The impact of Ponto Caspian invaders on the parasite communities of multiple hosts within West and Central European river systems

Hohenadler, Michael Andreas Alfred GND

Biological invasion has become one of the great threats to ecosystems worldwide. Frequently, invasion is caused by anthropogenic activities either intentionally due to an introduction of free-living organisms for agricultural or recreational purposes as well as unintentionally for instance if species are transported unperceived in cargo containers from one ecosystems to another. However, only a small amount of these species will be able to establish itself after entering a new habitat. As soon as a species is successful they might become invasive and cause negative effects to local biocoenosis that might lead to loss of biodiversity or eventually initiate a meltdown of the entire system. Biological invasion is a global problem, which is exacerbated inter alia by globalization, (wrong) environmental management and climate change. In that context Europe have become one of the hotspot for invasion where various Ponto-Caspian species that are considered very successful invaders established many self-sustaining communities. Ponto-Caspian (PC) species such as the zebra mussel, killer shrimp (Dikerogammarus villosus), round-, bighead-, and monkey goby usually adapt easily to environmental conditions and frequently become dominant species in newly invaded habitats. Additionally various PC species seem to favor the distribution of pathogens and parasites. However, these relatively new discovery are scarcely studied, which represents a general problem in the research of invasion biology since the effects of invasive species on parasites are frequently neglected. The ignorance towards parasites is surprising because they are considered as important response variable for ecosystems health. Generally, parasites contribute to 40 % of the biomass of an ecosystem, govern host behavior, and potentially alter the structure, dynamics and function of food webs.Therefore, the effects of invasion by the example of PC invasive species on local parasite communities were at the focus of the present doctoral thesis. Hence, their impact on parasite prevalence and infestation intensities within various hosts of habitats that were free of or invaded by PC species were compared and evaluated. Additionally, possible interactions of co-introduced PC parasites with local parasites and the consequences for local species were investigated. Thus, within a period of four years three local and one PC fish hosts as well as two different amphipod species were sampled in various rivers (in Germany, the Netherlands, Switzerland) and parasitological examined. The results were compared with each other and subsequently placed into context. The results of various substudies showed that PC species affect the parasite communities of recently invaded habitats on many layers. In this context, the acanthocephalan Pomphorhynchus laevis and the nematode Raphidascaris acus have been identified as key species since an increase in their prevalence in local hosts seem to be related to PC invasion. Furthermore, the interaction between P. laevis and other PC species might have caused the replacement of the local acanthocephalan P. tereticollis in invaded habitats and eventually directly encouraged interactions between P. laevis and other local parasites. The results of the present doctoral thesis have shown that effects of PC invasive species on parasites are multilayered and therefore suggest that not only PC species but invasive species in general might affect local parasite communities. Hence, parasites have to be integrated into proposed or existing conservation efforts, since invasive species might cause an increase of local parasites and/or a loss of parasite diversity, both with grave consequences for local environments.

