[논문 리뷰] What causes the increase in aggregation as a parasite moves up a food chain?

R. J. G. Lester, R. McVinish|arXiv (Cornell University)|2016. 07. 19.

Parasite Biology and Host Interactions참고 문헌 35인용 수 14

한 줄 요약

이 연구는 100여 편 이상의 연구에서 확보한 실증 데이터와 확률 모델을 통해 어류 기생충 기생충 집합이 감염된 숙주를 통해 누적 노출됨에 따라 기생충 기생충 기생충 집합이 증가함을 보여준다. 모델은 기생충 집합이 기생충의 누적 축적에 의해 기인하며, 나이에 따라 변화하는 포식자 섭취 행동이 과도한 분산을 더욱 악화시킨다는 것을 드러낸다.

ABSTRACT

General laws in ecological parasitology are scarce. Here we evaluate data published by over 100 authors to determine whether the number of hosts in a life cycle is associated with the degree of aggregation of fish parasites at different stages. Parasite species were grouped taxonomically to produce 20 or more data points per group as far as possible. Most parasites that remained at one trophic level were less aggregated than those that had passed up a food chain. We use a stochastic model to show that high parasite overdispersion in predators can be solely the result of the accumulation of parasites in their prey. The model is further developed to show that a change in the predators feeding behaviour with age may further increase parasite aggregation.

연구 동기 및 목표

• 기생충 집합이 어류 숙주에서 영양계 수준이 높아질수록 증가하는지 조사하기.
• 기생충이 먹이망을 따라 상향 이동함으로써 과도한 분산이 증가하는지 확인하기.
• 기생충 집합 증가의 기계적 기초를 설명하는 확률 모델 개발하기.
• 나이에 따른 포식자 섭취 행동 변화가 기생충 집합 수준에 미치는 영향 평가하기.

제안 방법

• 어항 기생충에 관한 300편 이상의 출판된 연구에서 평균 강도 및 분산 데이터를 수집 및 분석하였다.
• 표준 평균 기생충 수 10마리/숙주에서 산란 지수를 추정하기 위해 타일러의 거듭제곱 법칙을 적용하였다.
• 기생충이 감염된 숙주를 섭취함에 따라 기생충을 획득하는 확률 모델을 구축하였으며, 인구 구조는 일정하고 면역 반응은 없다고 가정하였다.
• 시간에 따라 변하는 감염률과 섭취 행동 변화를 도입하여 나이에 따른 기생충 축적 변화를 모델링하였다.
• 수학적 분석을 통해 기생충 부담의 평균과 분산 간의 관계를 유도하였으며, 시간이 지남에 따라 분산이 감소하지 않는다는 것을 보였다.
• 감염률이 시간에 따라 증가할 경우, 특히 일정하지 않은 섭취 행동 조건에서 분산-평균 비율(분산 지수)이 증가함을 증명하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 영양계 수준과 어류에서 기생충 집합 정도 사이에 일반적인 연관성이 있는가?
• RQ2 기생충 기생충 집합의 관찰된 증가가 감염된 숙주로부터의 기생충 누적 축적 외에 다른 원인으로 설명될 수 있는가?
• RQ3 포식자 섭취 행동의 나이에 따른 변화가 기생충 집합 수준에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 기생충 부담에서 시간이 지남에 따라 과도한 분산이 증가하는 데 필요한 수학적 조건은 무엇인가?
• RQ5 누적 노출과 행동 변화에 의해 분산 지수(Dispersion Index)가 1을 초과하는 조건는 무엇인가?

주요 결과

• 영양계를 따라 상향 이동하는 기생충 종은 한 영양계에서 머무는 종보다 유의미하게 높은 기생충 집합 수준을 보였다.
• 확률 모델은 기생충 기생충 집합이 기생충의 감염된 숙주로부터의 누적 축적에 의해 완전히 설명될 수 있음을 보여주었다.
• 포식자 섭취 행동이 나이에 따라 변화할 경우(예: 섭취량 증가 또는 노출 증가), 모델은 기생충 집합이 추가로 증가할 것임을 예측하였다.
• 기생충 부담에서 분산-평균 비율(분산 지수)은 시간이 지남에 따라 증가하며, 그 증가율은 시간에 따라 변하는 감염률에 의존한다.
• 모델은 분산 지수가 시간에 따라 감소하지 않음을 증명하였고, 감염률이 증가할 경우에만 엄격하게 증가함을 확인하여 관찰된 집합 현상의 메커니즘을 뒷받침한다.
• 감염률이 일정할 경우에만 분산 비율이 동일해지며, 이 외의 경우 감염률 증가가 더 높은 과도한 분산을 유도함을 확인하였으며, 이는 실증 관찰과 일치한다.