Uniwersytet Warszawski Wydział Biologii. Wojciech Uszko Nr albumu:

Uniwersytet Warszawski Wydział Biologii Wojciech Uszko Nr albumu: 219619 Czy wioślarka planktonowa (Daphnia hyalina galeata) może zmniejszać koszty obrony przed drapieżcą (rybą planktonożerną, Rutilus rutilus) w niskim zagęszczeniu populacji? Is planktonic cladoceran (Daphnia hyalina galeata) able to reduce the costs of its antipredation defense when grown at low population density level? Praca magisterska na kierunku Biologia w ramach Międzywydziałowych Indywidualnych Studiów Matematyczno-Przyrodniczych w zakresie Biologia Środowiskowa Praca wykonana pod kierunkiem prof. dr. hab. Z. Macieja Gliwicza Zakład Hydrobiologii Wydział Biologii Uniwersytet Warszawski Warszawa, lipiec 29

Oświadczenie kierującego pracą Oświadczam, że niniejsza praca została przygotowana pod moim kierunkiem i stwierdzam, że spełnia ona warunki do przedstawienia jej w postępowaniu o nadanie tytułu zawodowego. Data Podpis kierującego pracą Oświadczenie autora pracy Świadom odpowiedzialności prawnej oświadczam, że niniejsza praca dyplomowa została napisana przez mnie samodzielnie i nie zawiera treści uzyskanych w sposób niezgodny z obowiązującymi przepisami. Oświadczam również, że przedstawiona praca nie była wcześniej przedmiotem procedur związanych z uzyskaniem tytułu zawodowego w wyższej uczelni. Oświadczam ponadto, że niniejsza wersja pracy jest identyczna z załączoną wersją elektroniczną. Data Podpis autora pracy 2

Streszczenie Daphnia były indywidualnie hodowane w medium zawierającym informację o wysokim lub o niskim zagęszczeniu swojej populacji (z dodatkiem i bez dodatku rybiego kairomonu). Eksperymenty z żywą rybą planktonożerną (płocią) pokazały, że osobniki z medium niskiego zagęszczenia były bardziej bezbronne wobec drapieżcy (intensywniej wyżerane przez płoć) niż osobniki z medium wysokiego zagęszczenia. Eksperymenty z rybim kairomonem (wodą z hodowli płoci) wykazały natomiast, że rezygnowały one z obrony przed drapieżcą: bardziej wypełniały przewody pokarmowe, szybciej rosły i wykazywały wyższą dzienną inwestycję w produkcję potomstwa niż osobniki z medium wysokiego zagęszczenia. Obie obserwacje potwierdzają hipotezę, że niskie zagęszczenie populacji może być wykorzystywane przez Daphnia jako refugium przed drapieżcą, w którym to refugium można istotnie zwiększyć dostosowanie rezygnując z kosztownych strategii obronnych. Słowa kluczowe Daphnia, dostosowanie, kairomon, refugium niskiego zagęszczenia, ryba, strategia obronna, zagęszczenie populacji Dziedzina pracy (kody wg programu Socrates-Erasmus) 13.1 Biologia Abstract Daphnia were grown individually in medium containing chemical information on either high or low density level of its population (both in the presence and absence of fish kairomone). The experiments with live fish (roach) proved that Daphnia grown in low-density medium were more vulnerable to roach than those grown in high-density medium. The experiments with information on fish (roach kairomone) showed that Daphnia s antipredation defenses were weaker in low- than in high-density medium: their guts were fuller, growth faster, and daily investment for reproduction higher. It implies that Daphnia are able to use low -population-density antipredation refuge and maximize their fitness by giving up costly antipredation defenses. Key words antipredation defense, Daphnia, fish, fitness, kairomone, low-population-density antipredation refuge, population density 3

Dziękuję Panu prof. dr. hab. Z. Maciejowi Gliwiczowi za opiekę w trakcie kilku lat moich studiów w Zakładzie Hydrobiologii, oraz za naukę wytrwałości w działaniu i karności w formułowaniu myśli Piotrowi Maszczykowi i Pani Annie Hankiewicz za nieocenioną pomoc w realizacji eksperymentów

Spis treści 1. Wstęp 6 2. Materiał i metody 9 2. 1. Uwagi ogólne 9 2. 2. Tempo wzrostu osobników, stopień wypełnienia przewodu pokarmowego i cechy reprodukcji Daphnia 9 2. 3. Eksperymenty sprawdzające podatność Daphnia na bezpośrednie drapieżnictwo ryb 12 3. Wyniki 15 3. 1. Stopień wypełnienia przewodu pokarmowego i tempo wzrostu osobnika 15 3. 2. Liczba jaj w kładce z uwzględnieniem różnic w długości ciała 15 3. 3. Dzienna inwestycja w reprodukcję z uwzględnieniem długości ciała 16 3.. Liczba jaj w kładce i dzienna inwestycja w reprodukcję z uwzględnieniem długości ciała połączone dane ze wszystkich eksperymentów 16 3. 5. Eksperymenty sprawdzające podatność Daphnia na bezpośrednie drapieżnictwo ryb 17. Dyskusja 18 5. Bibliografia 22 5

1. Wstęp Obecność ryb planktonożernych w jeziorze nie tylko kształtuje całą biocenozę, wpływając chociażby na strukturę gatunkową zespołu zooplanktonu czy na rozkład wielkości ciała osobników w populacji ofiar, ale również wymusza na zwierzętach planktonowych poważne zmiany cech historii życia i behawioru. Literatura na ten temat jest niezwykle bogata, a jej syntezę można znaleźć w wielu podręcznikach, np. Sommera (1989), Lamperta i Sommera (1993, 21) czy Gliwicza (23, 29). Intensywność żerowania (liczba zjadanych ofiar w jednostce czasu) ryby planktonożernej, takiej jak pelagiczna stynka i sielawa czy litoralna płoć i ukleja, rośnie wraz ze wzrostem zagęszczenia zwierząt planktonowych (którymi mogą być wioślarki z rodzaju Daphnia) (Rys. 1 A). Tempo tego wzrostu jest jednak wolniejsze zarówno przy niskich (Rys. 1. A, pierwsza faza wzrostu) jak i wysokich (Rys. 1. A, końcowa faza wzrostu) zagęszczeniach ofiar, a swoje maksimum przyjmuje w połowie stanu nasycenia tej ryby. Krzywa odpowiedzi racji pokarmowej drapieżcy na zagęszczenie populacji ofiary ma zatem kształt sigmoidalny, a zaproponowana została przez Hollinga (1959) (Rys. 1. A). Jeśli każdą wartość krzywej Hollinga podzielimy przez odpowiadającą jej wartość zagęszczenia populacji ofiary, to otrzymamy prawdopodobieństwo śmierci przypadające na jednego osobnika ofiary (Rys. 1. B, linia przerywana), co po raz pierwszy opisali w pracy teoretycznej Young i in. (199). Zupełnie nie dziwi znana od dawna obserwacja, że wskaźnik ten jest największy w połowie stanu nasycenia, a jego wartości stają się małe przy bardzo wysokich zagęszczeniach ofiar (Rys. 1 B). To mniejsze zagrożenie jest wynikiem rozrzutu ryzyka (dilution effect) oraz konfuzji w jaką wpada drapieżca przy kontakcie z tak dużym zagęszczeniem swych ofiar (confusion effect) (Hamilton 1971). Zjawisko to jest dobrze znane również w przypadku ryb planktonożernych i wioślarek (Jakobsen i Johnsen 1987, Jakobsen i Johnsen 1988). Poza odpowiedzią funkcjonalną pojedynczej ryby istnieje jednak również odpowiedź numeryczna, która może mieć charakter behawioralny, a nie tylko demograficzny (Gliwicz i Wrzosek 28). Polega ona na skupianiu się drapieżników w miejscach wyższego zagęszczenia ofiar, tak więc odnoszone przez wioślarki korzyści z przebywania w grupie są zawsze krótkotrwałe. O ile wszyscy zdają sobie sprawę z tego, że wysokie zagęszczenie wiąże się ze zmniejszonym ryzykiem drapieżnictwa, o tyle mało kto wie o tym, że także niskie zagęszczenie (gdy intensywność drapieżnictwa rośnie bardzo powoli (Rys. 1. B, pierwsza 6

