Odnalezienie Nieuchwytnego Małża Salamandrowego Żywego W Illinois Po Wieku Zapomnienia

by Sarah Douglass, Mark Davis | February 3, 2025 | Badania, Ludzie, Organizmy wodne

A tan and white freshwater mussel nestled in a sandy river bed.

Małż salamandrowy (Simpsonaias ambigua). Zdjęcie: Sarah Douglass.

Małż salamandrowy (Simpsonaias ambigua) to drobny, cienkołupinowy małż słodkowodny i jeden z najrzadszych spotykanych gatunków małży. Nieobserwowany w Illinois od ponad wieku, został ponownie odkryty przez badaczy, którzywykorzystali zarówno nowoczesne metody genetyczne, jak i tradycyjne ręczne przeszukiwaniemułu pod skałami w rzece Sangamon, aby odnaleźć ten rzadki gatunek.

O Małżu Salamandrowym

A brown salamander on the surface of a rocky river bed. — Salamandra błotna (*Necturus maculosus*). Zdjęcie: Sarah Douglass.

Historycznie małże salamandrowe występowały na całym Środkowym Zachodzie w średnich i dużychrzekach, zazwyczaj zasiedlając podłoża z mułu, piasku i żwiru pod płaskimi lub warstwowymi skałami oraz progami skalnymi.

Podobnie jak wszystkie rodzime małże słodkowodne, larwy małża salamandrowego, zwane glochidiami, wymagają gospodarza, do którego mogą się przyczepić przed przeobrażeniem izakończeniem cyklu życiowego. Przyczepienie larw do gospodarza i ich metamorfoza u wielu gatunków małży następują zazwyczaj w ciągu kilku tygodni. Po zakończeniu tego procesu młode małże odpadają od gospodarza i osiadają na dnie rzeki.

To, co sprawia, że małż salamandrowy jest naprawdę wyjątkowy, to fakt, że podczas gdy inne małże słodkowodne wykorzystują ryby jako gospodarzy (przyczepiając się do ich skrzeli lub płetw), małż salamandrowy korzysta wyłącznie z w pełni wodnej salamandry – odmieńca plamistego (Necturus maculosus). Stąd przyjęta powszechna nazwa: małż salamandrowy.

Odmieńce plamiste, gatunek zagrożony w Illinois, zamieszkują obszary z osłoną, takie jak skałypłytowe, półki skalne, duże fragmenty drewna oraz korzenie drzew. W związku z tym małże salamandrowe również zasiedlają te same obszary, aby pozostać blisko swojego gospodarza.

A group of scientists in wetsuits take samples while kneeling in shallow water of a river bank. — Stanowisko przetwarzania małży na brzegu strumienia. Zdjęcie: Mark Davis.

PW ciągu ostatnich kilku dekad małże salamandrowe stały się coraz rzadsze w całym swoim zasięgu, co budzi obawy o ich przyszłość.

Obecnie małż salamandrowy jest gatunkiem zagrożonym na poziomie stanowym i nie zostałznaleziony żywy w Illinois od ponad wieku. Frank C. Baker, przyrodnik z początku XX wieku i były kurator Chicago Academy of Science, wymienił przypuszczalnie żywe okazy z garstki zapisanychobserwacji zebranych na terenie całego stanu pod koniec XIX i na początku XX wieku. Małże salamandrowe były rejestrowane głównie w północnych i wschodnio-centralnych dorzeczach Illinois.

Od czasów Bakera podjęto ogromne wysiłki, aby odnaleźć ten nieuchwytny gatunek, jednak bez powodzenia. Małże salamandrowe są niezwykle trudne do wykrycia w konwencjonalnych badaniach ze względu na swój niewielki rozmiar (maksymalnie 2 cale), rzadkość występowania oraz specyficznesiedlisko związane z dużymi płaskimi skałami, które zamieszkują również ich salamandrowi gospodarze.

Zazwyczaj, podczas konwencjonalnych badań małży z poszukiwaniem w określonym czasie, przeszukujemy wizualnie i dotykowo (np. rękami, metoda zwana „grubbing”) najlepsze dostępnesiedliska, w których mogą występować małże.

Wiele gatunków małży zamieszkuje stabilne podłoża z piaskiem, żwirem i otoczakami, a niekiedy muł lub lekko muliste obszary wzdłuż koryta rzeki i jej brzegów. Jednak poszukiwanie małżasalamandrowego wymaga ukierunkowanego podejścia do pobierania próbek, ponieważ gatunek ten wykazuje skłonność do zasiedlania siedlisk pod skałami i płytami skalnymi.

Jedno z takich celowych badań miało miejsce na początku lat 2000., kiedy przeprowadzono badania historycznych zapisów kolekcji muszli małży salamandrowych, a kolejne odbyło się w 2024 roku whrabstwie Vermilion.

