ДИНАМИКА РЫБЬЕГО РАЦИОНА

— Еще недавно в Академии наук проходили конкурсы грантов на проведение совместных исследований учеными Уральского, Сибирского и Дальневосточного отделений РАН. Поддерживаемые проекты объединяли усилия научных коллективов разных регионов и, как правило, приводили к интересным комплексным результатам. С работы по такому гранту и началось наше сотрудничество с Институтом биофизики Красноярского ФИЦ СО РАН, а также c коллегами из двух федеральных университетов — Казанского и Сибирского. В рамках двух поддержанных грантами проектов мы исследовали, как глобальное потепление влияет на организмы, приспособленные к обитанию в водной среде. Мы называем такие организмы гидробионтами. Изучение их биохимического состава — отдельное направление в этом большом исследовании.

За время совместной работы на нашей территории было организованно три экспедиционных выезда в Большеземельскую тундру, в район Харбейских озер для сбора гидробиологического материала. Изучение его биохимического состава позволило определить пищевую ценность гидробионтов нескольких трофических уровней, в первую очередь водных беспозвоночных. Такого рода исследованиям в гидробиологии сейчас уделяется большое внимание. Интерес этот связан с незаменимыми физиологически ценными компонентами питания человека и животных — длинноцепочечными полиненасыщенными жирными кислотами (ПНЖК) семейства омега-3, а именно, эйкозапентаеновой (ЭПК) и докозагексаеновой (ДГК) кислотами. Они играют важнейшую роль в функционировании нашего организма, они в нем не синтезируются. Высокие концентрации ПНЖК содержатся в рыбе. Кислоты синтезируются водорослями и по пищевой цепи передаются к водным беспозвоночным, от них — к рыбам, а затем — к человеку и наземным животным. Таким образом, водные экосистемы выступают главным источником длинноцепочечных омега-3 ПНЖК. Информация о составе жирных кислот гидробионтов нужна для определения качества пищи, потребляемой организмами высших трофических уровней.

— К моменту начала работы Институт биологии Коми НЦ УрО РАН уже располагал большим массивом сведений о составе и количественных показателях развития беспозвоночных разнотипных водоемов тундры. Наш коллектив под руководством кандидата биологических наук Елены Борисовны Фефиловой провел исследования, на основании которых дана оценка современному состоянию экосистем водоемов Большеземельской тундры по биологическим показателям. В экспедициях получены основные гидробиологические и гидрохимические показатели в модельных водоемах, собраны также доминирующие виды зоопланктона и зообентоса (организмы, населяющие соответственно толщу воды и дно водоема — прим. ред.) для биохимического анализа. Пробы и данные обработаны, проведен статистический и математический анализ выявленных динамик.

Биохимический анализ, проведенный сотрудниками Института биофизики СО РАН и Сибирского федерального университета под руководством профессора доктора биологических наук Михаила Ивановича Гладышева, показал влияние температуры воды на жирнокислотный состав гидробионтов, населяющих ее толщу. Это влияние проявляется, с одной стороны, на экосистемном уровне — в смене видового состава гидробионтов и, с другой стороны, на клеточном, биохимическом уровне — в поддержании оптимальной текучести мембран. Впервые было установлено, что различия в содержании ДГК — одной из наиболее значимых в физиолого-биохимическом отношении кислот — у веслоногих и ветвистоусых ракообразных определяются их филогенетическими особенностями, а не температурными различиями местообитаний. И в теплых, и в холодных озерах веслоногие ракообразные содержат существенно больше ДГК, чем ветвистоусые и, следовательно, имеют более высокую биохимическую ценность как кормовые объекты для молоди рыб.

Кроме того, наши красноярские коллеги привлекли нас к изучению беспозвоночных, населяющих дно водоемов. Эти животные также значительно отличаются друг от друга по содержанию жирных кислот. Согласно исследованиям, охватившим беспозвоночных из 23 водных экосистем, включая наши Харбейские озера, самые ценные пищевые объекты для рыб — личинки насекомых, особенно поденок и ручейников, а также рачки гаммарусы и плоские черви планарии. Меньше всего ПНЖК было обнаружено в моллюсках, пиявках, олигохетах, мшанках и личинках жуков.