Die Ausbreitung oder biologische Invasion von gebietsfremden Arten in neue Lebensräume, die häufig durch anthropogene Beeinflussung verursacht bzw. begünstigt wird, hat sich zu einem der großen Problemen unserer Zeit entwickelt. Dieser Einfluss ist vielschichtig und kann intendiert, wie bei der Einfuhr von Nutz- und Haustieren sowie durch den Anbau von gebietsfremden Pflanzen in der Agrarindustrie, oder nicht vorsätzlich sein wie z.B. bei dem unbemerkten Einschleppen von Organismen die in Frachtcontainern bzw. Ballastwassertanks von Schiffen mitreisen und dadurch in neue Lebensräume vordringen. In der Regel gelingt es jedoch nur einem kleinen Prozentsatz dieser Arten sich auch effektiv in einem neuen Gebiet zu etablieren. Sobald eine Art erfolgreich ist, kann sie Einfluss auf die Biozönose bzw. auf die Interaktionen zwischen verschiedenen Arten diese Ökosysteme nehmen oder sogar verschiedene Prozesse und Funktionen dieser Systeme stören oder beeinflussen. In der Folge kommt es gegebenenfalls zu Biodiversitätsverlust oder im Extremfall zu einem Zusammenbruch des ganzen Systems. Biologische Invasion ist dabei ein globales Problem das unteranderem durch die Globalisierung, (falsches) Umweltmanagement und den Klimawandel verstärkt wird. In diesem Zusammenhang ist Europa zu einem der Hostspots für Invasion geworden, in dem sich in den vergangenen Dekaden besonders viele invasive Arten aus dem pontokaspischen Raum angesiedelt haben. Diese Region liegt auf dem eurasischen Kontinent und umfasst unteranderem das Schwarze und Kaspische Meer. Durch verschiedene (neue) Migrationsrouten konnten sich Arten wie die Zebramuschel, der große Höckerflohkrebs, die Schwarzmaul-, Kessler- und Flussgrundel ohne große Schwierigkeiten über den ganzen europäischen Kontinent ausbreiten. Alle diese Arten können sich leicht an neue Habitate anpassen und schaffen es in der Regel sich durch ihr aggressives Konkurrenzverhalten gegenüber lokalen Arten durchzusetzen und nach kurzer Zeit häufig zu den dominanten Arten in diesen Gebieten zu werden. Zusätzlich scheinen viele pontokaspische Invasoren eine Rolle bei der Verbreitung von Parasiten und Krankheiten zu haben. Diese relativ neue Erkenntnis ist jedoch wenig erforscht, was ein generelles Problem in der Invasionsbiologieforschung offenlegt, da diese sich sehr selten mit den Effekten oder Interaktionen von invasiven Arten auf oder mit Parasiten beschäftigt, obwohl Parasiten als wichtiger Indikator für die Gesundheit von Ökosystemen gelten. Sie machen nach neustem Erkenntnisstand rund 40 % der Biomasse eines Systems aus, gelten als Regulatoren ihrer Wirtsorganismen und sind wichtiger Bestandteil von Nahrungsnetzten deren Strukturen, Dynamiken und Funktionen sie auch beeinflussen. Infolgedessen stand die Frage nach einem möglichen Effekt von Invasion, am Beispiel von verschiedenen pontokaspischen Arten, auf lokale Parasitengemeinschaften im Fokus der hier vorliegenden Doktorarbeit. Hierfür wurde der mögliche Einfluss von diesen Arten auf die Häufigkeit von Parasiten bzw. deren Befallsintensitäten bei verschiedener Wirtsarten, innerhalb von invadierten und nicht invadierten Habitaten, anhand von verschiedenen ökologischen Parametern evaluiert. Außerdem wurde untersucht, ob mögliche parallel eingeführte Parasitenarten mit lokalen Parasiten interagieren und was sich daraus für möglichen Konsequenzen für lokale Arten ergeben können. In einem Zeitraum von 4 Jahren wurden hierzu in verschiedenen Flüssen (innerhalb Deutschlands, der Schweiz und den Niederlanden) insgesamt 3 einheimische und eine invasive Fischart, sowie verschiedene Amphipodenarten beprobt und parasitologisch untersucht. Die hieraus hervorgehenden Ergebnisse konnten in der Folge miteinander verglichen und anschließende in den entsprechenden Kontext eingeordnet werden. Im Rahmen von verschiedenen Substudien wurde gezeigt, dass pontokaspische Arten vielschichtige Effekte auf die Parasitengemeinschaften von neuinvadierten Habitaten haben. In diesem Kontext wurden zwei Parasitenarten als Schlüsselarten identifiziert. Durch die Anwesenheit von pontokaspischen Wirtsarten scheinen sich besonders die Prävalenzen des ebenfalls pontokaspischen invasiven Kratzer Pomphorhynchus laevis und des einheimischen Nematoden Raphidascaris acus, in den untersuchten Wirten massiv erhöht zu haben. Des Weiteren wurden, wahrscheinlich durch das Zusammenwirken von P. laevis mit anderen pontokaspischenWirtsarten, zumindest eine einheimische Parasitenart (P. tereticollis) aus dem Hauptstrom des untersuchten Gewässers verdrängt. Schließlich scheinen pontokaspische Wirtsarten direkte Interaktionen zwischen pontokaspischen und lokalen Parasiten zu fördern bzw. zu begünstigen. Durch diese vielschichtigen Einflussnahmen lassen die Ergebnisse der vorliegenden Doktorarbeit den Schluss zu, dass nicht nur pontokaspische Arten, 16 sondern invasive Arten generell einen Einfluss auf lokale Parasitengemeinschaften haben. Daher schließt die Arbeit mit dem Appell, dass aufgrund der besonderen Bedeutung von Parasiten für die Biozönose verschiedener Ökosysteme und durch die Tatsache, dass Invasion zu höheren Befallsraten durch Parasiten für lokale Wirte und zu konkreten Nachteilen für einheimische Parasiten führt, Parasiten in Zukunft Teil von Managementplänen zum Naturschutz werden sollten bzw. müssen.

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Hohenadler, Michael Andreas Alfred12: The impact of Ponto Caspian invaders on the parasite communities of multiple hosts within West and Central European river systems. 2019.

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