Как эвтрофикация и изменение климата меняют пищевые сети в Балтийском море
Фитоводоросли — основной источник энергии для морских экосистем. Эти микроскопические растения используют фотосинтез, создавая биомассу, которая затем передается по пищевой сети вплоть до рыб и хищников.
Сколько энергии достигает организмов, зависит от их положения в пищевой сети. Около 90% энергии теряется в виде тепла при переходе с одного уровня на следующий. Чем больше уровней, тем меньше энергии получают высшие звенья, такие как хищные рыбы.
«Фитоводоросли центральной Балтики сильно изменились за последние три десятилетия. Летом их всё чаще вытесняют массовые скопления нитчатых цианобактерий. Это явление известно как цветение сине-зеленых водорослей», — говорит морской биолог Маркус Штайнкопф из Института исследований Балтийского моря им. Лейбница (IOW).
Сине-зеленые водоросли получают конкурентное преимущество из-за повышения температуры воды, вызванного изменением климата, и сохраняющейся высокой нагрузки питательными веществами в Балтийском море.
«Из-за своей формы и размера нитчатые сине-зеленые водоросли не могут быть поглощены мелкими ракообразными зоопланктона, которые обычно занимают следующее после фитоводорослей положение в пищевых сетях. До сих пор последствия для энергоснабжения высших организмов были в значительной степени неизвестны», — говорит ведущий автор исследования, опубликованного в журнале Ecology and Evolution.
Штайнкопф исследовал этот вопрос, сравнив положение в пищевой сети трески и камбалы из центральной Балтики с таковым у рыб из западной Балтики, где цветения сине-зеленых водорослей не происходит. Он использовал анализ стабильных изотопов азота в аминокислотах, чтобы определить рацион исследуемых популяций рыб и, таким образом, установить их положение в пищевой сети.
В зависимости от того, чем питается рыба, в её мышечной ткани можно обнаружить характерные паттерны различных стабильных изотопов азота аминокислот и очень точно их интерпретировать.
Исследовательская группа пришла к исключительно четкому выводу относительно трески: в богатой сине-зелеными водорослями центральной Балтике, где обитает популяция восточнобалтийской трески, пищевая сеть значительно длиннее, чем у трески в западной Балтике.
«Положение в пищевой сети западнобалтийской трески составляет 4.1, в то время как у восточнобалтийской трески оно колеблется между 4.8 и 5.2. Это означает потерю энергии от 60 до 99% для восточнобалтийской трески по сравнению с западнобалтийской», — говорит Штайнкопф. В положении камбалы, однако, были лишь незначительные различия между двумя районами моря: 3.4 на западе против 3.1 в центральной Балтике.
«Камбала в обоих районах питается в основном моллюсками, которые имеют пищевую сеть на основе фитоводорослей, независимо от наличия цветения сине-зеленых водорослей. Поэтому больших различий не ожидалось», — объясняет Уве Крумме из Института рыболовства Тюнена, соавтор исследования.
«Ситуация с двумя популяциями трески иная. Западнобалтийская треска питается в основном крабом, обитающим на морском дне. Их пищевая сеть, следовательно, короче, чем у восточнобалтийской трески, которая питается в основном сельдью и шпротом, которые, в свою очередь, питаются зоопланктоном. Однако только эти различия в питании не могут объяснить значительно более высокое положение в пищевой сети восточнобалтийской трески», — продолжает Крумме.
Так что же вызывает заметное удлинение пищевой сети восточнобалтийской трески?
«В районах с сине-зелеными водорослями зоопланктон меняет свой рацион. Вместо того чтобы быть вегетарианцем, он питается микробами, которые живут за счет выделений или продуктов разложения сине-зеленых водорослей, когда цветение отмирает — как показали более ранние анализы IOW. Это создает целый дополнительный уровень в пищевой сети, что неизбежно приводит к большим потерям энергии у организмов на последующих позициях», — объясняет Натали Лойк-Вайльд, специалист по изотопному анализу пищевых сетей.
«Такого рода удлинение пищевой сети у рыб довольно долго было предметом теоретических дискуссий. Теперь мы можем впервые измерить его напрямую и четко связать с пищевой сетью, доминируемой сине-зелеными водорослями», — говорит морской биолог.
«Изотопный анализ пищевых сетей — ценный инструмент для выявления фундаментальных изменений в экосистемах. Энергетический кризис у восточнобалтийской трески показывает, что одних ограничений на вылов уже недостаточно для восстановления запасов. Вместо этого необходимо восстановить саму пищевую сеть. Однако этого можно достичь только в том случае, если на транснациональной основе будут использованы все возможности для контроля эвтрофикации Балтийского моря», — говорит Штайнкопф. Результаты по камбале показывают, что не все части пищевой сети страдают одинаково.
«Исследование также предполагает, что удлинение пищевой сети актуально не только для Балтийского моря, но станет глобальной проблемой, поскольку изменение климата способствует вредоносному цветению водорослей и создает множество других стрессоров для пищевых сетей», — заключает морской биолог.