Маленькая рыбка поддерживает продукцию некогда подорванной экосистемы

Бородатый бычок Sufflogobius bibarbatus, играющий важную роль в современной экосистеме Бенгельского апвеллинга. Фото Hege Vestheim с сайта wired.com

Небольшая рыбка — бородатый бычок Sufflogobius bibarbatus — оказалась ключевым видом в экосистеме прибрежных вод юго-западной Африки. Днем, спасаясь от хищников, эти рыбы прячутся на дне в иловых отложениях, где проводят значительное время в экстремальных условиях — в среде, почти лишенной кислорода, но богатой сероводородом. Здесь они поедают диатомовые водоросли и многощетинковых червей, способных обитать в столь специфических условиях. Однако переваривание заглоченной пищи начинается позднее, поскольку у рыб, находящихся на дне, аэробное дыхание и другие обменные процессы резко заторможены. Вечером бычки снова поднимаются к поверхности, где у них полностью восстанавливаются все процессы нормальной жизнедеятельности. Они активно плавают среди медуз, которых не только не избегают (в отличие от подавляющего большинства рыб), но и обкусывают, пополняя свой рацион. Ведя столь необычный образ жизни, бородатые бычки смогли достичь очень высокой численности и стать пищей для более крупных рыб, а также морских птиц. Таким образом, когда-то очень продуктивная экосистема, подорванная в 1960-е годы хищническим выловом сардины, отчасти восстановила свою промысловую значимость.

Сардины Sardinops sagax когда-то были основным промысловым видом в районе Бенгельского апвеллинга. Но в 1960-е годы популяция была подорвана промыслом, а место сардин заняли медузы, которые рассматривались как пищевой тупик. Фото с сайта redorbit.com

Система Бенгельского апвеллинга, существующая около юго-западных берегов Африки, поддерживала один из самых продуктивных районов Мирового океана. Благодаря подъему из придонных слоев элементов минерального питания (азота и фосфора), здесь развивалось большое количество фитопланктона, который потреблялся зоопланктоном. Зоопланктон же, в свою очередь, служил пищей для мелкой сардины Sardina sagax, которая и была основным объектом промысла.

В одном улове планктонной сетки оказываются вместе и медузы, и бородатые бычки Sufflogobius bibarbatus. Фото из обсуждаемой статьи Elizabeth Pennisi

Однако в конце 1960-х годов неконтролируемый вылов сардины привел к радикальным последствиям во всей экосистеме. Вместо сардины в планктоне в огромном количестве расплодились медузы, резко возросла численность мелкого бородатого бычка Sufflogobius bibarbatus и появились некоторые более крупные виды рыб — такие как капская ставрида Trachurus trachurus capensis и капская мерлуза Merluccius capensis. Медузы, сменившие сардин и достигшие огромной биомассы, рассматривались как трофический тупик, поскольку их уже никто не ест и в пищевые цепи они могут войти только после своей гибели.

Одна из двух самых массовых медуз в районе исследования — Aequorea forskalea. Фото с сайта wallawalla.edu

В сложившихся условиях почти все животные более высоких трофических уровней, включая не только рыб, но и птиц и морских млекопитающих, перешли на питание бородатым бычком Sufflogobius bibarbatus. При этом, несмотря на серьезный пресс хищников, популяция бычков процветала, что само по себе было несколько неожиданно.

Другой массовый вид медуз в районе исследований — так называемая компасная медуза Chrysaora hysoscella. Фото © Derek Haslam с сайта glaucus.org.uk

Механизм, обеспечивающий это процветание, стал понятен только недавно, в ходе специального исследования, предпринятого Анне Утне-Пальм (Anne C. Utne-Palm) с Биологического факультета Бергенского университета (Норвегия) совместно с большой группой коллег из других учреждений Норвегии, а также Намибии, США, ЮАР, Швеции и Саудовской Аравии. Работы велись с научно-исследовательского судна в районе Намибийского шельфа (23° с. ш. и 13–14° в. д.).

Выяснилось, что в данном районе над дном находится слой воды (толщиной 20–60 м) с крайне низким содержанием кислорода, не превышающим 10% от возможного насыщения при данной температуре. Дно же покрыто толстым слоем ила, образованного в основном остатками диатомовых водорослей, которые в большом количестве развивались в верхних слоях водной толщи. Разложение бактериями органического вещества этого ила приводит не только к быстрому расходованию кислорода, но и к накоплению сероводорода, который для животных является сильным ядом. Тем не менее на дне встречаются — а в определенное время суток даже многочисленны — бычки Sufflogobius bibarbatus. Данные эхолокации указывают на то, что бычки отсиживаются на дне в дневное время и тем самым надежно укрыты от возможных хищников. Никакие других рыбы сюда не проникают. Ближе к вечеру (между 16.30 и 18.00) бычки поднимается со дна в верхние, богатые кислородом, слои, где в большом количестве находятся медузы и другие планктонные животные. В ранние утренние часы они снова опускаются на дно и даже частично зарываются в ил.