faza wzrostu)), może zagwarantować bezpieczeństwo ofiarom. Z tej właśnie obserwacji wywodzi się koncepcja refugium niskiego zagęszczenia (low-density refuge from predation). Po raz pierwszy podobną myśl zaproponowali w pracy teoretycznej Rosenzweig i MacArthur (1963), którzy w kontekście złożonych przestrzennie ekosystemów lądowych stwierdzili, że ofiary są bezpieczne dopóki wszystkim osobnikom w jej populacji starcza miejsca w dostępnych kryjówkach, czyli do momentu gdy ich zagęszczenie nie przekroczy pewnego progu (Rys. 1 C, pierwsza część krzywej). Co więcej, idea takiego refugium dobrze tłumaczy rozmieszczenie morskich mięczaków bentonicznych, które mogą korzystać ze zmniejszonej presji drapieżnych krabów i ryb dopóki zagęszczenie ich populacji jest niskie i nie przekroczy pewnej progowej wartości (Lipcius i Hines 1986, Hines i in. 1997, Seitz i in. 21). Jeśli również w przypadku Daphnia istnieje takie progowe zagęszczenie (Gliwicz 21), to można się spodziewać że i dla nich niskie zagęszczenie populacji może stanowić schronienie przed rybami planktonożernymi w pelagialu jeziornym, gdzie nie ma żadnych kryjówek związanych z fizyczną strukturą środowiska. Wydaje się, że próg ten jest wyznaczony przez tzw. odległość reakcji, czyli odległość z jakiej ryba zauważa swoją ofiarę i ją atakuje, równą zagęszczeniu jednego osobnika Daphnia w objętości wody widzianej przez rybę (Gliwicz i Wrzosek 28). Jeśli zagęszczenie wioślarek spadnie poniżej takiego progu to, zgodnie z modelem optymalnego żerowania (McNamara i Houston 1985), ryby powinny przemieszczać się gdzieś indziej lub zmieniać preferowany gatunek ofiary. Te obserwacje skłaniają do przypuszczenia, że poniżej tego zagęszczenia nie tylko liczebność ofiar, lecz również ponoszone przez nie koszty strategii obronnych powinny zostać uwolnione spod presji ryb (Rys. 1. C, pierwsza część krzywej). Niedawne badania Gliwicza i in. (26) pokazały, że osobniki z hybrydowego klonu Daphnia hyalina galeata, które otrzymywały chemiczną informację zarówno o obecności ryby planktonożernej (kairomonu), jak i o wysokim zagęszczeniu populacji, przebywały głębiej w słupie wody niż zwierzęta w niskim zagęszczeniu populacji, ale tylko w ciągu dnia. Prawdopodobnie więc niskie zagęszczenie populacji, wiążące się ze zmniejszonym ryzykiem ze strony drapieżników, zwolniło wioślarki z ponoszenia kosztów (redukcji tempa rozrodu) wynikających z przebywania w bezpieczniejszych (de Meester i in. 1999, Gliwicz 23), ciemniejszych, ale i chłodniejszych partiach wody. Również wyniki mojej pracy licencjackiej (Uszko 27) dowiodły, że Daphnia nie otrzymujące informacji o wysokim zagęszczeniu populacji mogły nawet w obecności kairomonu zrezygnować z kosztownych mechanizmów obronnych, takich jak powstrzymywanie się od wypełniania przewodu pokarmowego (Haney 1985, Nakagawa i in. 7

23). Konsekwencją obierania tych strategii przez zwierzęta otrzymujące informację o wysokim zagęszczeniu populacji było niższe tempo wzrostu oraz mniejszy sukces rozrodczy, czego do tej pory nikt inny nie opisał. To właśnie stało się przyczyną, dla której nie zmieniałem tematu mojej pracy magisterskiej, tylko postanowiłem zdobyć więcej materiału na temat różnic w tempie wzrostu i cechach reprodukcji u osobników tego samego co w pracy licencjackiej klonu Daphnia, otrzymujących informację o wysokim i niskim zagęszczeniu populacji. Przede wszystkim starałem się sprawdzić ich sukces reprodukcyjny, mierzony wielkością pierwszej kładki jajowej oraz przypadającą na jeden dzień życia alokacją zasobów na jaja pierwszej reprodukcji (jako najbardziej oczywiste wskaźniki dostosowania osobnika). Sukces ten powinien być większy u tych wioślarek, które otrzymywały informację o niskim zagęszczeniu populacji niż u tych, które otrzymywały informację o zagęszczeniu wysokim. Z drugiej strony natomiast celem tej pracy stało się sprawdzenie, czy Daphnia hodowane w niskim zagęszczeniu populacji będą bardziej podatne na bezpośrednie drapieżnictwo ryb planktonożernych wtedy, gdy znajdą się w wyższym zagęszczeniu. W ten sposób możliwe było zweryfikowanie podstawowej tezy tej pracy która głosi, że niskie zagęszczeniu populacji stanowi dla Daphnia refugium, w którym mogą one rezygnować z kosztownych inwestycji w obronę (co powinno się przejawiać ich większą śmiertelnością gdy przebywają w wyższym zagęszczeniu). 8

2. Materiał i metody 2. 1. Uwagi ogólne Celem dwóch eksperymentów było sprawdzenie różnic w tempie wzrostu i cechach reprodukcji Daphnia w zależności od dostarczanej im chemicznej informacji o zagęszczeniu populacji (niskim i wysokim) oraz chemicznej informacji (lub jej braku) o obecności drapieżnika ryby planktonożernej (kairomon). Taki sam materiał zebrałem w dwóch eksperymentach przeprowadzonych w ramach mojej pracy licencjackiej (Uszko 27). Eksperymenty licencjackie będę nazywał eksperymentem pierwszym (E1) i drugim (E2), a te po raz pierwszy opisane w tej pracy trzecim (E3) i czwartym (E). Posiadając nowe wyniki, byłem w stanie przeanalizować statystycznie połączone dane ze wszystkich czterech eksperymentów. Ponadto przeprowadzając pięć innych eksperymentów zbadałem różnice w przeżywalności Daphnia (otrzymujących informację o niskim i wysokim zagęszczeniu populacji), by sprawdzić które są bardziej podatne na drapieżnictwo ryb planktonożernych. We wszystkich tych eksperymentach (również tych z pracy licencjackiej) wykorzystałem planktonowe wioślarki z hybrydowego gatunku Daphnia hyalina galeata, z klonu HG11 wyizolowanego z jeziora Święcajty (Wielkie Jeziora Mazurskie). Badania przeprowadziłem w laboratoriach Zakładu Hydrobiologii UW w Warszawie. 2. 2. Tempo wzrostu osobników, stopień wypełnienia przewodu pokarmowego i cechy reprodukcji Daphnia Tak samo jak w pracy licencjackiej, układ eksperymentalny stanowiły organy planktonowe (po raz pierwszy opisane w pracy Dawidowicza i Loose go (1992)), złożone z dwudziestu czterech szklanych komór przepływowych, umieszczonych w wypełnionym wodą akwarium. Komory miały 6 cm wysokości oraz 1 ml objętości, a przez każdą z nich przepływało 1,67 litra medium w ciągu doby. W tak przygotowanych komorach umieszczałem pojedynczo młode (maksymalnie 12 godzin po ich narodzeniu) osobniki Daphnia, pochodzące z zsynchronizowanej, wyprowadzonej z jednego osobnika kohorty matek. W całym układzie panowała temperatura 2 C, co wraz z zastosowanym fotoperiodem 16 godzin dnia i 8 godzin nocy odzwierciedlało dobowe warunki w epilimnionie jezior klimatu umiarkowanego w sezonie letnim. 9