Odmieńce plamiste również są gatunkiem trudnym do wykrycia, często prowadzą nocny tryb życia, co utrudnia ich obserwację, ocenę statusu i aktualizację map rozmieszczenia (Matson, 2013; Collins et al., 2019).

Znajdowanie rzadkich organizmów za pomocą eDNA

A close-up view of two scientists' hands while working together to gather a sample of genetic material from a fresh water mussel. — Sarah Douglass pobiera wymaz od osobnika w celu uzyskania materiału genetycznego (np. śluzu) z jego nogi i tkanki płaszcza. Wszystkie próbki genetyczne zostały przekazane współpracownikowi, dr.Kentaro Inoue z Shedd Aquarium, który pomaga w przeprowadzeniu regionalnej analizy genetycznej gatunku, prowadzonej przez S. Douglass i Bernarda Sietmana z Minnesota Department of Natural Resources. Zdjęcie: Mark Davis.

Zarówno historycznie, jak i współcześnie, małże oraz ich salamandrowy gospodarz pozostają trudne do wykrycia za pomocą konwencjonalnych metod. W związku z tym nowe technologie i metody, takie jak środowiskowe DNA (eDNA), wykorzystywane jako narzędzie do wykrywania rzadkich gatunków słodkowodnych, wykazują obiecujące wyniki. Środowiskowe DNA to śladowe ilości DNA, które wszystkie organizmy pozostawiają w środowisku. Wykorzystując techniki kryminalistyczne i nowoczesne technologie genetyczne, możemy wykorzystać to DNA do wykrywania gatunków bez konieczności ich bezpośredniego obserwowania. Znalezienie zagrożonych lub krytycznie zagrożonych słodkowodnych małży za pomocą eDNA doprowadziło do udanych przypadków ich żywego odłowu, szczególnie w przypadku gatunków o bardziej unikalnych wymaganiach siedliskowych, takich jak małż Cumberlandia monodonta, który schronienie znajduje pod skałami. Pomogło to również w ocenie rozmieszczenia innych rzadkich gatunków. Zachęceni wynikami badań nad eDNA małży, a zwłaszcza badaniem dotyczącym małży salamandrowej przeprowadzonym przez zespół z Fisheries and Oceans Canada, wzrosło zainteresowanie wykorzystaniem metodologii eDNA dla tego gatunku w Illinois. Podobnie badania nad eDNA salamandry błotnej (Necturus maculosus) były z powodzeniem prowadzone w sąsiednich stanach, alejeszcze nie w Illinois. Dlatego byliśmy zainteresowani zastosowaniem metodologii eDNA dla obu gatunków, aby pomóc w ocenie ich rozmieszczenia jednocześnie.

On a muddy river bank rests two tan and brown freshwater mussels tagged with unique ID numbers. — Małże salamandrowe z unikalnym identyfikatorem muszli. Zdjęcie: Ashleigh McCallum.

Nasze programy w Illinois Natural History Survey, Collaborative Conservation Genomics Laboratory(CCGL; Mark Davis) oraz Freshwater Mollusk Ecology and Conservation Lab (Sarah Douglass) zaangażowały się w różne projekty związane z eDNA i niedawno połączyły siły w projekcie dotyczącym środowiskowego DNA (eDNA) skoncentrowanym na małży salamandrowej oraz salamandrze błotnej występujących we wschodniej centralnej części Illinois. Letnia stypendystka badawcza, Savanna Palmer, pobrała próbki i przeprowadziła analizę eDNA dla małży salamandrowej oraz salamandry błotnej w kilku lokalizacjach w górnym biegu rzeki Sangamon w ramach swojego projektu realizowanego w programie University of Illinois 2024 Summer Research Opportunity Program. Jej wyniki ujawniły jedno pozytywne wykrycie małży salamandrowej oraz kilka pozytywnych wykryć salamandry błotnej. Te wyniki stworzyły doskonałą okazję do wspólnego wysiłku w zakresie pobierania próbek małży.

Pobieranie Próbek z Sangamon

W rześki jesienny poranek założyliśmy wodery i sprzęt do nurkowania (oraz czapki!) przedzanurzeniem się w spokojne wody rzeki Sangamon. Betonowe płyty umieszczone w celu stabilizacji brzegów wyściełały koryto rzeki, a my wiedzieliśmy, że to właśnie tam należy skoncentrować nasze poszukiwania.

Two scientists wearing wetsuits kneel in a shallow section of a river. The scientists return freshwater mussels back to the area they were collected. — Małże salamandrowe zwrócone do swojej płyty przez Ashleigh McCallum i Hayley Robinson. Zdjęcie: Mark Davis.

