDAČNÍ EFEKT BLEŠIVCE POTOČNÍHO NA SPOLEČENSTVO LAREV PAKOMÁRŮ Bakalářská práce
Martina Hortvíková
Vedoucí práce: Mgr. Vít Syrovátka, Ph.D.
Brno 2014
Bibliografický záznam Autor:
Název práce:
Martina Hortvíková Přírodovědecká fakulta, Masarykova univerzita Ústav botaniky a zoologie Drtič Gammarus fossarum v roli inženýra: predační efekt blešivce potočního na společenstvo larev pakomárů
Studijní program:
B-CH Chemie
Studijní obor:
UB-UCH Biologie se zaměřením na vzdělávání a Chemie se zaměřením na vzdělávání
Vedoucí práce:
Mgr. Vít Syrovátka, Ph.D.
Akademický rok:
2013/2014
Počet stran:
33
Klíčová slova:
Gammarus fossarum; predační efekt; společenstvo larev pakomárů; minerotrofní gradient
Bibliographic Entry Author
Title of Thesis:
Martina Hortvíková Faculty of Science, Masaryk University Department of Botany and Zoology Shredder Gammarus fossarum as an ecosystem engineer: its predation effect on the assemblage of chironomid larvae
Degree programme:
B-CH Chemistry
Field of Study:
UB-UCH Teacher Combination Chemistry
Supervisor:
Mgr. Vít Syrovátka, Ph. D.
Academic Year:
2013/2014
Number of Pages:
33
Keywords:
Gammarus fossarum; predation effect; assemblage of chironomid larvae; gradient of mineral richness
of Biology and
Abstrakt Blešivec potoční Gammarus fossarum Koch 1835 je v České republice nejběžnější zástupce různonožců (Amphipoda). Žije v čistých potocích a říčkách a největších hustot dosahuje na bazických prameništích. Typicky se s ním můžeme setkat na minerálně bohatých slatiništích, zatímco v minerálně chudých (kyselých) slatiništích skoro chybí. Podobně se podél tohoto minerotrofního
gradientu
mění
i
druhové
složení
společenstva
jiných
prameništních bezobratlých jako jsou pakomárovití (Diptera: Chironomidae). Jedno
z možných
vysvětlení
změny
druhového
složení
společenstva
pakomárovitých podél minerotrofního gradientu je predační nebo disturbační tlak blešivce na minerálně bohatých lokalitách a s ním související ústup některých pakomárovitých do kyselejší části gradientu. Tento tlak indikuje i výskyt larev pakomárů s přenosnými schránkami na bazických lokalitách, kde Gammarus fossarum dosahuje nejvyšších hustot. V této bakalářské práci pomocí literární rešerše a pilotní studie nastavuji terénní experiment, pomocí něhož bude možné otestovat hypotézu o predačním, popřípadě disturbačním vlivu blešivce na společenstvo larev slatiništních pakomárů.
Abstract Gammarus fossarum Koch 1835 is the most common species of Amphipoda in the Czech Republic. It lives in clean streams and is most abundant in mineral rich spring fens, while it is almost missing from mineral poor (acid) spring fens. The taxonomic composition of assemblages of other spring invertebrates like Chironomidae (Diptera) changes along the gradient of mineral richness, too. One of the possible explanations of the chironomid assemblage´s change along the gradient of mineral richness is a predatory or disturbance pressure of Gammarus fossarum at mineral rich sites, associated with a retreat of some chironomid species to acidic parts of the gradient. This pressure might be indicated by the occurrence of species with transportable cases at mineral rich sites, where Gammarus fossarum reaches the highest densities. In this bachelor thesis, I use literature review and a pilot study to set a field experiment for testing the hypothesis of the predatory or disturbance Gammarus effect on the assemblage of chironomid larvae at spring fens.
Masarykova univerzita Přírodovědecká fakulta
ZADÁNÍ BAKALÁŘSKÉ PRÁCE Student:
Martina Hortvíková
Studijní program: Ekologická a evoluční biologie Studijní obor: Biologie se zaměřením na vzdělávání
Ředitel Ústavu botaniky a zoologie PřF MU Vám ve smyslu Studijního a zkušebního řádu MU určuje bakalářskou práci s tématem:
Drtič Gammarus fossarum v roli inženýra: predační efekt blešivce potočního na společenstvo larev pakomárů Shredder Gammarus fossarum as an ecosystem engineer: its predation effect on the assemblage of chironomid larvae Oficiální zadání: Blešivec potoční Gammarus fossarum Koch, in Panzer, 1835 je znám především pro svoji roli drtiče (shredder) kouskujícího hrubou organickou hmotu, např. listí, čímž ji zpřístupňuje dalším organizmům a výrazně se tak podílí na koloběhu živin v malých tocích. V poslední době se však ukazuje, že možná není tak vybíravý a kouskuje, co mu přijde pod gnathopody, přičemž se nezalekne ani živočišné potravy. S blešivcem potočním se běžně setkáváme na prameništních slatiništích, kde pozorujeme jeho masový výskyt na minerálně bohatých slatiništích, zatímco v kyselých, minerálně chudých slatiništích téměř chybí (potřebuje vápník pro tvorbu krunýře). Obdobně se však podél tohoto minerotrofního gradientu mění i fauna slatiništních bezobratlých, mezi nimiž jsou pakomárovití (Diptera: Chironomidae) dominantní. Jedním z možných vysvětlení výměny druhů pakomárovitých by tedy mohl být právě predační tlak blešivce na bazickém konci gradientu, způsobující ústup některých druhů do kyselé části gradientu. Pro tuto hypotézu by svědčila přítomnost schránkatých pakomárů na bazických slatiništích – možná adaptace na predační tlak. Cílem této bakalářské práce je příprava terénního experimentu pro potvrzení či vyvrácení této hypotézy za pomoci literární rešerše a pilotní studie. Seznam doporučené literatury:
Bacela-Spychalska K. & Velde G.V.D. (2013) There is more than one “killer shrimp”: trophic positions and predatory abilities of invasive amphipods of Ponto-Caspian origin. Freshwater Biology 58: 730–741. Hellmann C., Wissel B. & Winkelmann C. (2013) Omnivores as seasonally important predators in a stream food web. Freshwater Science 32: 548–562. Kelly D., Dick J. & Montgomery W. (2002) The functional role of Gammarus (Crustacea, Amphipoda): shredders, predators, or both? Hydrobiologia 485: 199– 203. Macneil C., Dick J.T.A. & Elwood R.W. (1997) The trophic ecology of freshwater Gammarus spp. (Crustacea: Amphipoda): problems and perspectives concerning the functional feeding group concept. Biological Reviews 72: 349–364. Moller Pilot, H.K.M. (2013): Chironomidae Larvae, Volume 3: Biology and Ecology of the Aquatic Orthocladiinae. KNNV Publishing, 320 pps. ISBN: 9789050114592 Jazyk závěrečné práce: čeština Vedoucí bakalářské práce: Mgr. Vít Syrovátka, Ph.D. Podpis vedoucího práce: Konzultant: Mgr. Vendula Křoupalová Datum zadání bakalářské práce: 27.11.2013 V Brně dne doc. RNDr. Jan Helešic, Ph.D. ředitel Ústavu botaniky a zoologie
Zadání bakalářské práce převzal dne:
Podpis studenta
Poděkování Na tomto místě bych chtěla poděkovat především Vítkovi Syrovátkovi za jeho cenné rady, odborné vedení a veškerý čas, který mi věnoval. Dále chci poděkovat své konzultantce Vendule Křoupalové za pomoc při determinaci dvoukřídlých, Michalu Horsákovi za užitečné rady a Michalu Hájkovi za poskytnutí cenných informací. Velký dík patří i mé rodině, která mě nejen při psaní bakalářské práce, ale i při celém studiu podporovala.