Zastosowałem cztery warianty eksperymentalne, różniące się składem dopływającego od góry do komór medium: z nieobecnością i obecnością rybiego kairomonu (,125 ryby na litr) oraz z informacją o niskim i wysokim (6 osobników na litr) zagęszczeniu populacji Daphnia. Na każdy z wariantów składało się po sześć powtórzeń (sześć komór przepływowych). Dzięki użyciu wszystkich czterech kombinacji składu medium możliwe było rozróżnienie ewentualnych efektów samego wysokiego zagęszczenia populacji od efektów wywołanych obecnością informacji o drapieżcy. Warianty bez kairomonu były więc wariantami kontrolnymi dla tych z kairomonem. Chemiczną informację o wysokim zagęszczeniu populacji stanowiła woda pochodząca z hodowli Daphnia, karmionych codziennie zawiesiną glonów Scenedesmus acutus o ostatecznej (po jej wymieszaniu z wodą z hodowli) koncentracji pokarmu 1 mg węgla na litr. Informację o niskim zagęszczeniu populacji stanowiła obecność jednego, eksperymentalnego zwierzęcia w komorze nie otrzymywało ono informacji o obecności żadnej innej oprócz siebie wioślarki. Dzięki temu, że informacja o zagęszczeniu populacji była dostarczana w postaci chemicznej, a nie realnej obecności zwierząt, można było zapobiec wahaniom ilości pokarmu w komorach oraz mechanicznej interferencji pomiędzy osobnikami. Kairomon (chemiczna informacja o obecności ryby planktonożernej) zawarty był w wodzie pochodzącej z hodowli ryb: płoci (Rutilus rutilus) i karasi pospolitych (Carassius carassius), karmionych codziennie mrożonymi larwami owadów z rodziny ochotkowatych (Chironomidae). Te gatunki ryb dają się łatwo hodować w akwariach, w przeciwieństwie do gatunków typowo pelagicznych (jak np. stynka). Stosowanie tak uzyskanego kairomonu w eksperymentach hydrobiologicznych jest standardową metodą, pozwalającą na badanie reakcji zwierząt planktonowych na obecność ryb bez ich fizycznej obecności, a więc bez niebezpieczeństwa utraty ofiar w akcie bezpośredniego drapieżnictwa (Tollrian i Dodson 1999). Do tak przygotowanego, przefiltrowanego przez filtry Sartorius (o średnicy porów,5 µm) medium dodawałem zawiesinę glonów Scenedesmus acutus tak, aby otrzymać ostateczną (po jej wymieszaniu z medium) koncentrację 1 mg węgla na litr. Taka koncentracja pokarmu jest powszechnie stosowana w tego typu eksperymentach i wyklucza możliwość hamowania wzrostu zwierząt przez niedobór pokarmu (Stich i Lampert 198). Przygotowywanym co 12 godzin świeżym medium napełniane były stale napowietrzane butle, z których dopływało ono do komór. 1

Po kilku dniach indywidualnej hodowli w komorach przepływowych, zwierzęta wyjmowałem z komór nie więcej niż 3 godziny po przystąpieniu do pierwszej reprodukcji (czyli po zdeponowaniu pierwszej kładki jajowej), co wymagało ich kontroli co 3 godziny przez około 8 godzin. Zastosowałem taką metodę, by porównywać zwierzęta nie o równym wieku, ale na tym samym etapie ich rozwoju. Następnie pod binokularem określałem liczbę jaj w komorach lęgowych wyjętych z komór Daphnia, po czym je fotografowałem kamerą cyfrową i suszyłem w wytarowanych, aluminiowych pojemnikach przez 2 godziny w temperaturze 6 C. Wysuszone Daphnia były ważone na wadze Orion Cahn C-35. Znając zarówno suchą masę, jak i wiek poszczególnych osobników, wyliczyłem dla każdego z nich tempo wzrostu ich ciała według wzoru: T W (ln m t1 ln m t ) =, gdzie m t1 i m t to masa t ciała w, odpowiednio, momencie przystąpienia do pierwszej reprodukcji i tuż po urodzeniu się, a t to czas pomiędzy tymi momentami wyrażony w dniach. Masę ciała nowonarodzonego zwierzęcia (m t ) otrzymałem przez uśrednienie mas piętnastu osobników (ważonych po trzy w pięciu wytarowanych, aluminiowych pojemnikach), pochodzących od tych samych matek co zwierzęta eksperymentalne, wysuszonych i zważonych w sposób opisany powyżej. Zdjęcia sfotografowanych Daphnia zostały zapisane na twardym dysku komputera, a ich kopia na CD została dołączona do pozostawionej w Zakładzie Hydrobiologii UW kopii tej pracy magisterskiej. Posłużyły one do zmierzenia ich długości ciała (od górnej krawędzi oka do nasady kolca ogonowego) oraz pomiaru stopnia wypełnienia przewodu pokarmowego (liczonego jako iloraz powierzchni rzutu jelita wypełnionego pokarmem przez powierzchnię rzutu całego jelita) oraz do zmierzenia długości i szerokości jaj, a na tej podstawie ich 2 objętości (objętość elipsoidy, według wzoru: V = π ab, gdzie a to połowa długości 3 jaja, a b to połowa jego szerokości). Wszystkie te pomiary wykonałem przy pomocy programu Multiscan. Iloraz sumarycznej objętości jaj w pierwszej kładce przez wyrażoną w dniach długość życia osobnika to parametr, który określiłem mianem dziennej inwestycji osobnika w reprodukcję. Wydaje się, że ten parametr jest lepszy od samej tylko liczby czy objętości jaj, ponieważ mówi on nie o całkowitym wydatku energetycznym na reprodukcję, ale o tempie alokacji zasobów na reprodukcję. Oprócz tego, ponieważ Daphnia w różnym wieku przystępowały do pierwszej reprodukcji, najbardziej uzasadnione jest porównywanie ich cech właśnie w przeliczeniu na jeden dzień życia. 11