Siedliska płytowe, zarówno sztuczne, jak i naturalne, takie jak lite skały czy łupki, są trudne do próbkowania niezależnie od warunków. Często potrzeba dwóch lub trzech osób, aby unieść iprzytrzymać płytę w pozycji pionowej, podczas gdy jedna lub dwie osoby badają przestrzeń pod nią w poszukiwaniu małży salamandrowej. Czasami przestrzeń pod kamieniami jest wystarczająco duża, by wsunąć dłoń lub ramię, ale często manewrowanie jest bardzo ograniczone. Prawie na pewno natkniesz się na jakieś nieoczekiwane stworzenie, ale rzadko na to, którego szukasz. Małe sumiki, takie jak sumiki płaskogłowe (Noturus) czy inne gatunki sumów, a także raki wykorzystują te miejsca jako schronienie. Od czasu do czasu można usłyszeć okrzyk zaskoczenia w wyniku takiego spotkania. Ja (Sarah) byłam szczypana przez raki, ukłuta kolcem sumika i podgryzana przez inne ryby. Jednak gdy podejrzewasz, że natknąłeś się na salamandrę błotną (która w dotyku przypomina mokry płat lazanii) i w końcu znajdujesz poszukiwaną małżę, cały wysiłek staje się tego wart.

Po około siedmiu roboczogodzinach poszukiwań znaleźliśmy 12 osobników. Małże znajdowały się w grupach od jednego do pięciu osobników pod kilkoma dużymi cementowymi płytami. Każdy osobnik został oznaczony unikalnym identyfikatorem muszli, pobrany do analizy genetycznej i oszacowanojego wiek. Po przetworzeniu małże zostały zwrócone do swoich naturalnych siedlisk. Dwa okazyzostały& zachowane jako wzorcowe, pierwsze od ponad wieku, dla Kolekcji Małży Illinois Natural History Survey.

Two individuals in wetsuits kneeling on the shoreline of a river while holding freshwater mussels. In the background are two other individuals kneeling on the shoreline. — Sarah Douglass i Mark Davis z gatunkiem dnia. Zdjęcie: Jordan Hartman.

Wartość eDNA

To niezwykłe odkrycie już zainspirowało dalsze badania, w tym bardziej rozległe badanie eDNA rzekiSangamon, w nadziei na znalezienie dodatkowych populacji. Próbkujemy również to miejsce co dwa tygodnie, aby lepiej zrozumieć wzorce aktywności zarówno małży salamandrowej, jak i salamandry błotnej.

Jednak w szerszej perspektywie nasze obserwacje ukazują ogromną wartość eDNA w skupianiu wysiłków i ekspertyzy taksonomicznej na rzecz ochrony najrzadszych segmentów bioróżnorodności. W tym przypadku eDNA skłoniło do ukierunkowanych poszukiwań, które doprowadziły do odnalezienia żywych osobników małży salamandrowej po raz pierwszy od ponad wieku, mimo że gatunek ten przetrwał w stanie posiadającym prawdopodobnie najbardziej szczegółową i kompleksową inwentaryzację bioróżnorodności na świecie.

A może najważniejsze jest to, że to odkrycie przypomina nam, iż gatunki uważane za utracone mogą zostać odnalezione ponownie.

Sarah Douglass is a malacologist who specializes in freshwater mussels for the Illinois Natural History Survey (INHS) in the Prairie Research Institute (PRI) at the University of Illinois Urbana-Champaign. Her primary work in the Urban Biotic Assessment Program involves conducting biological assessments of rare and threatened freshwater mollusks in areas slated for construction activities within Tollway corridors in northern Illinois. Her broad research interests include the conservation of freshwater mussels and riverine ecosystems, environmental DNA, and community science. Sarah pursues additional research projects with native and non-native mollusks as time and funding allows. Originally a Hoosier, Sarah completed her undergraduate degree in Biology at Hanover College, Hanover, Indiana and a masters in Environmental Science at Taylor University, Upland, Indiana.

Mark Davis is a Conservation Biologist and Director of the Collaborative Conservation Genomics Laboratory at the Illinois Natural History Survey, Prairie Research Institute, University of Illinois Urbana-Champaign, since 2012. He has a B.S. and a M.S. in Zoology from North Dakota State University (Fargo), a M.S. in Ecology from Colorado State University (Fort Collins), and Ph.D. in Natural Resources and Environmental Sciences from the University of Illinois Urbana-Champaign. His research over the past decade leverages cutting-edge genetic and genomic tools in a highly collaborative and interdisciplinary way to measure and monitor biodiversity, understand the extinction process and inform management interventions with the goal of extending the evolutionary trajectories of imperiled species into the future. Though he works on a broad array of taxa, spanning microbes, plants, invertebrates, and vertebrates, Davis has an inordinate fondness for those often maligned, overlooked, and underappreciated species, including snakes, bats, salamanders, and, yes, freshwater mussels.