Prohlášení Prohlašuji, že jsem svoji bakalářskou práci vypracovala samostatně s využitím informačních zdrojů, které jsou v práci citovány.
Brno 29. dubna 2014
……………………………… Martina Hortvíková
Obsah
1. Úvod………………………………………………….………..…...………..…….10 1.1 Minerotrofní gradient………………………………………….…..….........10 1.2 Rozšíření a habitatové nároky druhu Gammarus fossarum....…..…11 1.3 Potravní nároky druhů čeledi Gammaridae……………………..……..13 1.4 Potravní nároky druhu Gammarus fossarum………………..………...14 1.5 Chironomidae na slatiništích..............…………………..……………….14 1.6 Cíle…………...…………....................................................................…...15 1.7 Představení experimentu....………………………………………….……16 1.8 Otázky.....................................................................................................16 1.9 Odpovědi na rešeršní otázky................................................................18 2. Metodika…………………....…………………………………………...……......19 2.1 Určení množství exponovaných blešivců...........................................19 2.2 Pilotní experiment...........……………………………………...……...…...20 2.3 Design klecí……………………………………………………....…............23 3. Výsledky…………………………………………………………………...……...23 3.1 Vyhodnocení pilotního experimentu……………………………......…..23 4. Závěr……………………………………………………………………....…........26 5. Seznam použité literatury…………………………………...………....….......27
1. Úvod 1.1 Minerotrofní gradient Neexistuje žádný druh, který by se vyskytoval na celém světě. To je dáno heterogenitou individuálních požadavků druhů, které určují jejich rozmístění podél gradientů životního prostředí (HORSÁK, 2006). Tyto gradienty vymezují různé faktory životního prostředí (ØKLAND, 1992 in HORSÁK, 2006), mezi které patří např. chemické faktory (HORSÁK & CERNOHORSKY, 2008; JONES & McMAHON, 2009) a vlastnosti substrátu (SYROVÁTKA et al., 2012) vytvářející důležité ekologické filtry pro vodní organismy. Na prameništích nejvíce patrný gradient je tzv. minerotrofní gradient. Jedná se o gradient pH a minerální bohatosti (tzv. poor-rich gradient), který popsal MALMER (1986 in BOJKOVÁ, 2009) na rašeliništní vegetaci ve Skandinávii. Je to postupná změna v druhovém složení a bohatosti vegetace od extrémně minerálně bohatých pěnovcových slatinišť a přechodových rašelinišť po kyselá, minerálně chudá vrchoviště. Tento významný minerotrofní gradient, který představuje hlavní gradient na prameništích (nejméně naředěná voda) je dán změnou pH (BREHM & MEIJERING, 1982) a koncentrace vápenatých iontů a také ostatních minerálů (hořčík a železo) a dalších makroelementů (draslík, fosfor a amoniakální dusík) (WHEELER & PROCTOR, 2000). Zásadně ovlivňuje složení a druhovou bohatost společenstev různých skupin organismů, např. cévnatých rostlin a mechů (HÁJEK et al., 2006), řas (POULÍČKOVÁ et al., 2003), krytenek (OPRAVILOVÁ & HÁJEK, 2006), měkkýšů (HORSÁK & HÁJEK, 2003) a pakomárů (SYROVÁTKA et al., 2012). Protože však spolu s chemií vody dochází podél tohoto gradientu ke komplexním změnám v charakteru prostředí – zejména substrátu, není možné jednoznačně určit, zda hlavním důvodem výměny druhů podél minerotrofního gradientu je chemické složení vody, vlastnosti substrátu, nebo (SYROVÁTKA et al., 2012; OMELKOVÁ et al., 2013).