Oprócz wyników eksperymentów składających się na tę pracę, przedstawiłem również wyniki uzyskane podczas tworzenia mojej pracy licencjackiej (Uszko 27). Dzięki temu mogłem poddać analizie parametr, którego wówczas nie przedstawiłem (dzienna inwestycja w reprodukcję). Ponadto, umożliwiło to zastosowanie tych samych co wtedy metod statystycznych do sprawdzenia różnic w badanych parametrach dla łącznych danych. Eksperymenty tamte były przeprowadzane identycznie do tych wykonanych na potrzeby niniejszej pracy magisterskiej. Wszystkie zebrane dane gromadziłem, przetwarzałem i na ich podstawie wykonałem wykresy w programie Microsoft Excel 23. Do porównania stopnia wypełnienia przewodu pokarmowego i tempa wzrostu użyłem dwuczynnikowej analizy wariancji (ANOVA) z testem post-hoc Tukeya i Fishera, korzystając z programu Statistica 6.. Przy porównywaniu różnic w stopniu wypełnienia przewodu pokarmowego i tempie wzrostu osobnika (z uwzględnieniem różnic w wieku przy pierwszej reprodukcji), wielkości kładki i dziennej inwestycji w reprodukcję (z uwzględnieniem różnic w długości ciała) posłużyłem się analizą kowariancji (ANCOVA), korzystając z programu Statistix 8.. 2. 3. Eksperymenty sprawdzające podatność Daphnia na bezpośrednie drapieżnictwo ryb Układ eksperymentalny (Rys. 2 A), w którym umieszczałem Daphnia hodowane indywidualnie w szklankach, stanowiły dwie wieże o nieprzezroczystych, czarnych ścianach, wykonane z wodociągowych rur PCV o zewnętrznej średnicy 5 cm, wysokości 173 cm i grubości ścian 3 cm (czego nie opisałem na Rys. 2 A). Wieże te, ustawione obok siebie, wypełniałem przefiltrowaną przez filtr węglowy wodą do 2 cm poniżej górnej krawędzi, co dawało jej całkowitą objętość 2 litrów. By uzyskać stratyfikację termiczną (Rys. 2 B, linie ciągłe), na dnie obydwu wież zamontowana była aluminiowa spirala, do której prowadził przewód chłodniczy przez który stale przepływała woda chłodzona w osobnym akwarium do C. Stratyfikację świetlną (Rys. 2 B, linia przerywana) uzyskałem oświetlając układ ustawioną obok lampą z żarówką o mocy 6 W, której światło odbijało się od białego sufitu ponad wieżami (Rys. 2 A). Dzięki zastosowaniu tych metod, woda w wieżach była silnie stratyfikowana zarówno świetlnie, jak i termicznie. Imitowało to warunki panujące w pelagialu jezior, oferując wioślarkom refugium w ciemnej i zimnej wodzie. Podobny układ, choć w znacznie większej skali ( wieże planktonowe o wysokości 12 metrów), był 12

z powodzeniem stosowany w Instytucie Limnologii Maxa Plancka w Plön przez innych badaczy (Lampert i Loose 1992). Dzięki zastosowanemu systemowi chłodzenia wody w rurach, uzyskałem zaskakująco wysoką powtarzalność we wszystkich eksperymentach stratyfikację (Rys. 2 B), z przypowierzchniową temperaturą równą tej, w jakiej hodowane były zwierzęta. Po jej ustaleniu się (co następowało po 2 godzinach), w obydwu wieżach umieszczałem po około 3 osobników wioślarek Daphnia hyalina galeata. Zwierzęta te pochodziły z zsynchronizowanej, wyprowadzonej z jednego osobnika kohorty matek i maksymalnie dobę po ich urodzeniu umieszczałem je pojedynczo w szklankach wypełnionych medium o objętości 2 ml (pierwszy dzień eksperymentu). Na każdy wariant składało się po 3 szklanek. Zastosowałem dwa rodzaje medium: z informacją o niskim i o wysokim (6 osobników na litr) zagęszczeniu populacji, obydwa z obecnością rybiego kairomonu (chemicznej informacji o obecności ryby planktonożernej jako drapieżnika;,125 ryby na litr). Medium przygotowywałem dokładnie tak samo jak w eksperymentach badających tempo wzrostu i cechy reprodukcji Daphnia (rozdział 2. 2.). Taka sama była również koncentracja pokarmu (1 mg węgla na litr medium). Trzykrotnie (drugiego, trzeciego i czwartego dnia eksperymentu) przed poddaniem wioślarek drapieżnictwu ryb, osobniki były przenoszone do szklanek ze świeżym medium. Piątego dnia eksperymentu, Daphnia z obydwu wariantów przenosiłem do naczyń z przefiltrowaną wodą, po czym wpuszczałem je do powierzchniowej warstwy wody (o takiej samej temperaturze jak woda w szklankach i wspomnianych wyżej naczyniach) we wcześniej przygotowanych wieżach. Ostatecznie, na każdy wariant składało się po mniej niż 3 zwierząt, co spowodowane było ich niewielką śmiertelnością, szczególnie w pierwszych dwóch dniach życia. Po 1 minutach od chwili umieszczenia Daphnia w wieżach, które zapewniły im możliwość swobodnego rozmieszczeniu się w toni wodnej, w każdej wieży umieszczałem po dwie płocie (Rutilus rutilus), karmione wcześniej codziennie naprzemiennie żywymi lub mrożonymi rozwielitkami. Ryby wyławiałem z układu eksperymentalnego po upływie minut w pierwszym eksperymencie, a 3 minut w pozostałych czterech eksperymentach, a wodę z obydwu wież wylewałem przy pomocy elektrycznej pompy zanurzeniowej, odcedzając z niej siatką planktonową pozostałe po żerowaniu Daphnia. Zebrane zwierzęta konserwowałem w 3% roztworze formaliny, w osobnych pojemnikach dla każdego z dwóch wariantów. 13

Zakonserwowane wioślarki zliczałem i mierzyłem (od górnej krawędzi oka do nasady kolca ogonowego) pod binokularem. W tym eksperymencie zrezygnowałem zatem z badania reakcji Daphnia na obecność ryby tylko w formie sygnału chemicznego. Co prawda używanie kairomonu jest popularnym i niezwykle efektywnym narzędziem używanym do badania reakcji ofiar na ryzyko drapieżnictwa (Tollrian i Harvell 1999), ale musiałem z niego zrezygnować chcąc ostatecznie sprawdzić skuteczność mechanizmów obronnych podejmowanych przez ofiary. Analogiczny schemat eksperymentu został również zastosowany przez Pijanowską i in. (1993) w celu zbadania efektów bezpośredniego drapieżnictwa ryb na Daphnia magna dwóch klonów współwystępującego z rybami oraz nie mającego z nimi kontaktu w środowisku naturalnym. Co prawda taka konstrukcja mojego eksperymentu nie pozwala dokładnie stwierdzić jakie cechy Daphnia mogą wpływać na ewentualną różną ich podatność na bezpośrednie drapieżnictwo ryb, ale za to pozwala ona na jednoznaczne przetestowanie głównej tezy niniejszej pracy że Daphnia otrzymujące informację o niskim zagęszczeniu populacji nie muszą wykształcać skutecznych, ale i kosztownych mechanizmów obronnych jak te otrzymujące informację o zagęszczeniu wysokim. O tym co dokładnie decyduje o tej różnicy można wnioskować na podstawie innych przeprowadzonych przeze mnie eksperymentów, zarówno na potrzeby pracy licencjackiej jak i pracy magisterskiej oraz danych literaturowych. Dwa pierwsze eksperymenty potraktowałem jako eksperymenty pilotażowe i zrezygnowałem z ich pełnej analizy, jednak wykorzystałem je do określenia odpowiedniego czasu żerowania ryb oraz sposobu oświetlenia wież w kolejnych trzech eksperymentach. Wykresy przedstawiające procent nie zjedzonych ofiar wykonałem w programie Microsoft Excel 23. Do statystycznej analizy różnic w udziale nie zjedzonych Daphnia wykorzystałem nieparametryczne testy Wilcoxona oraz Kruskala-Wallisa, a w długości ciała nie zjedzonych Daphnia jednoczynnikową analizę wariancji (ANOVA). Wykorzystałem w tym celu program Statistix 8.. 1