Известно, что бентосоядные рыбы более требовательны к содержанию ПНЖК в пище, чем растительноядные и хищные виды. Поэтому изменения, которые по разным причинам происходят в составе бентического сообщества, влияют на качество питания рыб. Перемены могут быть вызваны из-за климатическим процессом, антропогенным загрязнением, инвазией чужеродных биологических видов и эвтрофикацией (избыточным поступлением в водоемы органических и минеральных веществ, преимущественно азота и фосфора — прим. ред.). Возможное заселение водоемов видами беспозвоночных с меньшим по сравнению с естественными популяциями содержанием ПНЖК в конечном итоге ухудшает качество кормовой базы для аборигенных видов рыб.

Результатом комплекса проведенных в озерной системе Большеземельской тундры гидрохимических, гидробиологических, палеоэкологических исследований стал вывод о том, что состояние экосистемы соответствует естественному и остается на этом уровне последние 40 и даже 150 лет. При этом выявлены особенности функционирования сообществ и популяций гидробионтов, связанные с влиянием глобального потепления климата. Эти явления, тем не менее, пока не изменили динамическое равновесие в экосистеме.

Также сравнение полученных данных с результатами ученых из других регионов позволило оценить риски потепления климата для водных экосистем на этих территориях, описать кормовую базу местных водоемов и сделать выводы о различиях в содержании ПНЖК в водоемах различных климатических зон.

— Конечно, такое направление, как аквакультура (разведение и выращивание водных организмов в естественных и искусственных водоемах и на специально созданных морских плантациях — прим. ред.), востребовано во многих регионах. Однако также известно, что она оказывает и негативное воздействие на водоемы вследствие органического и биологического загрязнения. Из возможных вариантов наиболее щадящим для природной экосистемы считается садковое рыбоводство.

В форелевых хозяйствах для накопления у рыб за короткий срок мышечной массы используют искусственные корма. Сегодня активно изучается влияние различных составов комбикормов на морфометрические и физиолого-биохимические характеристики культивируемых рыб, особенно лососевых, но эти вопросы по-прежнему остаются слабоизученными. Поскольку рыбе, как и большинству других животных, для роста и развития необходимы длинноцепочечные ПНЖК, развитие высокопродуктивной аквакультуры требует кормов, насыщенных этими жирными кислотами. А такие корма производятся из беспозвоночных и рыб, добываемых из природных экосистем.

Дело еще и в том, что в водных экосистемах по трофическим цепям к рыбе через водоросли и беспозвоночных передается разное количество необходимых для функционирования организма полинасыщенных жирных кислот. Это позволяет утверждать, что рыба, которая водится в водоемах, различается по биохимическому качеству. И в современных условиях огромную важность имеют знания о биохимии добываемой рыбной продукции и в первую очередь о содержании в ней длинноцепочечных омега-3 ПНЖК.

Очень вероятно, что количественную оценку рыбной продукции, извлекаемой из того или иного водоема, можно дополнять данными о ее качественной составляющей. Но для этого необходимо провести инвентаризацию водоемов по их способности производить то или иное количество кислот.

Конкретно в этом вопросе с рыбоводческими хозяйствами нашего региона мы пока не взаимодействуем. В искусственных водоемах на территории Республики Коми развито именно садковое рыбоводство, там выращивается радужная форель, питающаяся искусственными кормами. И выходит, что фермеры следят лишь за качеством этих кормов. Естественная же ихтиофауна водохранилищ в основном состоит из карповых пород рыб, в которых содержание эйкозапентаеновой и докозагексаеновой кислоты, согласно опубликованным данным наших коллег, — 0,8–1,6 г/кг сырой массы, в отличие от радужной форели, где оно составляет 4 г/кг сырой массы.

— На наш взгляд, интересно было бы сравнить динамику различных гидробиологических и биохимических показателей в экосистемах, например, в арктических и тропических. Пресноводные экосистемы, которые обладают широким спектром биотических и абиотических особенностей, находятся в разных географических зонах, различаются ответом организмов на условия существования.