10
obojí
1.2 Rozšíření a habitatové nároky druhu Gammarus fossarum Podle HORSÁKA (2013) je blešivec potoční Gammarus fossarum Koch 1835 členovec (Arthropoda) patřící do skupiny korýšů (Crustacea) s rozlišenými končetinami (Amphipoda) a v ní do čeledi Gammaridae. Patří mezi nejméně konkurenceschopného zástupce čeledi (MEIJERING, 1971). Specializuje se na prameniště, horské potoky a říčky, kde osidluje především horní části toků s menším proudem (MAYER et al., 2012), kde dochází k přirozené sedimentaci rostlinného opadu a jiných zbytků rostlin (LELLÁK et al., 1982). Z dolních částí je vytlačován jinými druhy rodu Gammarus (G. pulex Linnaeus 1758, G. roeseli Gervais 1835) (NESEMANN et al., 1995). Pokud však koexistuje s těmito druhy, vyskytuje se v místech s největší rychlostí proudu (KARAMAN & PINKSTER, 1977; PÖCKL, 1995). BREHM & MEIJERING (1982) uvádí, že Gammarus fossarum je, vzhledem k hodnotě pH vody, hned ve třech bodech méně konkurenceschopný než jeho sesterský taxon Gammarus pulex. 1) Gammarus pulex snáší nižší pH než Gammarus fossarum, který patří mezi druhy citlivé na kyselé prostředí (RADDUM & SKJELKVALE, 2001; SIMČIČ & BRANCELJ, 2006). pH optimum Gammarus fossarum je v rozmezí 7 – 9 (SCHRIMPFF & FOECKLER, 1985b; PÖCKL, 1995; SIMČIČ & BRANCELJ, 2006). BREHM & MEIJERING (1982) uvádí, že při pH 6 – 5 se Gammarus fossarum vyskytuje velmi vzácně a pH hodnoty nižší než 5 jsou pro jeho život kritické. Podle studie autorů DANGLES & GUÉROLD (2000) je Gammarus fossarum ještě schopen v prostředí o pH 6 přijímat potravu. Pokud je však vystaven prostředí o pH 4,9, kompletně ztrácí schopnost požírat potravu. Větší míra úmrtnosti vzhledem ke zvyšování acidity je způsobena především nárůstem koncentrací volných vodíkových iontů (BREHM & MEIJERING, 1982). To vede k větší spotřebě kyslíku, následnému zhroucení metabolismu a nakonec ke smrti organismu (SIMČIČ & BRANCELJ, 2006). FELTEN & GUEROLD (2001) uvádí, že vystavení druhu Gammarus fossarum stresu, ve formě
acidifikace
prostředí,
zapříčiňuje
respiračního systému.
11
selhání
iontově-regulačního
a
2) Díky větší mobilitě je Gammarus pulex schopný rychleji migrovat do toku, který byl dočasně acidifikován. 3) Může účinněji regulovat pH vody prostřednictvím svých výměšků. S ohledem na studii autorů BREHM & MEIJERING (1982) se experimentálně prokázalo, že druhy rodu Gammarus mohou zvýšit pH média pomocí amoniaku, který jako odpadní metabolit vylučují spolu s exkrementy. Gammarus pulex je větší než Gammarus fossarum, takže je schopen vyloučit více amoniaku. Podle GOEDMAKERS (1981) a BERACKO et al. (2012) je Gammarus fossarum široce rozšířený ve východní a centrální Evropě a jedná se o druh spíše oligostenotermní. Vyskytuje se v prostředí málo znečištěném, proto jej můžeme zařadit mezi bioindikátory kvality vody (GOEDMAKERS, 1981). Nejvyšších hustot pak dosahuje na bazických prameništích. Velmi důležitá je pro něj nižší teplota vody, která pozitivně ovlivňuje jeho život, reprodukci a růst
(BERACKO et al., 2012). MACNEIL et al. (1997) a PEETERS & GARDENIERS (1998) zmiňují ještě i jiné faktory, jako je salinita, kyslík, znečištění a již zmiňované pH vody.
Obr. 1 Zaznamenaný výskyt druhu Gammarus fossarum na území České republiky. Převzato z: http://hydro.chmi.cz/isarrow/objects.php?objekty_biodata=1&taxon=Gammarus %20fossarum. (URL 1)
12
1.3 Potravní nároky druhů čeledi Gammaridae V České republice žije 5 druhů z čeledi Gammaridae. Jedná se o tyto druhy: Gammarus fossarum, Gammarus roeselii, Dikerogammarus villosus Sowinsky 1894, Gammarus pulex a Gammarus lacustris Sars 1863 (KARAMAN & PINKSTER, 1977; URL 2; URL 3). Mezi sebou se liší potravními nároky. Dikerogammarus villosus patří (spolu s Dikerogammarus haemobaphes a Pontogammarus robustoides) k největším predátorům řádu Amphipoda a je označován jako „killer shrimp“, protože jeho potravní strategie je podobná malé bentické rybě (DICK & PLATVOET, 2000). Tito tři zmínění zástupci jsou silnými invazními druhy a jsou velkými konkurenty druhům domácím (BACELA-SPYCHALSKA & VAN DER VELDE, 2013). Mají větší potravní nároky než původní druhy, což může vést k rychlému růstu populace těchto cizích druhů a k vytlačení původních a méně konkurence schopných zástupců (VAN RIEL et al., 2007; PLATVOET et al., 2009), jako je
např. Gammarus fossarum (BACELA-SPYCHALSKA & VAN DER VELDE, 2013). Tradičně jsou druhy rodu Gammarus známí především jako tzv. „kouskovači“ (shredders) (SCHRIMPFF & FOECKLER, 1985a; KELLY et al., 2002; BERACKO et al., 2012; BACELA-SPYCHALSKA & VAN DER VELDE, 2013). To znamená, že se živí odumřelou rostlinnou tkání (nejčastěji opadem listí a detritem), kterou rozdělí na menší části. Tyto kousky jsou pak zpracovány jinými vodními bezobratlými, např. pošvatkami (Plecoptera). Tím tedy výrazně přispívají k celkovému koloběhu živin v menších tocích. Avšak zejména laboratorní studie ukazují, že např. Gammarus pulex může být agresivní vůči stejnému druhu s poměrně běžným výskytem kanibalismu a predace na makrozoobentosu (PÖCKL, 1995; MACNEIL et al., 1997; KELLY et al., 2002). Pomocí jiného experimentu se ukázalo, že Gammarus pulex je příležitostný dravec, který může být nebezpečný pro jiné bezobratlé, i když jsou přítomny alternativní
zdroje
potravy
(rostlinný
materiál)
(KELLY
et
al.,
2002;
VALLENDUUK & MOELEKER, 2012). Mělo by se tedy přistupovat k blešivci
13
jako k všežravci, který využívá celou řadu potravních strategií ke zvýšení své fitness. Avšak ve srovnání se zmíněným D. villosus, D. haemobaphes a P. robustoides jsou blešivci rodu Gammarus menší predátoři, jako např. Gammarus fossarum (BACELA-SPYCHALSKA & VAN DER VELDE, 2013). Při experimentu obsahoval trávicí trakt blešivce potočního pouze 3 % živočišné tkáně, zatímco u D. haemobaphes a P. robustoides bylo nalezeno 30 % živočišného materiálu. 1.4 Potravní nároky druhu Gammarus fossarum
Nejčastějším zdrojem potravy druhu Gammarus fossarum jsou zbytky rostlin (hlavně opad listí) a části vegetace ponořené ve vodě (LELLÁK et al.,1982; DANGLES & MALMQVIST, 2004), které je schopen strávit díky amylázám (MACNEIL et al., 1997). Příležitostně však může zkonzumovat i živočišnou potravu, např. menší bezobratlé (LELLÁK et al., 1982; MACNEIL et al., 1997; BACELA-SPYCHALSKA & VAN DER VELDE, 2013).
