Organismer infekterade av parasiter kan reagera annorlunda på temperaturförändringar än deras oinfekterade motsvarigheter, enligt ny forskning från University of Georgia. Studien av ett värd-parasitsystem i kustvattnen i sydöstra USA fann att en ökning med bara 2 grader Celsius kan vara tillräckligt för att få parasiten att dö ut lokalt, eftersom infekterade värdar inte kan överleva vid den högre temperaturen.

"De flesta organismer är infekterade av någon parasit, och många populationer kommer att ha en stor andel infekterade – i detta system, upp till 30 till 40 procent, " sade huvudförfattaren Alyssa Gehman. "När den stora andelen av befolkningen har ett annat svar på temperaturen, det påverkar hela befolkningens svar. Så om vi vill kunna förutsäga hur organismer kommer att reagera på miljöförändringar, vi måste kunna förutsäga hur infekterade organismer kommer att reagera."

Studien, "Värd- och parasittermisk ekologi bestämmer tillsammans effekten av klimatuppvärmningen på epidemidynamiken, " visas i Proceedings of the National Academy of Sciences .

Forskningen är inriktad på en population av lerkrabbor som lever på ostronrev nära Savannah, Georgien, och en invasiv parasit som infekterar dem. Mud krabbor är en vanlig art från Massachusetts till Texas. parasiten, en typ av havstulpan med ursprung i Mexikanska golfen, finns nu längs Atlantkusten från Florida till Long Island Sound. Den kastrerar sin värd och utvecklar ett externt reproduktionsorgan som producerar parasitavkommor. Dessa släpps ut i vattnet som frisimmande larver som söker sig till nya oinfekterade krabbor för att fungera som värdar.

Gehman, på den tiden en Wormsloe Institute for Environmental History Fellow och en doktorand vid Odum School of Ecology, arbetade med detta värd-parasitsystem på en annan forskningsfråga när hon märkte att infekterade krabbor dör i stort antal på sensommaren.

Intresserad av den höga sommardödligheten, Gehman arbetade med Odum School professor Jeb Byers för att designa en serie laboratorieexperiment för att fastställa temperaturområdena för parasiterna och för krabbor i olika stadier av sjukdomscykeln:oinfekterade, exponerade (koloniserade av parasiten men ännu inte producerar parasitavkomma) och infekterade (aktivt producerande parasitavkommor). Hon letade också efter de optimala temperaturerna för krabbans överlevnad och parasitens reproduktionsframgång.

Arbetar från UGA:s Skidaway Institute of Oceanography i Savannah, Gehman kunde genomföra sina experiment i anslutning till studieorganismernas naturliga livsmiljö. Hon samlade krabbor i alla tre sjukdomsstadierna från lokala ostronrev och under en åtta månader lång period utsatte hon dem för olika temperaturbehandlingar som spänner över det årliga temperaturintervallet för regionen. För krabbor, hon mätte överlevnadsgraden efter infektionsstatus, och för parasiter, reproduktionshastigheten.

Hon fann att det fanns stora skillnader i överlevnadsgrad för oinfekterade, utsatta och infekterade krabbor och i parasitreproduktion beroende på temperatur.

"Dessa skillnader visar att parasiterna påverkar hur värdar reagerar på temperatur, " sa Gehman. "När temperaturen stiger, parasitinfektion sänker värdens överlevnadsgrad."

För att avgöra vad som sannolikt kommer att hända med dessa organismer när klimatet värms upp, Gehman arbetade med medförfattaren Richard Hall från Odum School och College of Veterinary Medicine för att utveckla en modell som representerar värd-parasitsystemet, med hänsyn till de olika stadierna av sjukdomscykeln med hjälp av informationen från experimenten.

"Alyssas temperaturexperiment gav en unik möjlighet att utveckla modeller som förutsäger infektionsdynamik under framtida uppvärmning, ", sa Hall. "Medan det finns ett ökande intresse för att förstå temperatureffekter på sjukdomsbärande organismer som myggor, detta var en av de första studierna för att kvantifiera hur temperatur och parasitinfektion interagerar för att påverka värdens överlevnad och parasitproduktion. Vi kan sedan använda dessa modeller för att utforska hur årlig temperaturvariation, och framtida uppvärmning, kommer att påverka parasitöverföring vid Georgias kust och bortom."

De körde modellen med hjälp av veckomedeltemperaturdata beräknade från Georgia Coastal Ecosystem Long Term Ecological Research-webbplatsen, som har loggat vattentemperaturer i området i 12 år. Den del av krabbpopulationen som var infekterad visade en uttalad säsongscykel, med infektionsfrekvensen högst under de kallare månaderna vinter och tidig vår, faller av på senvåren och sommaren när vattentemperaturen stiger och värdarna – och följaktligen deras parasiter – dör i större antal. Modellen fångade alltså samma cykliska mönster som sågs i parasiten i fältdata.

"De komplicerade mätningarna av verkliga organismers reaktioner på temperatur kopplade till en matematisk modell är ett mycket arbetsintensivt företag, och en som sällan praktiseras på denna detaljnivå för stora organismer, sade Byers, tidningens seniorförfattare. "Men resultatet var väl värt det, eftersom det möjliggör anmärkningsvärd insikt i ett verkligt system och belyser vikten av att jämföra värd- och parasitoptimala temperaturer och temperaturintervall för att skärpa sjukdomsprognoser."

För att förutsäga hur lerkrabbor och deras parasiter sannolikt kommer att reagera under rimliga uppvärmningsscenarier, teamet körde modellen igen med veckomedeltemperaturökningar på 1 och 2 grader C. De fann att med en höjning på 1 grad C, infektionsfrekvensen kommer att sjunka; med en stigning på 2 grader C, den lokala populationen av parasiterna förutspås dö ut helt.

Gehman tittade sedan på effekterna av stigande temperaturer över den norra delen av parasitens utbredningsområde, med hjälp av information från National Estuarine Research Reserve-systemet, som har samlat in temperaturdata på platser längs Atlantkusten i många år.

De fann att uppvärmningen sannolikt inte kommer att få parasiten att flytta längre norrut. Dock, för breddgrader mellan 34 och 40 - ungefär från strax söder om Wilmington, Norra Carolina, strax norr om Toms River, New Jersey - de fann att när temperaturerna steg skulle det finnas fler veckor under året med gynnsamma förhållanden för överföring. Så medan parasitens räckvidd sannolikt inte kommer att expandera och till och med kan minska om den dör ut i söder, det kan finnas mer överföring i dess nuvarande nordliga lägen.

Gehman varnade för att denna förutsägelse antar att varken parasiten eller värden kommer att anpassa sig till stigande temperaturer.

"Många myggburna sjukdomar förväntas öka i tempererade regioner under klimatförändringarna, men denna forskning visar att en varmare värld inte alltid är en sjukare värld, " sade Byers. "Det är viktigt att titta på detaljerna i de termiska svaren hos både värd och parasit."