3. Wyniki 3. 1. Stopień wypełnienia przewodu pokarmowego i tempo wzrostu osobnika W obydwu eksperymentach stopień wypełnienia przewodu pokarmowego oraz tempo wzrostu ciała Daphnia nie różniły się istotnie pomiędzy wariantami kontrolnymi i z informacją o wysokim zagęszczeniu populacji w obecności kairomonu (Rys. 3: E3 i E). Tym samym, nie potwierdziłem wyników uzyskanych w mojej pracy licencjackiej (Uszko 27; Rys. 3: E1 i E2, Tab. 1), gdzie zarówno tempo wzrostu, jak i stopień wypełnienia jelita pokarmem, były istotnie niższe u zwierząt otrzymujących informację o wysokim zagęszczeniu populacji w obecności kairomonu. Do dyskusji pozostawiam kwestię, czy zmiany tempa wzrostu ciała (których przyczyną może być ograniczenie wypełniania jelit pokarmem) są jedynym z możliwych przejawów zmian w strategiach życiowych osobników. Choć nie we wszystkich eksperymentach różnice w stopniu wypełnienia przewodu pokarmowego i tempie wzrostu są istotne, to przy analizie łącznych danych pochodzących ze wszystkich eksperymentów (Rys. 3, Rys. ), obydwa te parametry różnią się istotnie w wariantach z informacją o niskim i wysokim zagęszczeniu populacji, ale tylko w obecności kairomonu. Również analiza kowariancji (z uwzględnieniem zmienności w wieku przy pierwszej reprodukcji) wykazała silnie istotne różnice dla połączonych danych, zarówno bez jak i z obecnością kairomonu (Rys. ). Ciekawym wynikiem jest jednak to, że w obecności kairomonu stopień wypełnienia jelita pokarmem i tempo wzrostu było niższe u Daphnia w wysokim niż w niskim zagęszczeniu populacji, a w nieobecności kairomonu odwrotnie (Rys. ). Zarówno w wariantach z informacją o niskim zagęszczeniu w nieobecności kairomonu i z informacją o wysokim zagęszczeniu w obecności kairomonu, dwa osobniki odłożyły przystąpienie do pierwszej reprodukcji prawdopodobnie do czasu po kolejnej wylince, stąd ich wiek w tym momencie wyniósł, odpowiednio, około 9 i 8 dni. Interesujące jest to, że zwierzęta te należały właśnie do tych wariantów, w których stopień wypełnienia przewodu pokarmowego i tempo wzrostu i były niższe. 3. 2. Liczba jaj w kładce z uwzględnieniem różnic w długości ciała Niektóre cechy osobników, w tym te związane z reprodukcją, w dużej mierze zależą od rozmiarów ciała zwierzęcia. Dlatego bardziej racjonalna jest analiza tych parametrów z uwzględnieniem długości ciała badanych zwierząt nawet wtedy, gdy (jak w przypadku 15

moich wyników) długość ciała zwierząt pomiędzy wariantami zagęszczenia nie różniła się istotnie zarówno w obecności, jak i nieobecności kairomonu. W obydwu eksperymentach (z roku 28 i 29) liczba jaj w kładce była mniejsza u zwierząt otrzymujących informację o wysokim niż niskim zagęszczeniu populacji w obecności kairomonu, przy czym różnica ta jest statystycznie silniejsza w obecności niż w nieobecności kairomonu (Rys. 5: E3 i E). Ponadto, taką samą zależność zaobserwowałem w drugim eksperymencie licencjackim (E2). Wyniki te wyraźnie wskazują na to, że choć samo wysokie zagęszczenie może negatywnie wpływać na liczbę potomstwa Daphnia, to efekt ten silniej manifestuje się w obecności kairomonu, a więc w obliczu zwiększonego zagrożenia ze strony drapieżnika. 3. 3. Dzienna inwestycja w reprodukcję z uwzględnieniem długości ciała We wszystkich do tej pory przeprowadzonych eksperymentach, dzienna inwestycja reprodukcję była w obecności kairomonu istotnie niższa u zwierząt otrzymujących informację o wysokim niż o niskim zagęszczeniu (Rys. 6: E1, E2, E3 i E). Podobnie jak w przypadku liczby jaj w kładce, i tu test statystyczny wykazał silniejszą zależność pomiędzy badanymi wariantami w obecności niż w nieobecności kairomonu. Tak więc obecność drapieżnika nie pozwala wioślarkom na podejmowanie wysokich inwestycji w rozród w warunkach wysokiego zagęszczenia populacji, a efekt ten nie może być wynikiem samego tylko negatywnego oddziaływania przegęszczenia na Daphnia. 3.. Liczba jaj w kładce i dzienna inwestycja w reprodukcję z uwzględnieniem długości ciała połączone dane ze wszystkich eksperymentów Różnice w liczbie jaj oraz dziennej inwestycji w reprodukcję (Rys. 7 A i Rys. 7 B) pomiędzy badanymi wariantami były silnie istotne statystycznie przy analizie połączonych danych ze wszystkich eksperymentów. Warto też zauważyć dobrze znaną prawidłowość, że długość ciała Daphnia w wariantach z kairomonem nie przekracza 1,5 cm, a wariantach bez kairomonu sięga aż do 1,7 cm (Rys. 7). Dodatkowo, maksymalne wartości dziennej inwestycja w reprodukcję w wariantach z kairomonem nie przekraczają około połowy zastosowanej skali. 16

3. 5. Eksperymenty sprawdzające podatność Daphnia na bezpośrednie drapieżnictwo ryb W pierwszym z serii pięciu eksperymentów badających podatność wioślarek na bezpośrednie drapieżnictwo, ryby zjadły ponad 8% Daphnia w obydwu wariantach (Rys. 8: E W 1). Było to zapewne wynikiem zbyt długiego czasu żerowania płoci ( minut). W drugim eksperymencie (E W 2) skróciłem czas żerowania ryb do 3 minut oraz zastosowałem zdecydowanie słabsze niż w pierwszym eksperymencie oświetlenie układu. Tym razem jednak liczba zjedzonych osobników była zbyt mała, by mogła się w niej ujawnić różnica tylko około 2% Daphnia z obydwu wariantach zginęło na skutek drapieżnictwa (Rys. 8: E W 2). Kolejne trzy eksperymenty (z czasem żerowania równym 3 minut oraz z zastosowanym właściwym, mocniejszym niż w drugim eksperymencie pilotażowym oświetleniem) wyraźnie pokazały, że Daphnia hodowane w obecności informacji o niskim zagęszczeniu populacji są zdecydowanie bardziej podatne na bezpośrednie drapieżnictwo ryb niż te hodowane w informacji o wysokim zagęszczeniu populacji (Rys. 8: E W 3, E W i E W 5). Różnica pomiędzy wariantami wynosiła około 1%, 29% i 32% odpowiednio w trzecim (E W 3), czwartym (E W ) i piątym (E W 5) eksperymencie. Wynik ten jest istotny przy p,5 w teście Kruskala-Wallisa oraz znajduje się na granicy istotności statystycznej w teście Wilcoxona przy p=,89. Daphnia pozostałe po żerowaniu były istotnie większe w wariancie z informacją o wysokim (a więc te mniej podatne na żerowanie ryb) niż niskim zagęszczeniu populacji w eksperymencie piątym oraz pierwszym eksperymencie pilotażowym (Tab. 1: E W 1 i E W 5). Taka sama różnica na granicy istotności statystycznej została wykryta w drugim eksperymencie (E W 2). 17