Бородатые бычки Sufflogobius bibarbatus, зарывающиеся в ил на глубине 130 м. Фото с сайта imr.no

Возникает вопрос: каким образом бычки способны пережить почти половину суток в условиях явно экстремальных, при содержании кислорода ниже 5,3% от возможного уровня насыщения (это критический уровень, при котором они еще способны нормально дышать). Предполагалось, что в таких условиях у бычков должна накапливаться молочная кислота (показатель «кислородной задолженности»). Однако исследования Анне Утне-Пальм и ее коллег показали, что уже через час накопление молочной кислоты в крови бычков резко сокращается, а это свидетельствует о радикальном снижении интенсивности метаболизма. Еще большую опасность должен представлять сероводород, который блокирует находящийся в митохондриях дыхательный фермент цитохром C. Противостоять этому отчасти можно только при наличии кислорода, но в данном случае такая возможность отпадает, и поэтому очевидно, что бычок должен на некоторое время отказаться от митохондриального дыхания и перейти на анаэробный путь синтеза АТФ.

Результаты эхолокационного обследования шельфа Намибии. Слева приведены: шкала глубин (в этом месте глубина моря 120 м) и шкала, показывающая содержание кислорода (в % от насыщения при данной температуре). По горизонтали — время. A — ранний вечер (с 16.30 до 18.00). Видно, что бычки поднимаются со дна, из слоев с крайне низким содержанием кислорода, вверх, на глубины менее 70 м, где держится основная масса медуз и других планктонных организмов. B — раннее утро (с 3.50 до 5.20). Бычки возвращаются на дно. Изображение из обсуждаемой статьи в Science

Поразительно, что на дне бородатый бычок всё же некоторое время питается диатомами и некоторыми полихетами (многощетинковыми червями), способными выносить низкие концентрации кислорода и высокое содержание сероводорода. Факт питания донными полихетами доказан анализом стабильных изотопов, присутствующих в телах жертвы и хищника, а также нахождением диатомовых водорослей и полихет в желудках рыб.

Однако пища, заглоченная на дне, сразу не переваривается. Переработка пищи наступает позднее, когда бычки поднимаются в верхние слои водной толщи и у них возобновляется нормальный метаболизм. В верхних слоях бычки активно плавают среди медуз (другие рыбы медуз избегают), подбирают остатки пищи, а заодно обкусывают и самих медуз. Всё тот же анализ стабильных изотопов показал, что от 17 до 60% своего рациона бородатые бычки восполняют за счет медуз — прежде всего, наиболее массовых там Aequorea forskalea и Chrysaora fulgida.

Таким образом использование в пищу как пелагических (обитающих в толще или на поверхности воды), так и донных организмов, а также в высшей степени эффективный способ защиты в укрытии, совершенно недоступном для хищников, позволил бородатым бычкам Sufflogobius bibarbatus стать ключевым звеном в экосистеме Бенгельского апвеллинга и хотя бы отчасти восстановить его былое промысловое значение.

Источник: Anne C. Utne-Palm, Anne G. V. Salvanes, Bronwen Currie, et al. Trophic Structure and Community Stability in an Overfished Ecosystem // Science. 2010. V. 329. P. 333–336.

См. также:
Elizabeth Pennisi. How a Little Fish Keeps Overfished Ecosystem Productive // Science. 2010. V. 329. P. 268

Алексей Гиляров

Последние новости: Экология, Алексей Гиляров

7 мая Дафнии заселяют альпийские озера, ставшие более продуктивными

20 апреля Глобальное потепление после последнего оледенения сопровождалось опережающим повышением содержания СО2 в атмосфере

17 апреля От паразита можно защититься, но иногда выгоднее ему поддаться

12 апреля В субтропическом лесу близкородственные деревья растут вдали друг от друга

30 марта Истребление древними охотниками крупных животных Австралии привело к необратимым изменениям природных экосистем

27 марта Завоевывая новые регионы, растения остаются в пределах своих старых климатических ниш

22 марта Самый древний лес на Земле был по крайней мере трёхъярусным

26 февраля Самцы оставляют самок голодными, притворяясь добычей

21 февраля Эволюция, повернувшая вспять

9 февраля Колонии муравьев, состоящие из особей с разным типом поведения, оказываются более успешными

Астрономические наблюдения недели

Новости науки почтой (рассылка на Subscribe.ru):