1.5 Chironomidae na slatiništích Zástupci čeledi pakomárovití (Chironomidae) jsou součástí řádu dvoukřídlí (Diptera) a patří mezi Holometabola, tedy mezi hmyz s proměnou dokonalou (HORSÁK, 2013), vyznačující se čtyřmi funkčně i morfologicky zcela odlišnými stadii vývoje – vajíčko, larva, kukla (pupa), imago (dospělec). Většinu života tráví pakomáři jako larvy, které se vyvíjejí ve vodním prostředí. Larvy jsou malé, eucefální s červovitým tělem. Na předohrudi mají jeden pár panožek a jeden pár pošinek na konci zadečku. Ty jim umožňují relativně pomalý píďalkovitý pohyb. Celkově působí dojmem malých, bezbranných „červíků“. Pro svoji ochranu si obvykle staví rourky nebo schránky, které jsou druhově specifické (HERSHEY, 1987; MACCHIUSI & BAKER, 1991). Nejčastěji
14
jsou vytvořeny z jemného detritu slepeného pomocí sekretu slinných žláz, přilepené k podkladu, výjimečně mohou být přenosné. Chironomidae jsou druhově jednou z nejbohatších čeledí řádu Diptera s vodními larvami (ORENDT, 2000; BIASI et al., 2013). Jedná se o bentické bezobratlé obývající nejrůznější typy vodního (tekoucí i stojaté vody), popř. vlhkého prostředí (půdy, komposty). Můžeme se s nimi setkat na prameništích, kde jsou druhově nejbohatší skupinou hmyzu (SYROVÁTKA et al., 2012). Na rozdíl od druhu Gammarus fossarum jsou někteří pakomáři schopni žít i v prostředí s nízkým pH (OMELKOVÁ et al., 2013). Podél minerotrofního gradientu se mění druhové složení jejich společenstva (SYROVÁTKA et al., 2012). Např. pouze na bazických slatiništích se můžeme setkat s některými druhy pakomárů, kteří si staví přenosné schránky z minerálního substrátu (např. Neostempellina thienemanni Reiss 1984, Stempellina bausei Kieffer 1911) (SYROVÁTKA, ústní sdělení). Tvorba přenosných schránek, u larev pakomárů neobvyklý jev, by mohla představovat adaptaci na vyšší predační nebo disturbační tlak na bazických slatiništích. Protože Gammarus fossarum dosahuje na bazických slatiništích úctyhodných hustot (destitisíce jedinců na m 2), nabízí se, že by on mohl být představitelem tohoto predačního nebo disturbačního tlaku. Není sice považován za predátora v úzkém slova smyslu, ale při takto vysoké hustotě je představitelné, že by svým pohybem a ochutnáváním všeho kolem sebe mohl společenstvo bezbranných larev pakomárů omezovat či dokonce ohrožovat. 1.6 Cíle Cílem bakalářské práce je pomocí rešerše a pilotní studie připravit experiment, díky kterému budu moci otestovat, zda Gammarus fossarum představuje predační nebo disturbační tlak na společenstvo larev slatiništních pakomárů.
15
1.7 Představení experimentu Na lokalitu s nízkým pH experimentálně umístíme do klecí jisté množství jedinců druhu Gammarus fossarum, kteří se tu normálně nevyskytují. Necháme ho tak působit na společenstvo larev pakomárů, jež na blešivce nejsou zvyknuté a adaptované. Po jisté době expozice odebereme celkem 30 vzorků. 10 vzorků z klecí, ve kterých budou umístěni blešivci, 10 vzorků z klecí, ve kterých blešivci nebudou a 10 vzorků referenčních. Důvodem toho, že mezi vzorky klecí s blešivci a kontrolu zařadíme jako další treatment klece bez blešivců je, že i samotná klec by mohla mít vliv na společenstvo larev pakomárů. Je to věc, která nepřirozeně omezuje prostředí, ve kterém se pakomáři normálně vyskytují. Například, voda v těchto klecích by mohla být teplejší než voda okolní. Je tedy zapotřebí otestovat jak vliv blešivce, tak vliv klece na společenstvo pakomárů. 1.8 Otázky Při plánování experimentu se objevilo několik otázek, na které bylo třeba najít odpovědi. Vhodným zkombinováním poznatků z těchto odpovědí a správným nastavením experimentu zvýšíme pravděpodobnost jeho úspěšného provedení. Otázky ohledně designu mohu, pro lepší přehlednost, rozdělit do dvou skupin: Otázky I, na které lze odpovědět s pomocí literární rešerše.
Kde?
Lokalita, která bude pro experiment vybrána, musí být hodně velká, abychom na ní mohly umístit 20 klecí a následně odebrat 30 vzorků. Dále je nutné, aby zde byla dostatečná abundance larev pakomárů a specifická hodnota pH. Ta musí odpovídat okraji blešivcova výskytu, ale zároveň musí splňovat podmínku, že v takovém pH je ještě Gammarus fossarum schopen aktivně požírat potravu.
16
Jak velcí?
Podle dostupné literatury se ukázalo, že ne všichni blešivci jsou schopni požírat živočišnou potravu. Proto je důležité pro experiment zvolit tak velké blešivce, kteří nepohrdnou masitou potravou.
Kdy?
Období, které je vhodné pro uskutečnění experimentu, závisí na dvou faktorech. V těchto měsících se musí na lokalitě vyskytovat dostatek larev pakomárů a zároveň musíme mít z blízkého okolí k dispozici větší množství „dospělých“ velkých blešivců. Otázky II, na které lze odpovědět intuitivně, ale takové odpovědi je ještě nutné ověřit v terénu.