. Dyskusja Przeprowadzone przeze mnie eksperymenty wieżowe jednoznacznie wykazały, że osobniki Daphnia hodowane z informacją o niskim zagęszczeniu populacji były bardziej podatne na niebezpieczeństwo spotkania z żywym drapieżcą. Gdy znalazły się one realnie w wyższym zagęszczeniu, to one raczej padały łupem drapieżników niż osobniki od narodzenia otrzymujące informację o wysokim zagęszczeniu, które ewidentnie musiały być lepiej przygotowane na spotkanie z rybą. Jest to zatem zgodne z koncepcją głoszącą, że wioślarki w niskim zagęszczeniu populacji mogą sobie pozwolić na rezygnację z pewnych mechanizmów obronnych, co przekładało się na ich większą śmiertelność. Nikt do tej pory nie uzyskał wyniku pokazującego, że wioślarki hodowane w niskim zagęszczeniu, a umieszczone w później w wyższym zagęszczeniu wraz z żywymi, żerującymi rybami będą bardziej podatne na drapieżnictwo niż te od początku otrzymujące informację o wysokim zagęszczeniu populacji. Podobny wynik, choć w zupełnie innym kontekście, uzyskali Pijanowska i in. (1993), w których eksponowali na presję ryb osobniki Daphnia magna z klonu zamieszkującego środowisko bezrybne (a więc nie spotykającego się nigdy z tym drapieżcą) oraz z klonu z Binnensee jedynego znanego środowiska, w którym ten duży gatunek wioślarki styka się z realnym niebezpieczeństwem ze strony ryb planktonożernych. Oczywiście liczebność wioślarek z klonu wyizolowanego ze środowiska bezrybnego została w dużo większym stopniu ograniczona niż tych z klonu pochodzącego z jeziora zamieszkanego przez ryby. W moich badaniach wykorzystałem zwierzęta nie tylko tego samego gatunku i klonu, lecz również pochodzące z kohorty wyprowadzonej z jednego osobnika, czyli de facto genetycznie identyczne. Fakt, że zaobserwowane różnice w przeżywalności Daphnia były tak duże pomiędzy wariantami świadczy o tym, że w niskim zagęszczeniu populacji wioślarki rezygnowały z pewnych strategii obronnych w taki sposób, jak gdyby drapieżników w środowisku w ogóle nie było. Pewną dodatkową obserwacją, która nie wiąże się z głównym tematem mojej pracy, ale wydaje się wystarczająco interesująca żeby o niej wspomnieć, była zmierzona długość ciała pozostałych po żerowaniu Daphnia. Tą obserwacją jest fakt, że wioślarki z wariantu z obecnością informacji o niskim zagęszczeniu populacji (a więc te bardziej podatne na drapieżnictwo ryb planktonożernych) miały mniejszą średnią długość ciała niż te w wariancie z informacją o zagęszczeniu wysokim, choć należało by się spodziewać czegoś odwrotnego (co wynika z bogatego piśmiennictwa zaprezentowanego np. w rozprawie doktorskiej Rygielskiej-Szymańskiej (29)). W literaturze znaleźć można potwierdzenie przypuszczenia, 18

że Daphnia spośród rozmaitych mechanizmów preferują skuteczniejszy i działający natychmiast behawioralny typ obrony przed drapieżnikami w warunkach, gdy daje on przewagę nad długotrwałymi, kosztownymi zmianami w historii życia (de Meester i in. 1995, Ślusarczyk i in. 22, Sakwińska i Dawidowicz 25). Takie warunki prawdopodobnie istniały w wieżach, gdzie woda była silnie stratyfikowana termicznie i świetlnie. Rzeczywiście, jednym ze sposobów zachowania się, czyniącym wioślarki otrzymujące informację o niskim zagęszczeniu populacji bardziej podatnymi na drapieżnictwo ryb, może być zachowanie wyboru głębokości przebywania (de Meester i in. 1999). Polega ono na przebywaniu zagrożonych Daphnia w głębszych, ciemniejszych i chłodniejszych częściach zbiornika, gdzie są trudno dostrzegalne przez posługujące się wzrokiem przy żerowaniu ryby planktonożerne. W warunkach naturalnych to powszechne, wielokrotnie opisywane w literaturze zjawisko przejawia się w podejmowaniu migracji w rytmie dobowym za dnia w głębsze partie zbiornika a w nocy ku powierzchni, a informacje na ten temat można znaleźć w wielu pracach przeglądowych, np. Dawidowicza (1999) i Gliwicza (23). Co więcej, niedawne badania wykazały, że zwierzęta z tego samego co u mnie klonu Daphnia w obecności informacji o niskim zagęszczeniu populacji nie musiały przebywać tak głęboko w słupie wody jak te w obecności informacji o zagęszczeniu wysokim, z jednoczesną obecnością kairomonu (Gliwicz i in. 26). Zjawisko to może tłumaczyć zaobserwowaną przeze mnie większą śmiertelność ofiar, które otrzymywały informację o niskim zagęszczeniu populacji. Odpowiedzi na pytanie jakie inne cechy Daphnia mogą odpowiadać za ich zróżnicowaną podatność na drapieżnictwo ryb w niskim i wysokim zagęszczeniu populacji można szukać w wynikach innych przeprowadzonych przeze mnie eksperymentów. Najciekawszym wynikiem mojej pracy licencjackiej (Uszko 27) było wykazanie, że w obecności kairomonu odpowiedzią Daphnia na wysokie zagęszczenie populacji jest zmniejszone tempo wzrostu ciała. Przyczyną tego najprawdopodobniej było ograniczenie aktywności filtracyjnej, przejawiające się mniejszym wypełnieniem przewodu pokarmowego niż obserwuje się to u wioślarek w niskim zagęszczeniu populacji. Jak wiadomo, wypełnienie jelita pokarmem czyni rozwielitki lepiej widocznymi dla ryb, a ograniczenie aktywności filtracyjnej jest udowodnionym sposobem unikania drapieżników przez wioślarki (Haney 1985, Nakagawa i in. 23, Grzesiuk 2). Choć w eksperymentach, które przeprowadziłem na potrzeby niniejszej pracy, nie wykryłem istotnych różnic ani w stopniu wypełnienia przewodu pokarmowego, ani w tempie wzrostu, to jednak różnice te stały się istotne wtedy, gdy wszystkie dane zostały 19

