Продукция жирных кислот планктоном в условиях околоводных поселений птиц

Для всех наземных животных основным источником длинноцепочечных омега-3 полиненасыщенных жирных кислот являются водоемы, где обитают их первичные продуценты – микроводоросли. По пищевой цепочке ПНЖК попадают к «посредникам», в первую очередь околоводным птицам и амфибионтным насекомым, в телах которых на сушу «выносится» почти 700 тыс. т незаменимых ПНЖК. По: (Gladyshev et al., 2009). Величина продукции полиненасыщенных жирных кислот в водоеме зависит от его трофического статуса. В богатых (эвтрофных) развивается много водорослей и цианобактерий и соответственно много рыбы. Однако содержание ПНЖК в них невелико. В малокормных (олиготрофных) наблюдается обратная ситуация. Оптимальный вариант – среднекормные (мезотрофные) водоемы. Теоретически олиготрофные и эвтрофные водоемы можно превратить в мезотрофные с помощью комплекса специальных мероприятий. (Фото и комментарий с ресурса «Наука из первых рук» scfh.ru/papers/zhiry-dlya-uma-i-serdtsa)

Ранее было показано, что насыщение вод биогенными веществами за счет колониальных поселений водных и околоводных птиц приводит к увеличению обилия определенных типов фитопланктона и количества веслоногих ракообразных. Именно эти группы организмов характеризуются высоким содержанием полиненасыщенных жирных кислот (ПНЖК), передачу которых по трофическим сетям отслеживают исследователи. В настоящей работе сделана попытка определить влияние других сопутствующих факторов на процессы продуцирования и передачи ПНЖК в условиях околоводных поселений птиц. Оказалось, что к снижению обилия веслоногих ракообразных приводит увеличение степени зарастания, уменьшение количества атмосферных осадков, способствующих смыву продуктов жизнедеятельности колонии в воду и уровенный режим.

Для всех организмов, включая человека, незаменимыми и наиболее ценными питательными компонентами выступают длинноцепочечные полиненасыщенные жирные кислоты (ПНЖК) семейства n-3. На этом основано особое внимание к выявлению закономерностей их передачи по трофическим цепям, а также факторам, изменяющим продукцию ЖК в сестоне и биомассе организмов различных трофических уровней (Заглавная иллюстрация).

Наиболее значимые эйкозапентаеновую (ЭПК) и докозагексаеновую (ДКГ) кислоты способны эффективно синтезировать лишь некоторые микроводоросли, от которых они передаются далее по пищевой сети. Следовательно, основная продукция ПНЖК связана с развитием фитопланктона (ФП), а их перенос – зоопланктона (ЗП). Количество и структура ФП определяются концентрацией биогенных веществ в воде, которая зависит и от внешних поступлений. В наибольшей степени исследованы последствия антропогенного эвтрофирования (насыщение вод биогенными веществами), однако среди поставщиков биогенных веществ в водные экосистемы присутствуют также колониальные поселения водных и околоводных птиц (см. Заглавную иллюстрацию). Продукты их жизнедеятельности способствуют изменению количественных показателей первичных и вторичных продуцентов, что позволило говорить о «гуанотрофикации» водоемов. В условиях влияния птиц ФП характеризуется более высокими численностью и биомассой, а также увеличением обилия миксотрофных фитофлагеллят (эвгленовых, динофитовых, криптофитовых), чем регистрируется на фоновых участках водоемов. Кроме этого, в планктоне увеличиваются численность и биомасса ЗП, в составе которого возрастает количество веслоногих ракообразных.

Известно, что именно эти группы организмов характеризуются высоким содержанием ПНЖК. Действительно, ранее проведенные исследования показали, что в зоне воздействия колонии птиц сестон и планктонные беспозвоночные отличались более высоким содержанием ДКГ, что характеризовало ЗП как более качественный корм для рыб. Благодаря этому молодь рыб отличалась достоверно более высокими значениями размерно-массовых показателей, а также большим темпом прироста массы тела, чем на фоновом участке. Это позволило выдвинуть гипотезу о том, что колониальные поселения водных и околоводных птиц выступают в роли «менеджеров аквакультуры».

Однако существуют факторы, способствующие сокращению количества веслоногих ракообразных и, как следствие, снижению содержания ПНЖК. Так, среди глобальных причин ведущее значение имеет потепление климата, эвтрофирование и загрязнение, в результате чего увеличивается количество организмов (в частности, ветвистоусых ракообразных), которые характеризуются более низким процентным содержанием ДГК. На участках водоемов, испытывающих влияние поселений птиц, к снижению обилия веслоногих ракообразных и повышению ветвистоусых приводит увеличение степени зарастания, уменьшение количества атмосферных осадков, способствующих смыву продуктов жизнедеятельности колонии в воду и уровенный режим. Это определило цель настоящей работы: анализ содержания ПНЖК, азота, фосфора и углерода в сестоне, планктоне и молоди рыб литоральной зоны равнинного водохранилища в период значительного повышения уровня воды.