Jak velké vzorky?
Velikost vzorků souvisí s početností larev pakomárů na zvolené lokalitě a také s časovou náročností zpracování vzorků.
Kolik?
Množství blešivců vložených do jedné klece musí být dostatečné, aby se mohl projevit jejich efekt na společenstvo larev pakomárů, ale zároveň musí být přirozené i pro bazická prameniště.
Jak dlouho?
Doba expozice musí být zvolena tak, aby se vůbec mohl projevit predační popřípadě disturbační efekt blešivce, ale na druhou stranu nemůže být moc dlouhá. V takovém případě by hrozilo, že blešivci vystavení příliš dlouhou dobu takovému (kyselému) prostředí zemřou. Musí se také počítat s faktem, že blešivci by po delší době strávené v kleci mohli všechny larvy pakomárů sežrat.
17
1.9 Odpovědi na rešeršní otázky
Kde?
Experiment bude probíhat na lokalitě Obidová, která má dostatečnou velikost pro umístění 30 vzorků a je zde vysoká abundance druhů čeledi Chironomidae. Při pilotním experimentu byla pomocí pH metru naměřena hodnota pH = 6,1. To podle literatury odpovídá okrajové hodnotě pro výskyt druhu Gammarus fossarum, ale zároveň při tomto pH je blešivec stále schopen aktivně žrát potravu (DANGLES & GUÉROLD, 2000).
Jak velcí?
Velikost blešivců, které budeme dávat do klecí, souvisí s jejich schopností žrát živočišnou potravu. HELLMANN et al. (2013) totiž tvrdí, že zdaleka ne každý blešivec může predovat. V této studii se ukázalo, že u zástupců menších než 5 mm nebylo prokázáno, že se živí živočišnou potravou. Pro náš experiment budeme tedy vybírat pouze jedince větší než 5 mm.
Kdy?
Velikost těla blešivce závisí na jeho životním cyklu (BERACKO et al., 2012). Jedinců větších než 5 mm je podle studie nejvíce v jarních měsících - dubnu a květnu. Pro jarní období by nahrával i fakt, že larvy pakomárů jsou těsně před zakuklením. To znamená, že jsou dostatečně velké, což by usnadnilo jejich následnou determinaci. Proto se experiment bude odehrávat na jaře.
18
Obr. 2 Velikostní rozložení výskytu druhu Gammarus fossarum v čase. Šířka každého pole představuje relativní množství jedinců. Čísla v závorkách představují absolutní počet jedinců na 1 m2 za každý měsíc. Červená čára označuje hranici 5 mm. Jarní měsíce s nejvyšší abundancí velkých blešivců jsou označeny oranžovým kroužkem. Převzato z: BERACKO et al., 2012, Biologia.
2. Metodika 2.1 Určení množství exponovaných blešivců Ze starších a již dříve přebraných vzorků pramenišť jsem spočítala množství blešivců a změřila jejich velikosti pomocí binokulární lupy a milimetrového papíru. Měla jsem k dispozici celkem 4 typy pramenišť označované čísly 1 – 4. Typ 1 představuje ta nejvíce minerálně bohatá slatiniště, naopak typ 4 je označení pro nejkyselejší vrchoviště. Pro každý typ prameniště jsem vybrala 3 lokality, na kterých byly odebrány vzorky na jaře i na podzim vždy ve dvou habitatech. Habitat A označuje prameniště s tekoucí vodou a habitat B prameniště se stojatou vodu. Z každého typu prameniště jsem tedy zpracovala 12 vzorků a dohromady 48 vzorků. Poté jsem se zaměřila na ta nejbazičtější prameniště vzorkovaná na jaře. 382 blešivců byl maximální počet „velkých“ jedinců (> 5 mm) navzorkovaných na jaře na jednom z pramenišť typu 1. Z těchto abundancí na bazických slatiništích jsme následně odvodili počet jedinců, kteří budou vloženi do klece. Plocha naší klece:
19
Plocha vzorku na bazických prameništích: Přepočet množství blešivců na plochu klece:
Po roztřídění vzorků získaných z pilotního experimentu byla zjištěna abundance druhů čeledi Chironomidae a Ceratopogonidae a výsledky byly zpracovány pomocí grafu v programu Microsoft Excel. 2.2 Pilotní experiment Správnost intuitivních odpovědí na otázky typu II bylo potřeba ověřit v terénu. Jako nejvhodnější místo pro experiment byla vybrána lokalita Obidová, která splňuje všechny již zmíněné podmínky. Jedná se o přírodní památku, která byla vyhlášená roku 1991. Nachází se v Moravskoslezském kraji v katastru obce Krásná pod Lysou horou. Tato památka má rozlohu asi 7,3 ha a předmětem ochrany jsou zde hlavně unikátní mokřadní ekosystémy, které hostí řadu chráněných a ohrožených druhů rostlin a živočichů. Většina území Přírodní památky Obidová leží v nadmořské výšce asi 750 m n. m., v údolí prameniště Sihelského potoka (URL 4).
Obr. 3 Mapa České republiky. Červená šipka ukazuje na lokalitu Obidová. Převzato z: http://www.zemepis.com/ozmcr.php. (URL 5)
20
Pilotní experiment proběhl z časových důvodů na podzim 5. 10. 2013. Předmětem tohoto experimentu bylo vyzkoušet, zda je nastavení pokusu správné. V obci Krásná jsme lovili blešivce v epiritrálním potůčku, pravobokém přítoku Sihelského potoka. Z hodnot abundancí blešivců na bazických prameništích jsme odvodili počet zástupců, kteří budou vloženi do klece. 300 jedinců je maximální abundance blešivců pro jednu klec. Při samotném experimentu budeme pokládat 10 klecí s blešivci a nalovit dohromady 3000 jedinců by bylo velmi časově náročné. Proto jsme se rozhodli vyzkoušet, zda by nestačil pouze poloviční počet blešivců v kleci. Takže do tří plastových krabic jsme nalovili 2x 300 blešivců a 1x 150 blešivců. Poté jsme se přemístili na slatiniště Obidová, kde jsme položili 2 klece. Jako nejvhodnější místo jsme zvolili jižní cíp slatiniště, obklopený lesem.