przeanalizowane łącznie. Wydaje mi się, że jest to świetny przykład na to, że przy analizach wyników badań korzystnie jest mieć duży zbiór danych, bo wtedy test statystyczny wykrywa istotne różnice nawet wtedy, gdy nie ujawniają się one dla eksperymentów analizowanych osobno. Również analiza statystyczna stopnia wypełnienia jelita pokarmem i tempa wzrostu, dla połączonych danych, z uwzględnieniem zmienności w wieku przy pierwszej reprodukcji (Rys. ) wykazała silnie istotne różnice pomiędzy wariantami zagęszczenia zarówno w obecności jak i nieobecności kairomonu. Interesujące jest to, że w obecności kairomonu obydwa parametry są niższe w wysokim zagęszczeniu populacji, a w nieobecności kairomonu wyższe. Może to oznaczać, że wysokie zagęszczenie populacji jako informacja o zbliżającej się limitacji pokarmowej skłania Daphnia do zwiększonej intensywności odżywiania się (czego konsekwencją może być nie tylko wyższe tempo wzrostu, lecz także większy sukces reprodukcyjny) ale tylko wtedy, gdy w środowisku nie ma drapieżników. Obserwacja ta potwierdza wynik opisany w pracy magisterskiej Maszczyka (25) (póżniej opublikowany razem z Gliwiczem (27)) pokazujący, że osobniki z tego samego co u mnie klonu Daphnia osiągały niższe tempo wzrostu przy wyższych koncentracjach pokarmu, ale tylko w obecności kairomonu. Z moich badań wynika, że zachowanie polegające na powstrzymywaniu się od wypełniania jelita pokarmem (zaobserwowane po raz pierwszy przez Haneya (1985)), a w konsekwencji niższe tempo wzrostu, nie jest oczywiście jedynym mechanizmem obrony podejmowanym przez Daphnia. Alternatywnie, zwierzęta mogą się najadać i tym samym szybciej rosnąć (być większe), jednak muszą podejmować inne behawioralne strategie, np. wyżej wspomniane przebywanie w ciemnych i chłodnych partiach zbiornika. Po raz pierwszy stwierdzono to we wspomnianych już wcześniej (rozdział 2. 3.) słynnych na cały świat wieżach planktonowych, a opisano w pracy pod międzynarodowym autorstwem badaczy z Belgii, Stanów Zjednoczonych i Niemiec (de Meester i in. 1995). Najbardziej istotnym zyskiem zwierzęcia, które rezygnuje z kosztownej obrony w niskim zagęszczeniu populacji, jest możliwość zwiększenia alokacji materiałów na reprodukcję. We wszystkich czterech eksperymentach (E1, E2, E3 i E), czy to analizowanych osobno czy razem, zarówno liczba jaj w kładce jak i dzienna inwestycja w reprodukcję były większe u wioślarek otrzymujących informację o niskim zagęszczeniu populacji niż u tych otrzymujących informację o zagęszczeniu wysokim. Jest to szczególnie dobrze widoczne, kiedy wysiłek reprodukcyjny pokazany jest w zależności od długości ciała (Rys. 7). Wynik ten uzyskałem zarówno w tych eksperymentach, gdzie ujawniły się różnice w tempie wzrostu 2

i stopniu wypełnienia jelit pokarmem, jak i w tych gdzie tych różnic nie wykazałem. Potwierdza to również w sposób bardziej spektakularny niż w znanych mi do tej pory pracach (Lampert 1993, Machaček 1993, Tollrian i Harvell 1999) oczywistą prawidłowość, że zwierzęta w obecności kairomonu przystępują do reprodukcji szybciej, dlatego przy mniejszej długości ciała. Liczba jaj w kładce oraz podejmowane inwestycje w reprodukcję powinny być uważane za najlepsze miary dostosowania osobników. Pierwszy parametr to w przypadku Daphnia po prostu liczba produkowanych kopii własnego genotypu, drugi zaś mówi o tym, jak wiele pobranej energii matka przekazuje na wyposażenie całości potomstwa w pierwszej kładce jajowej. Wyniki tej pracy są przekonującym dowodem na to, że Daphnia przebywające w refugium, jakie oferuje niskie zagęszczenie ich populacji, mogą istotnie zwiększyć swoje dostosowanie rezygnując z mechanizmów obronnych, których koszty ujawniają się przede wszystkim w ograniczeniu płodności oraz tempa wzrostu osobników. 21

5. Bibliografia Dawidowicz, P. i Loose C.J. 1992. Metabolic costs during predator-induced diel vertical migration of Daphnia. Limnol. Oceanogr. 37: 1589-1595. Dawidowicz, P. 1999. Dobowe migracje pionowe zooplanktonu: przyczyny, koszty i konsekwencje. Kosmos 8: 1-9. De Meester, L., Dawidowicz, P., Van Gool, E. i Loose, C. J. 1999. Ecology and evolution of predator-induced behavior of zooplankton: depth selection behavior and diel vertical migration. W: Tollrian, R. and Harvel, C.D. (eds.). The ecology and evolution of inducible defenses. Princeton University Press. Princeton. De Meester, L., Weider, L. J. i Tollrian, R. 1995. Alternative antipredator defenses and genetic polymorphism in a pelagic predator-prey system. Nature 378: 83-85. Gliwicz, Z. M. 21. Species-specific population-density thresholds in cladocerans? Hydrobiologia 2: 291-3. Gliwicz, Z. M., Dawidowicz, P., Jachner, A. i Lampert, W. 21. Roach habitat shifts and foraging modified by alarm substance. 2. Reasons for different responses of fish in field and laboratory. Arch. Hydrobiol.15: 377-392. Gliwicz, Z. M. 23. Between hazards of starvation and risk of predation: the ecology of offshore animals, International Ecology Institute, Oldendorf/Luhe, 379 pp. Gliwicz, Z. M., Dawidowicz, P. i Maszczyk, P. 26. Low-density anti-predation refuge in Daphnia and Chaoborus? Arch. Hydrob. 167: 11-11. Gliwicz, Z. M., Maszczyk, P. 27. Daphnia growth is hindered by chemical information on predation risk at high but not at low food levels. Oecologia 15: 76-715. Gliwicz, Z. M., Wrzosek, D. 28. Predation-mediated coexistence of large- and small-bodied Daphnia at different food levels. American Naturalist 172: 358-37. Gliwicz, Z. M. 29. Competition and predation. W: Likens, G. E. (ed) 29. Encyclopedia of inland waters 3: 623-632. Oxford: Elsevier. Grzesiuk, M. 2. Odległość reakcji płoci w stosunku do Daphnia w zależności od stopnia wypełnienia przewodu pokarmowego ofiary. Praca licencjacka, Wydział Biologii UW. Hamilton, W. D. 1971. Geometry for the selfish herd, J. Theor. Biol. 31: 295-311. Haney, J. F. 1985. Regulation of cladoceran filtering rates in nature by body size, food concentration, and diel feeding patterns. Limnol. Oceanogr. 3: 397-11. Hines, A. H., Whitlatch, R. B., Thrush, S. F., Hewitt, J. E., Cummings, V. J., Dayton, P.K. i Legendre, P. 1997. Nonlinear foraging response of a large marine predator to benthic 22

