Почему рыбы мельчают в теплой воде? Причина не в жабрах, выяснили ученые
Международная группа ученых под руководством Университета Массачусетса в Амхерсте не нашла физиологических доказательств ведущей теории, объясняющей, почему многие виды рыб "уменьшаются" по мере потепления вод из-за изменения климата. Речь идет о теории ограничения кислорода жабрами (Gill Oxygen Limitation, GOL), которая претендует на роль универсального механизма, определяющего размер рыб, и используется в некоторых прогнозах будущих мировых уловов.
Однако исследователи из NOAA, USGS, Калифорнийского университета в Дэвисе и UMass Amherst провели серию долгосрочных экспериментов на ручьевой форели и обнаружили, что хотя повышенные температуры действительно приводят к значительному уменьшению размера тела, площадь поверхности жабр не объясняет эти изменения. Результаты опубликованы в Journal of Experimental Biology.
Проблема "Правила температуры и размера"
Многие животные, включая рыб, вырастают до меньших размеров во взрослом состоянии при более высоких температурах — это явление известно как "Правило температуры и размера" (Temperature Size Rule). Однако его механизм остается неясным десятилетиями.
Размер рыбы — критический параметр для большинства моделей управления рыболовством. Когда рыба мельчает, для заполнения тонны улова требуется больше особей. Меньший вес также связан со снижением репродуктивной способности.
Проверка теории GOL
Согласно теории GOL, рост рыбы ограничен количеством кислорода, которое жабры могут извлечь из воды. В теплой воде метаболические процессы ускоряются и требуют больше кислорода, но площадь жабр ограничена, что не позволяет рыбе вырасти крупной.
До сих пор эта теория, лежащая в основе прогнозов резкого сокращения будущих глобальных уловов, никогда не проверялась напрямую. Предыдущие исследования использовали данные, не собранные специально для ее тестирования.
Эксперимент с ручьевой форелью
Ученые решили эмпирически проверить, как три ключевых компонента GOL — рост, энергетические потребности и площадь поверхности жабр — меняются с ростом температуры воды. В качестве модельного организма выбрали ручьевую форель.
Молодь форели (начальный вес 1–2 грамма) поместили в резервуары с водой при 15°C (норма) и 20°C (теплая). В течение шести месяцев регулярно измеряли вес и размер рыб, потребление кислорода (метаболическая скорость) и собирали образцы жабр для измерения площади их поверхности.
Результаты: GOL не подтвердилась
- Рыбы в теплой воде были меньше, что соответствует Правилу температуры и размера.
- Однако площадь поверхности жабр была более чем достаточной для удовлетворения энергетических потребностей рыб. Их рост не был ограничен площадью жабр, как предсказывает GOL.
- Метаболическая скорость рыб в теплой воде увеличилась к трехмесячному сроку, но вернулась к норме к шести месяцам. Это говорит о способности рыб со временем физиологически адаптироваться к повышенным температурам.
Выводы и перспективы
"Кислород все еще может быть важным ограничивающим фактором для размера рыб, — говорит ведущий автор Джошуа Лонтэйр, — но наши данные показывают, что GOL не может предсказать то, что мы наблюдаем. Это имеет значение для прогнозирования влияния климата на будущие рыбные запасы и экосистемы".
"Наша работа подчеркивает важность междисциплинарности, — добавляет старший автор Лиза Комороске. — Чтобы помочь рыбам выжить в теплеющих водах, нам нужно работать на всех биологических уровнях".
Окончательный механизм, связывающий размер рыбы и температуру, пока неизвестен. "Возможно, это не один механизм, а множество факторов, включая использование кислорода. Нам нужно больше долгосрочных междисциплинарных исследований", — заключает Лонтэйр.