Asiatisk karp kan överleva och växa i mycket större delar av Lake Michigan än vad forskare tidigare trodde och utgör en hög risk att bli etablerad, enligt en ny modellstudie från University of Michigan forskare och deras kollegor.

Vissa tidigare studier antydde att låga födonivåer i Lake Michigan kan vara ett hinder för etableringen av bighead och silver carp, som vanligtvis livnär sig på alger och andra typer av plankton. Storhuvud och silverkarp är de två asiatiska karparter som är störst oroande för de stora sjöarna.

Men tidigare studier tog inte hänsyn till det faktum att bighead och silverkarp är opportunistiska matare som kan överleva på en mängd olika dieter, inklusive dött organiskt material som kallas detritus. I Lake Michigan, detritus inkluderar bitar av återsuspenderade fekala pellets från otaliga quagga- och zebramusslor på sjöns botten.

Dessutom, Tidigare studier har inte utvärderat potentiella karphabitat mer än en meter under sjöns yta.

När dietflexibilitet och livsmiljö under ytan togs i beaktande, mängden lämplig asiatisk karpmiljö i Lake Michigan ökade dramatiskt, enligt studiens huvudförfattare Peter Alsip, som genomförde forskningen till sin masteruppsats vid U-M:s Skola för miljö och hållbarhet.

Vid vissa tider på året, modellen visade att hela utsträckningen av Lake Michigan, som har en yta på mer än 22, 000 kvadratkilometer och ett genomsnittligt djup på 280 fot, innehåller lämplig habitat för storhårig karp någonstans i vattenpelaren, enligt Alsip, som nu arbetar på U-M-baserade Cooperative Institute for Great Lakes Research.

Silverkarpens livsmiljö var begränsad till kustnära, näringsrika områden. Studiens resultat är planerade att publiceras den 12 augusti i tidskriften Sötvattenbiologi .

"Underytans livsmiljö och fiskarnas dietflexibilitet utvärderades inte i tidigare studier, och våra resultat tyder på att dessa överväganden hade en märkbar effekt på vår lämplighetsbedömning, ", sa Alsip. "Lake Michigans låga tillgång på plankton kanske inte är en så stark barriär som man tidigare trott."

Studien fann också att:

Låt fisken livnära sig på bredast möjliga diet (fytoplankton, djurplankton och detritus) i hela vattenpelaren resulterade i lämpliga habitatvolymer som var 4,6 gånger större än den smalaste dieten (endast växtplankton) för storhårig karp och 2,3 gånger större för silverkarp.

Även om omfattningen av högkvalitativ asiatisk karphabitat över Michigansjön är relativt liten, risken för lokaliserade etableringshändelser är hög nära flodmynningar och i näringsrika delar av Green Bay. Teamets modell hittade lämpliga livsmiljöer året runt (vilket andra modeller tyder på kan stödja lek och äggutveckling) nära mynningen av flera floder, inklusive Milwaukee och St. Joseph.

Kartor genererade av teamets modell identifierade hot spots för asiatisk karp och potentialen för migrationskorridorer över sjöar "som kan underlätta och påskynda sjöomfattande rörelser, ", skrev författarna. Dessa kartor kan hjälpa övervakningsinsatser genom att identifiera områden till vilka storhuvud och silverkarpar kan sprida sig när de kommer in i sjön.

Det relativt planktonrika "djupa klorofyllskiktet" som bildas varje sommar i vatten utanför Lake Michigan kan stödja tillväxt av storhårig karp. Tidigare karpstudier utvärderade inte tillväxtpotentialen i detta lager, som bildas på ett genomsnittligt djup av cirka 100 fot.

Halterna av planktonstödjande näringsämnen i Lake Michigan har sjunkit i decennier, till stor del på grund av minskade halter av fosfor som kommer in i sjön och spridningen av invasiva quagga- och zebramusslor, som nu täcker sjöns botten, suger upp plankton och binder näringsämnen i fekala pellets som kallas biologiska avlagringar.

Den progressiva förlusten av näringsämnen i Lakes Michigans vattenpelare, en process som kallas oligotrofiering, har skapat skepsis bland vissa forskare kring sannolikheten för att asiatisk karp ska etablera sig där. Men laboratorieexperiment har visat att asiatisk karp kan överleva – och till och med gå upp i vikt – samtidigt som de bara äter på bioavlagringar av kvagga musslor.

I deras studie, Alsip och hans kollegor använde simulerade födoöverflöd och vattentemperaturvärden från en tredimensionell biofysisk modell av Lake Michigan för att studera tillväxthastighetspotentialen hos bighead och silverkarp.