prey: eagle ray pits and bivalves in a New Zealand sandflat. J. Exp. Mar. Niol. Ecol. 216: 191-21. Holling, C. S. 1959. The components of predation as revealed by a study of small-mammal predation of the European pine sawfly. Can. Entomol. 91: 293-32. Jakobsen, P. J. i Johnsen, G. H. 1987. The influence of predation on horizontal distribution of zooplankton species. Freshw. Biol. 17: 51-57. Jakobsen, P. J. i Johnsen, G. H. 1988. The influence of food limitation on swarming behavior in the waterflea Bosmina longispina. Anim. Behav. 36: 991-995. Lampert, W. 1993. Phenotypic plasticity of the size at first reproduction in Daphnia: importance of maternal size. Ecology 7: 155-166. Lampert, W., Sommer U. 1993. Limnoökologie. Thieme Georg Verlag, 97 pp. Lampert, W., Sommer, U. 21. Ekologia wód śródlądowych. PWN, 16 pp. Lipcius, R. N. i Hines, A. H. 1986. Variable functional responses of a marine predator in dissimilar homogeneous microhabitats. Ecology 67: 1361-1371. Machaček, J. 1993. Comparison of response of Daphnia galeata and Daphnia obtusa to fish -produced chemical substance. Limnol. Oceanogr. 38: 15-155. Maszczyk, P. 25. Hamowanie tempa wzrostu Daphnia pod wpływem informacji o drapieżcy w różnych warunkach pokarmowych. Praca magisterska, Wydział Biologii UW. McNamara, J.M. i Houston, A. I. 1985. Optimal foraging and learning. J. Theor. Biol. 117: 231-29. Nakagawa, Y., Endo, Y. i Sugisaki, H. 23. Feeding rhythm and vertical migration of the euphasiid Euphasia pacifica in coastal waters in north-eastern Japan during fall. J. Plankton Res. 25: 633-6. Pijanowska, J., Weider, L. J., Lampert, W. 1993. Predator-mediated genotypic shifts in a prey population: experimental evidence. Oecologia 96: -2. Rosenzweig, M. L. i MacArthur, R. H. 1963. Graphical representation and stability conditions of predator-prey interactions. American Naturalist 7: 29-223. Rygielska-Szymańska, E. 29. W jakim stopniu struktura wiekowa populacji Daphnia odzwierciedla selektywną presję drapieżnika ryby planktonożernej? Rozprawa doktorska, Wydział Biologii UW. Sakwińska, O. i Dawidowicz, P. Life history strategy and depth selection behavior as alternative antipredator defenses among natural Daphnia hyalina populations. Limn. Oceanogr. 5: 128-1289. 23

Seitz, R. D., Lipcius, R. N., Hines, A. H. i Eggleston, D. B. 21. Density-dependent predation, habitat variation, and the persistence of marine bivalve prey. Ecology 82: 235-251. Sommer, U. (ed.) 1989a. Plankton Ecology. Succession in Plankton Communities. Springer- Verlag, Berlin, Heidelberg, New York, London, Paris, Tokyo, 369 pp. Stich, H. B., Lampert, W. 198. Growth and reproduction in migrating and non-migrating Daphnia species under simulated food and temperature conditions of diurnal vertical migrations. Oecologia 61: 192 196. Ślusarczyk, M., Pinel-Aloul, B. i Rodriguez, M. 22. Diel vertical migration and life history adaptations as mutually exclusive responses to fish predation in Daphnia catawba. Doniesienie w formie plakatu z konferencji Cladoceran Meeting. Tollrian, R., Dodson, S. I. 1999. Inducible defenses in cladocerans: constraints, costs and multipredator environments. W Tollrian, R. and Harvel, C.D. (eds.). The ecology and evolution of inducible defenses. Princeton University Press. Princeton. Tollrian, R. i Harvel, C.D. (eds.). The ecology and evolution of inducible defenses. Princeton University Press. Princeton. Uszko, W. 27. Tempo wzrostu Daphnia w obecności i nieobecności informacji o wysokim zagęszczeniu populacji oraz informacji o zagrożeniu ze strony drapieżcy. Praca licencjacka, Wydział Biologii UW. Young, S., Watt, P. J., Grover, J. P. i Thomas, D. 199. The unselfish swarm? J. Anim. Ecol. 63: 611-618. 2

A Racja pokarmowa drapieŝcy (liczba zjadanych ofiar w jednostce czasu) B C Prawdopodobieństwo śmierci pojedynczego osobnika ofiary Zagęszczenie populacji ofiary Rys. 1. Krzywe odpowiedzi funkcjonalnej III typu Hollinga na wzrost zagęszczenia populacji ofiary (linia ciągła) oraz zmiany prawdopodobieństwa śmierci pojedynczej ofiary w miarę rosnącego zagęszczenia jej populacji (linia przerywana).

A B Temperatura ( C),2, 1 2,2,,6,6 173 cm Głębokość,8 1,8 1 1,2 1,2 1, 1, 1,6 1,6 5 cm 5 cm 5 1 Procent światła padającego na powierzchnię Rys. 2. Schemat układu dwóch wież użytego w eksperymentach sprawdzających podatność Daphnia na bezpośrednie drapieżnictwo ryb (A) oraz stratyfikacja termiczna (linia ciągła) i świetlna (linia przerywana) wody (B), pokazująca w pełni powtarzalne w kolejnych eksperymentach warunki w słupie wody.

E1 Listopad 26 E2 Marzec 27 E3 Listopad 28 E Styczeń 29 Stopień wypełnienia przewodu pokarmowego (%) 6 3 2 ns ns 6 3 ns * 6 3 ns 1 ns 6 3 ns 1 ns Tempo wzrostu osobnika (dzień -1 ),6,,2 * 1 **,6,,2 ns 1 ns,6,,2 ns 1 ns,6 ns ns,,2 1 Rys. 3. Stopień wypełnienia przewodu pokarmowego i tempo wzrostu osobnika (średnia ±SD) w eksperymentach z roku 26 i 27 (E1 i E2 z pracy licencjackiej) oraz z roku 28 i 29 (E3 i E), w nieobecności (nie zakreskowane, ) i obecności (zakreskowane, ) rybiego kairomonu, w obecności informacji o niskim (nie zacienione) i wysokim (zacienione) zagęszczeniu populacji. Różnice istotne statystycznie w dwuczynnikowej analizie wariancji z testem post-hoc Fisher a: ** - istotne przy p,5; * - istotne przy p,5; ns nie istotne przy p>,5. Dodatkowo, bardziej konserwatywny test post-hoc Tukey a wykazał istotą różnicę w tempie wzrostu osobnika pomiędzy wariantami z informacją o niskim i wysokim zagęszczeniu populacji, w obecności kairomonu, w eksperymencie pierwszym (E1). Dwuczynnikowa analiza wariancji wykazała istotne różnice, w teście post-hoc Fisher a (p,5) i Tukey a (p,5), zarówno w stopniu wypełnienia przewodu pokarmowego, jak i w tempie wzrostu, pomiędzy wariantami z informacją o niskim i wysokim zagęszczeniu populacji w obecności kairomonu dla połączonych danych ze wszystkich eksperymentów.

Stopień wypełnienia przewodu pokarmowego (%) 6 2 n=52 3,5,5 5,5 6,5.6 6 *** *** 2 n=63 3,5,5 5,5 6,5.6 *** *** Tempo wzrostu osobnika (dzień -1 )..2..2 n=52 3.5.5 5 5.5 6 6.5 9 3.5.5 5 5.5 6 6.5 8 Wiek przy pierwszej reprodukcji (dni) Rys.. Stopień wypełnienia przewodu pokarmowego i tempo wzrostu osobnika jako dane ze wszystkich czterech eksperymentów (26, 27, 28 i 29), w nieobecności ( ) i obecności ( ) rybiego kairomonu, w obecności informacji o niskim (jasne) i wysokim (ciemne koła i linie) zagęszczeniu populacji. Analiza wariancji stopnia wypełnienia przewodu pokarmowego i tempa wzrostu osobnika, z uwzględnieniem zmienności wynikającej z różnic w wieku przy pierwszej reprodukcji (zmienna towarzysząca) wykazała istotne różnice pomiędzy wszystkimi porównywanymi wariantami (*** - istotne przy p,1). n=62