В результате работы показано, что за двухлетний период низкого уровня воды на обсохшем побережье водохранилища сформировался покров амфибийных и наземных растений, которые при повышении уровня в год изучения разлагались. Поступление продуктов жизнедеятельности птиц в богатую биогенными веществами зону затопленного прибрежья стимулировало развитие зарослей макрофитов. При увеличении площади и фитомассы макрофитов, увеличении фосфорной нагрузки, а также в результате выедания ветвистоусыми ракообразными, которые в этих условиях массово развивались в зоне влияния колонии цапель, наблюдались относительно низкие биомассы ФП и миксотрофных фитофлагеллят. Как следствие, достоверных различий биохимического состава сестона исследованных участков в районе колонии и вне зоны влияния птиц не обнаружено, а отмеченные тенденции более низкого содержания ЭПК и более высокого содержания ДГК в районе колонии связаны с тем, что на фоновом участке было больше диатомовых водорослей, а на участке колонии – криптофитовых, динофитовых и эвгленовых. Тенденции более высокого содержания C, N и P связаны, вероятно, с поступлением экскрементов птиц, а более низкое соотношение C:N, С:P и N:P свидетельствовало о благоприятных условиях для развития обеих групп планктонных ракообразных.

Сообщество ЗП при повышении уровня воды также характеризовалось рядом специфических черт. При увеличении внутренней биогенной нагрузки наблюдавшийся ранее эффект влияния жизнедеятельности колонии цапель оказался нарушен. В одни периоды разложение затопленных растений и дополнительное поступление биогенных и органических веществ с водосбора суммировались, благодаря чему в ЗП зоны влияния поселения птиц преобладали ветвистоусые ракообразные и коловратки, в то время как в контроле – веслоногие. В другие периоды эффект от поступления продуктов жизнедеятельности птиц нивелировался процессами разложения затопленной растительности, в результате чего на обоих участках преимущество получали мирные фильтраторы. В целом, увеличение фосфорной нагрузки в результате разложения затопленной растительности побережья, а также изъятие азота макрофитами, изменяли стехиометрическое соотношение азота и фосфора в кормовых объектах зоопланктеров до величин, благоприятных для развития мирных ветвистоусых. Очевидно, преобладание ветвистоусых послужило причиной того, что для зоопланктона в зоне влияния колонии птиц было характерно более высокое содержание ЭПК, ЭПК/C, ДГК/C, и более низкое соотношение C:N, но более высокое соотношение С:P и N:P, чем на фоновом участке.

Ранее указывалось, что интенсивность поступления в воду продуктов жизнедеятельности птиц, которые изначально попадают на сушу, зависит от количества атмосферных осадков. Время пребывания экскрементов птиц на суше определяет содержание некоторых элементов и соединений, причем, в наибольшей степени это касается азота. Ранее была показана прямая зависимость уровня развития веслоногих ракообразных от концентрации азота и количества атмосферных осадков в разные годы. В год изучения также была заметна роль осадков: при увеличении их количества в районе влияния колонии птиц количество веслоногих было достоверно больше, чем на фоновом участке, в биохимическом составе ЗП достоверно выше было содержание ДГК, а благодаря высокому обилию ветвистоусых ракообразных – ЭПК.

Потребление ЗП, отличающегося более высоким содержанием эссенциальных ПНЖК, способствовало тому, что мальки рыб в зоне влияния колонии птиц характеризовались более высоким содержанием ЭПК и ДГК, а также ЭПК/C и ДГК/C, причем, различия по концентрации ДГК были достоверными, особенно к концу вегетационного периода и моменту окончательного покидания колонии птицами.

Таким образом, значительное повышение уровня воды и затопление участков суши оказывает существенное влияние на качественный состав, количественную представленность и структуру сообществ планктона, в результате чего в зоне влияния птиц нивелируются специфические черты их организации за счет сокращения таксономических групп водорослей и беспозвоночных, обладающих высоким потенциалом продуцирования и передачи ПНЖК. Но, несмотря на это, в зоне влияния колонии птиц отмечено то, что: 1) концентрации и соотношения C, N и P в сестоне способствуют преобладанию миксотрофных организмов, богатых ДГК; 2) преобладание ФП, богатого ДГК, приводит к высокому уровню развития веслоногих ракообразных, имеющих более высокую питательную ценность для рыб, о чем свидетельствует достоверно более высокое содержание ПНЖК в ЗП; 3) это способствует более высокому содержанию ПНЖК в мальках рыб и их более успешному развитию и росту. В целом, полученные результаты частично подтверждают гипотезу о колониальных поселениях околоводных птиц как «менеджерах аквакультуры», благодаря которым даже условиях интенсификации эвтрофирования возрастает содержание ПНЖК в планктонных организмах и мальках рыб.