Цветение медуз перенаправляет пищевую энергию от рыб к бактериям

Новое исследование учёных из Виргинского института морских наук (VIMS) показывает, что медузы — это больше, чем просто помеха для купальщиков и яхтсменов. Они кардинально меняют морские пищевые сети, перенаправляя пищевую энергию от рыб к бактериям.

Видимое увеличение масштабов и частоты цветения медуз в прибрежных и эстуарных водах по всему миру за последние десятилетия означает, что их влияние на морские пищевые сети, вероятно, будет усиливаться и в будущем.

Результаты исследования, проведённого под руководством недавнего выпускника VIMS Роба Кондона, опубликованы в последнем выпуске журнала Proceedings of the National Academy of Sciences.

Кондон проводил полевые исследования, отбирая пробы во время цветения медуз в реке Йорк, притоке нижней части Чесапикского залива. Исследователи отслеживали поток пищевой энергии в лаборатории, измеряя количество углерода, поглощаемого и выделяемого медузами и бактериями в закрытых контейнерах во время экспериментов с различной продолжительностью «инкубации». Углерод — это «валюта» энергетического обмена в живых системах.

«Медузы — прожорливые хищники, — говорит Кондон. — Они влияют на пищевые сети, потребляя планктон, который в противном случае был бы съеден рыбой, и преобразуя эту пищевую энергию в студенистую биомассу. Это ограничивает передачу энергии вверх по пищевой цепи, поскольку медуз не так-то просто съесть другим хищникам».

Медузы и морские бактерии

Медузы также отводят пищевую энергию от рыб и моллюсков, которых любят есть люди, через своё влияние на бактериальное сообщество. «Морские бактерии обычно играют ключевую роль в возвращении углерода, азота, фосфора и других побочных продуктов органического распада обратно в пищевую сеть, — говорит Кондон. — Но в нашем исследовании мы обнаружили, что когда бактерии потребляли растворённое органическое вещество от медуз, они направляли его на дыхание, а не на рост».

Результат этого «медузного углеродного шунта» заключается в том, что бактерии в водах, богатых медузами, в конечном итоге превращают углерод обратно в CO₂, а не используют его для роста или размножения. Это означает, что углерод теряется как прямой источник органической энергии для передачи вверх по пищевой сети.

Исследователи полагают, что сдвиг в сторону бактериального дыхания происходит потому, что медузы производят органическое вещество, особенно богатое углеродом, — через выделения и отслоение слизи. Медузы в экспериментах Кондона выделяли большое количество богатого углеродом органического вещества — с соотношением углерода к азоту в 25–30 раз выше. Для сравнения: соотношение растворённого органического вещества в типичных морских водах составляет 6 частей углерода к 1 части азота.

«Бактерии метаболизировали этот богатый углеродом материал в 2–6 раз быстрее, чем растворённое органическое вещество из воды без медуз, — говорит Кондон. — Этот быстрый метаболизм направлял углерод на дыхание, а не на производство, снижая их потенциал усвоения этого материала на 10–15%».

Метаболизм бактериями растворённого органического вещества от медуз похож на «питьё Gatorade», в то время как метаболизм вещества от фитопланктона и других источников — на «поедание гамбургера». «Это просто не обеспечивает эффективный источник пищи для морских бактерий», — отмечает соавтор Дебора Стейнберг.

Микробное сообщество

Ещё одно важное открытие команды: приток растворённого органического вещества от цветения медуз меняет состав местного микробного сообщества. «Это вещество от медуз способствовало быстрому росту и доминированию специфических бактериальных групп, которые в остальном были редки в реке Йорк, — говорит Кондон. — Это означает, что органическое вещество медуз проходило через небольшую компоненту местного микробного сообщества и, таким образом, вызывало большие изменения в его составе».

В целом, результаты исследования «указывают на серьёзные сдвиги в структуре и функции микробного сообщества, связанные с цветением медуз, и на большое отклонение энергии в сторону бактерий и от высших трофических уровней».

Кондон добавляет, что множество факторов, включая изменение климата, перелов рыбы, сток удобрений и модификацию среды обитания, могут способствовать увеличению цветения медуз в будущем. «Если эти рои продолжат появляться, мы можем увидеть существенное биогеохимическое воздействие на наши экосистемы».