Obr. 4 Letecký snímek lokality Obidová. Žlutá šipka ukazuje na místo, kde byly situovány klece. Převzato z: https://www.google.cz/maps/@49.51664,18.5240145,470m/data=!3m1!1e3?hl= cs. (URL 6)
21
Do jedné klece jsme vložili 300 jedinců druhu Gammarus fossarum a do druhé 150 jedinců. Poté jsme na místě změřili teplotu vody, konduktivitu, pH a zaznamenali další abiotická data týkající se organického substrátu (CPOM – hrubě partikulovaná organická hmota, FPOM – jemně partikulovaná orhanická hmota, podíl trávy a řas ve vzorku). Do připravené nádoby jsme odebrali místní vodu, do níž jsem pak dala polovinu zbývajících 300 blešivců. Chovala jsem je v termostatu, pravidelně jsem doplňovala vodu, nechala jsem ji provzdušňovat kyslíkem a podle potřeby jsem přidávala listy (potrava pro blešivce). Zbývajících 150 blešivců jsem usmrtila ve 4 % formaldehydu a změřila jejich velikostní rozmanitost, abych se ujistila, že jsme opravdu lovili jedince schopné predace. Po pěti týdnech expozice jsme 14. 11. 2013 odebrali 3 vzorky. Vzorek z klece se 300 blešivci, vzorek z klece se 150 blešivci a vzorek okolní vody, jako kontrolu. Vzorky byly odebrány do hloubky asi 5 cm i s větší částí vegetace. Dále byly promývány v síťce (250 μm) a substrát byl zafixován ve 4 % formaldehydu.
Obr. 5 Umístění klecí na Obidové.
22
2.3 Design klecí Pro účely experimentu bylo zhotoveno 20 novodurových kruhových klecí o průměru 25 cm. Z horní i spodní části jsou otevřené a po obvodu jsou vyříznuta vždy 4 okénka ve výšce 5 cm od okraje. Do těchto okének je vložena síťka o průměru ok 162 µm, aby bylo zajištěno neustálé proudění vody skrz tuto klec. Klec je pak zapravena do terénu tak, aby pod ní nemohlo nic prolézt a aby část okének byla pod úrovní hladiny vody a tím se dosáhlo kontinuálního proudění vody přes klec. Horní část klece je pak přikryta síťkou, která slouží jako bariéra proti živočichům, kteří by mohli svou přítomností narušit probíhající experiment. 3. Výsledky 3.1 Vyhodnocení pilotního experimentu V místech, kde byly situovány klece, jsem změřila a zaznamenala tato abiotická data: pH = 6,1; konduktivita = 71,1 μS/cm, T = 3,5 °C
podíl volné hladiny
CPOM FPOM tráva
řasy
kontrola
70 %
10 %
30 %
10 %
50 %
150 blešivců
70 %
35 %
30 %
5%
30 %
300 blešivců
70 %
20 %
20 %
5%
55 %
Tab. 1 Vyhodnocení abiotických dat před odebráním vzorků. Z hlediska vizuálního vyhodnocení si byly všechny tři vzorky velmi podobné. Podíl volné hladiny vody u všech činil asi 70 %. Zbývající třetina byla tvořena trávou a řasami, přičemž nejméně řas bylo zaznamenáno ve vzorku klece se 150 blešivci. Podíl FPOM se opět nijak výrazně nelišil, zato podíl CPOM byl nejvyšší ve vzorku klece se 150 blešivci a naopak nejnižší ve vzorku referenčním.
23
Na základě literární rešerše, dat z předchozích odběrů na bazických prameništích a pilotní studie jsem dospěla k těmto výsledkům:
Jak velké vzorky?
Při pilotním experimentu jsme používali klece o standardním průměru 25 cm. Taková velikost vzorku se osvědčila jak v terénu, tak při přebírání, takže rozměry klecí nebudeme měnit.
Kolik?
Maximální možný počet jedinců v jedné kleci byl odvozen z abundancí blešivce na bazických prameništích a přepočten na plochu klece. Podle výše uvedených výpočtů (kap. 2.1) se do každé klece může dát maximálně 300 blešivců.
Obr. 6 Krabicové grafy abundancí druhu Gammarus fossarum na prameništích. Typ 1 označuje nejbazičtější prameniště, typ 4 nejkyselejší. Habitat A představuje prameniště s tekoucí vodou a habitat B prameniště se stojatou vodou. Graf vytvořil vedoucí práce. 24
Po vyhodnocení výsledků z pilotního experimentu se ukázalo, že efekt na společenstvo larev pakomárů se projeví už při polovičním množství blešivců, než se původně zamýšlelo (Obr. 7). Do každé klece se tedy bude dávat jen 150 jedinců druhu Gammarus fossarum a tím se ušetří čas, který můžeme věnovat samotnému pokládání klecí. Po přebrání vzorků z pilotního experimentu se potvrdilo, že larvy pakomárů tvoří jednu z hlavních složek makrozoobentosu. Z výsledků je patrné, že se zvyšujícím se počtem blešivců v kleci klesá abundance pakomárovitých. Tento trend by mohl být iniciován efektem blešivce na larvy pakomárů. Další velmi početnou skupinou ve vzorcích byla čeleď pakomárocovití (Ceratopogonidae), s nejhojnějším zástupcem rodu Atrichopogon sp., u které byly zaznamenány podobné výsledky.
1000 900 800 Abundance
700 600 500 400 300 200 100
Ceratopogonidae
0 kontrola
150 blešivců
300 blešivců
Chironomidae
Vzorek
Obr. 7 Graf abundance dvou nejpočetnějších čeledí v jednotlivých vzorcích.
Jak dlouho?