De tittade på hur väl enskilda vuxna av de två karparterna kunde växa i Lake Michigan när de äter på olika kombinationer av de tre mattyperna - växtplankton, djurplankton och detritus — på olika djup. Områden där bighead och silver karp kunde antingen behålla eller öka sin kroppsvikt klassificerades som lämpliga livsmiljöer.

"Vi fann att lämplig livsmiljö för storhårig karp är utbredd i Lake Michigan, och det är ett resultat av grundläggande ekologisk betydelse av många skäl, " sa studiens medförfattare Hongyan Zhang från Eureka Aquatic Research i Ann Arbor. Zhang, tidigare vid UM:s skola för miljö och hållbarhet och Cooperative Institute for Great Lakes Research, var Alsips examensrådgivare.

Växtplankton är encelligt, fotosyntetiska alger och cyanobakterier. Zooplankton är små djur i basen av näringskedjan som livnär sig på växtplankton. Ett stort bekymmer med asiatisk karp är att de kan konkurrera ut planktonätande fisk, inklusive larvstadierna hos de flesta fiskarter.

Den nya studien visade att den utbredda tillgängligheten av fekala pellets av quagga musslor i Lake Michigan sannolikt skulle hjälpa till att hålla asiatisk karp vid liv, gör det möjligt för dem att migrera genom planktonutarmat öppet vatten och så småningom sprida sig över sjön. Bighead och silver carp är gemensamt kända för forskare som bigheaded carp, eller BHC.

"BHCs förmåga att flexibelt livnära sig på växtplankton, djurplankton och detritus minskar risken för svält – även i havsvatten – och, därför, ökar deras sannolikhet för etablering, " enligt författarna. "Därför, det verkar troligt att BHC skulle kunna överleva, slå fast, och spred sig till gynnsamma livsmiljöer i Lake Michigan och dess bifloder trots att de måste resa över expansiva områden med minimal planktonbiomassa."

Storhuvud och silverkarp importerades till södra USA på 1970-talet för att kontrollera algtillväxten i reservoarer och laguner för avloppsrening. De flydde och spred sig snabbt över Mississippi River Basin, etablera täta befolkningar på platser som Illinoisfloden, där de nu utgör 63 % av den totala vikten av all fisk i älven.

För närvarande, bighead och silver carp är etablerade i vattendelar nära de stora sjöarna men inte i själva sjöarna.

Inverkan av asiatisk karp på redan invaderade ekosystem, samt invasionsfrontens närhet till Lake Michigan, har förhöjd oro för den potentiella invasionen av de stora sjöarna via Chicago Area Waterway System, den konstgjorda förbindelsen mellan Illinois River och Lake Michigan.

I maj, chefen för U.S. Army Corps of Engineers skickade kongressen en plan på 778 miljoner dollar för att installera karpförsvar vid Brandon Road Lock and Dam nära Joliet, Illinois, cirka 40 miles från Lake Michigan. I juli, regionens åtta amerikanska guvernörer och två kanadensiska premiärminister stödde planen.

De Sötvattenbiologi studien har titeln "Lake Michigan's Suitability for Bigheaded Carp:The Importance of Diet Flexibility and Subsurface Habitat." DOI:10.1111/fwb.13382.

Förutom Alsip och Zhang, andra författare är Mark Rowe, Doran Mason och Edward Rutherford från National Oceanic and Atmospheric Administrations Great Lakes Environmental Research Laboratory i Ann Arbor; Catherine Riseng från U-M School for Environment and Sustainability och Michigan Sea Grant; och Zhenming Su från Michigan Department of Natural Resources.

Projektet finansierades av Michigan Sea Grant Graduate Research Fellowship, med matchande medel från Institutet för fiskeforskning vid Michigan Department of Natural Resources. Ytterligare stöd gavs av Michigan Sea Grant, Institutet för fiskeriforskning, CIGLR, GLERL and the Great Lakes Aquatic Non-indigenous Species Information System.

Med samma tillvägagångssätt som beskrivs ovan, Alsip och kollegor studerar för närvarande hur lämpligheten för asiatiska karpars habitat påverkas av meteorologi, sjöomfattande fosforbelastningar, och quagga- och zebramusslor. Deras fynd skulle kunna ge en tydligare bild av hur ett uppvärmande klimat kommer att påverka Lake Michigans sårbarhet för asiatisk karp och hur lämpligheten för livsmiljöer har förändrats över tiden som svar på minskningar av näringsämnen och musselinvasionen.