Z laboratorního testu jsem zjistila, že Gammarus fossarum je při pH 6 opravdu schopen přežívat a dokonce i přijímat potravu. Tento pokus trval 5 týdnů. Po vyhodnocení pilotního experimentu, který trval také 5 týdnů, mohu potvrdit, že se společenstvo larev pakomárů změnilo. Počet larev ve vzorcích s blešivci se snížil oproti vzorku kontrolnímu. To by mohlo být iniciováno
25
přítomností blešivce. Jistý efekt byl tedy zaznamenán, takže při konečném experimentu bude délka expozice opět 5 týdnů. 4. Závěr Podle pilotní studie se zdá, že efekt blešivce na společenstvo slatiništních pakomárů je možné opravdu očekávat. Navíc se zdá, že pro navazující experiment bude stačit expozice polovičního počtu blešivců, než jsme původně zamýšleli (150 jedinců pouze). Snížený počet blešivců má dvě výhody: jednak bude méně náročné nasbírat jich takové množství, navíc bude jejich tlak bližší přirozeným podmínkám na bazických slatiništích (nebude se jednat o maximální, ale o běžnou hustotu). Finální design experimentu bude tedy vypadat následovně: Na jaře položíme na lokalitu Obidová 20 klecí o průměru 25 cm. Do deseti z nich vložíme vždy 150 jedinců druhu Gammarus fossarum schopných predace, tedy blešivce větší než 5 mm. Po 5 týdnech expozice odebereme celkem 30 vzorků. 10 vzorků z klecí s blešivci, 10 vzorků z klecí bez blešivců a 10 vzorků z okolních plošek, které budu používat jako kontrolu. Všechny vzorky budou následně přebrány a nalezené druhy determinovány. Získaná data budou použita v mé diplomové práci.
26
5. Seznam použité literatury BACELA-SPYCHALSKA, K. & VAN DER VELDE, G., 2013. There is more than one ‘killer shrimp’: trophic positions and predatory abilities of invasive amphipods of Ponto-Caspian origin. Freshwater Biology 58: 730741. BERACKO, P., SÝKOROVÁ, A. & ŠTANGLER, A., 2012. Life history, secondary production and population dynamics of Gammarus fossarum (Koch, 1836) in a constant temperature stream. Biologia 67: 164-171.
BIASI, C., TONIN, A. M., RESTELLO, R. M. & HEPP, L. U., 2013. The colonisation of leaf litter by Chironomidae (Diptera): The influence of chemical quality and exposure duration in a subtropical stream. Limnologica 43: 427-433. BOJKOVÁ, J., 2009. Variabilita makrozoobentosu podél minerálnětrofického gradientu prameništních slatinišť. Disertační práce, Masarykova univerzita, Brno.
BREHM, J. & MEIJERING, M. P. D., 1982. On the sensitivity to low pH of some selected freshwater crustaceans (Daphnia and Gammarus, Crustacea). Archiv für Hydrobiologie 95 (1/4): 17-27. DANGLES, O. & GUÉROLD, F. A., 2000. Feeding activity of Gammarus fossarum (Crustacea: Amphipoda) in acidic and low mineralized stress. Verhandlungen des Internationalen Verein Limnologie 27: 1-4.
DANGLES,
O.
&
MALMQVIST,
B.,
2004.
Species
richness–
decomposition relationships depem on species dominance. Ecology Letters 7: 395-402.
27
DICK, J. T. A. & PLATVOET, D., 2000. Invading predatory crustacean Dikerogammarus villosus eliminates both native and exotic species. Proceedings of the Royal Society of London B 267: 977-983.
FELTEN, V. & GUEROLD, F., 2001. Hyperventilation and loss of hemolymph Na+ and Cl– in the freshwater amphipod Gammarus fossarum exposed to acid stress: a preliminary study. Diseases of Aquatic Organisms 45: 77-80. GOEDMAKERS, A., 1981. Polulation Dynamics of three Gammarid species (Crustacea, Amphipoda) in a French chalk stream. Bijdragen tot de Dierkunde 51 (2): 181-190. HÁJEK, M., HORSÁK, M., HÁJKOVÁ, P. & DÍTĚ, D., 2006. Habitat diversity of central European fens in relation to environmental gradients and an effort to standardise fen terminology in ecological studies. Perspectives in Plant Ecology, Evolution and Systematics 8: 97-114.
HELLMANN, C., WISSEL, B. & WINKELMANN, C., 2013. Omnivores as seasonally important predators in a stream food web. Freshwater Science 32 (2): 548-562.
HERSHEY, A. E., 1987. Tubes and foraging behaviour in larval Chironomidae: implications for predator avoidance. Oecologia 73: 236241. HORSÁK, M., 2006. Mollusc community patterns and species response curves along a mineral richness gradient: a case study in fens. Journal of Biogeography 33: 98-107. HORSÁK, M., 2013. Systém bezobratlých. Sylabus k přednáškám, staženo 15. 2. 2013 z
28
https://is.muni.cz/auth/el/1431/podzim2013/Bi1030/System_bezobratlyc h__zar_2013.pdf.
HORSÁK, M. & CERNOHORSKY, N., 2008. Mollusc diversity patterns in Central European fens: hotspots and conservation priorities. Journal of Biogeography 35: 1215-1225.
HORSÁK, M. & HÁJEK, M., 2003. Composition and species richness of mollusc communities in relation to vegetation and water chemistry in the Western Carpathian spring fens: the poor-rich gradient. Journal of Molluscan Studies 69: 349-357.
JONES, S. E. & McMAHON, K. D., 2009. Species-sorting may explain an apparent
minimal effect of immigration on freshwater bacterial
community dynamics. Environmental Microbiology 11 (4): 905-913.
KARAMAN, G. S. & PINKSTER, S., 1977. Freshwater Gammarus species from Europe, north
Africa and adjacent regions of Asia
(Crustacea-Amphipoda) PART I. Gammarus pulex-group and related species. Bijdragen tot de Dierkunde 47 (1): 1-97.
KELLY, D. W., DICK, J. T. A. & MONTGOMERY, W. I., 2002. The functional role of Gammarus (Crustacea, Amphipoda): shredders, predators, or both? Hydrobiologia 485: 199–203. LELLÁK, J., KOŘÍNEK, V., FOTT, J., KOŘÍNKOVÁ, J. & PUNČOCHÁŘ, P., 1982. Biologie vodních živočichů. Univerzita Karlova, Praha. MACCHIUSI, F. & BAKER, R. L., 1991. Prey behaviour and sizeselective predation by fish. Freshwater Biology 25: 533-538.
29
MACNEIL, C., DICK, J. & ELWOOD, R., 1997. The trophic ecology of freshwater
Gammarus
spp.(Crustacea:Amphipoda):
problems
and
perspectives concerning the functional feeding group concept. Biological Rewiews 72: 349-364.
MALMER, N., 1986: Vegetational gradients in relation to environmental conditions in north western European mires. Canadian Journal of Botany 64: 375-383.
MAYER, G., MAAS, A. & WALOSZEK, D., 2012. Mouthpart Morphology of Three Sympatric Native and Nonnative Gammaridean Species: Gammarus pulex, G. fossarum, and Echinogammarus berilloni (Crustacea: Amphipoda). International Journal of Zoology 2012. MEIJERING, M. P. D., 1971. Die Gammarusfauna der Schlitz-lander Fliessgewasser. Archiv für Hydrobiologie (68) 4: 575-608. NESEMANN, H., PÖCKL, M. & WITTMANN, K. J., 1995. Distribution of epigean Malacostraca in the middle and upper Danube (Hungary, Austria, Germany). Miscellanea Zoologica Hungarica 10: 49-68. ØKLAND, R. H., 1992. Studies in SE Fenoscandian mires: relevance to ecological theory. Journal of Vegetation Science 3: 279-284. OMELKOVÁ, M., SYROVÁTKA, V., KŘOUPALOVÁ, V., RÁDKOVÁ, V., BOJKOVÁ, J., HORSÁK, M., ZHAI, M. & HELEŠIC, J., 2013. Dipteran assemblages of spring fens closely follow the gradient of groundwater mineral richness. Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences 70: 689-700. OPRAVILOVÁ, V. & HÁJEK, M., 2006. The variation of testacean assemblages (Rhizopoda) along the complete base-richness gradient in
30
fens: A case study from the Western Carpathians. Acta Protozoologica 45: 191–204.
ORENDT, C., 2000. The chironomid communities of woodland springs and spring brooks, severely endangered and impacted ecosystems in a lowland region of eastern Germany (Diptera: Chironomidae). Journal of Insect Conservation 4: 79-91.
PEETERS, E. T. H. M. & GARDENIERS, J. J. P., 1998. Logistic regression as a tool for defining habitat requirements of two common gammarids. Freshwater Biology 39: 605-615.
PLATVOET, D., DICK, J. T. A., MACNEIL, C., VAN RIEL, M. & VAN DER VELDE, G., 2009. Invader– invader interactions in relation to environmental heterogeneity leads to zonation of two invasive amphipods, Dikerogammarus villosus (Sowinsky) and Gammarus tigrinus Sexton: amphipod pilot species project (AMPIS) report 6. Biological Invasions 11: 2085-2093. PÖCKL, M., 1995. Laboratory studies on growth, feeding, moulting and mortality in the freshwater amphipods Gammarus fossarum and G. roeselii. Archiv für Hydrobiologie 134 (2): 223-253. POULÍČKOVÁ, A., BOGDANOVÁ, K., HEKERA, P. & HÁJKOVÁ, P., 2003. Epiphytic diatoms of the spring fens in the flysh area of the Western Carpathians. Biologia 58: 749-757.
RADDUM, G. G. & SKJELKVALE, B. L., 2001. Critical limit of acidifying compounds to invertebrates in different regions of Europe. Water, Air, and Soil Pollution 130: 825-830.
31
SCHRIMPFF, E. & FOECKLER, F., 1985a. Gammarids in streams of northeastern Bavaria, F.R.G. I. Prediction of thein general occurence by selected hydrochemical variables. Archiv für Hydrobiologie (103) 4: 479495.
SCHRIMPFF, E. & FOECKLER, F., 1985b. Gammarids in streams of Northeastern Bavaria, F.R.G. II. The different hydrochemical habitats of Gammarus fossarum Koch, 1835 and Gammarus roeselii Gervais, 1835. Archiv für Hydrobiologie (104) 2: 269-286. SIMČIČ, T. & BRANCELJ, A., 2006. Effects of pH on electron transport system (ETS) aktivity and oxygen consumption in Gammarus fossarum, Asellus aquaticus and Niphargus sphagnicolus. Freshwater Biology 51: 686-694. SYROVÁTKA, V., BOJKOVÁ, J. & RÁDKOVÁ, V., 2012. The response of chironomid assemblages to mineral richness gradient in the Western Carpathian helocrenes. Fauna Norvegica 31: 117-124.
VALLENDUUK, H. & MOELEKER, M., 2012. The influence of predation by Gammaridae on invertebrates. Lauterbornia 75: 39-42.
VAN RIEL, M. C., HEALY, E. P., VAN DER VELDE, G. & BIJ DE VAATE, A., 2007. Interference competition among native and invader amphipods. Acta Oecologica 31: 282-289.
WHEELER, B. D. & PROCTOR, M. C. F., 2000. Ecological gradients, subdivisions and terminology of north-west European mires. Journal of Ecology 88: 187-203.
32
Internetové zdroje: URL 1: Arrow (Czech Approach): Assessment and Reference Reports of Water Monitoring. Výběr profilů jakosti povrchových vod [online]. © 2014 [cit. 2014-04-27]. Dostupné z: http://hydro.chmi.cz/isarrow/objects.php?objekty_biodata=1&taxon=Gammarus %20fossarum. URL 2: Arrow (Czech Approach): Assessment and Reference Reports of Water Monitoring. Taxonomický strom [online]. © 2014 [cit. 2014-04-26]. Dostupné z: http://hydro.chmi.cz/isarrow/taxontable.php?taxon_type=&taxon=gammarus&ab brev=&autor=&id_art=&send=Vyhledat. URL 3: Fauna Europaea. Name search [online]. © 2000 – 2014 [cit. 2014-0426]. Dostupné z: http://www.faunaeur.org/index.php. URL 4: Správa CHKO Beskydy. PP Obidová [online]. © 2014 [cit. 2014-0426]. Dostupné z: http://beskydy.ochranaprirody.cz/cinnost-spravy/ochrana-prirody/maloplosnazvlaste-chranena-uzemi/pp-obidova/. URL 5: Obecně zeměpisná mapa Čr. Zeměpis.com [online]. © 2014 [cit. 2014-04-19]. Dostupné z: http://www.zemepis.com/ozmcr.php. URL 6: Obidová. Google.com [online]. © 2014 [cit. 2014-04-27]. Dostupné z: https://www.google.cz/maps/@49.51664,18.5240145,470m/data=!3m1!1e3?hl= cs.
33
