Ученые изучают рыб, чтобы понять адаптацию к изменениям климата

Пресноводное биоразнообразие стремительно сокращается во всем мире. Решения на основе природных принципов, повышающие устойчивость экологических сообществ, становятся все более важными для подготовки к неизбежным последствиям изменения климата.

Ученые по робототехнике из TalTech вместе с коллегами из Лиссабона изучили, как рыбы адаптируются к быстрым изменениям в окружающей пресноводной среде. В ходе исследования ученые варьировали скорость течения и глубину воды в имитации реки с препятствиями. Они обнаружили, что рыбы способны быстро адаптироваться к изменениям как поодиночке, так и в группах.

Результаты исследования опубликованы в престижном научном журнале PLOS ONE в статье "Fish under pressure: Examining behavioural responses of Iberian barbel under simulated hydropeaking with instream structures."

Исследователь из Центра биоробототехники TalTech и соавтор исследования Джеффри Тутан заявил: "Результаты показывают, что сигналы, создаваемые препятствиями в потоке, могут быть обнаружены рыбами для нахождения энергетически выгодных мест в потоке даже в условиях экстремальных и быстрых изменений окружающей среды."

Концепция наблюдения за рыбами в имитированных реках поодиночке или в группах не нова, но эффекты быстрых изменений среды, таких как резкая смена глубины воды из-за работы гидроэлектростанций или внезапного паводка, остаются в значительной степени неизученными.

Усачи — распространенный вид рыб во многих европейских реках, обычно встречающийся в реках с каменистым дном, медленным течением и большим количеством растворенного кислорода. "Эти рыбы являются важным индикатором здоровья экосистемы на Пиренейском полуострове и во многих других европейских реках. Работа гидроэлектростанций и неопределенность, вызванная изменением климата, означают, что нам нужно начать изучать совокупные эффекты быстрых изменений с 'точки зрения рыбы'", — сказала биолог-исследователь и первый автор Мария Жоао Коста.

Рыбы ощущают окружающую среду с помощью биологической боковой линии, состоящей из каналов и крошечных волоскоподобных структур, чувствительных к малейшим изменениям в движении и давлении воды вблизи тела рыбы. Это исследование стало первым, в котором биологические наблюдения за отдельными рыбами и группами были объединены с новой биоинспирированной сенсорной технологией. Исследователи наблюдали, что как отдельные рыбы, так и группы рыб реагировали на меняющиеся условия течения очень четким образом, и задались вопросом, не руководят ли их естественные способности к восприятию потока их умением справляться со стрессорами.

"Было захватывающе сравнить результаты искусственной боковой линии с реальными наблюдениями за поведением рыб. Это была уникальная возможность объединить исследования датчиков с реальными биологическими наблюдениями, что делается редко", — сказал аспирант TalTech и соавтор Хуан Франсиско Фуэнтес-Перес.

"Сенсорные способности рыб развивались миллионы лет и невероятно продвинуты по сравнению с тем, что есть в распоряжении инженеров. Вероятно, это одна из причин, по которой они выживали сотни миллионов лет", — сказала старший научный сотрудник Лиссабонского университета и соавтор Изабела Боавида. При разработке природоориентированных решений для повышения устойчивости к изменению климата логично обращаться к рыбам и другим древним организмам, доказавшим свою способность к выживанию на протяжении долгой истории.

"Понимание того, как продвинутая сенсорная система рыб помогает им реагировать на быстрые изменения в потоке, поможет ученым разработать новые проекты решений на основе природных принципов для повышения устойчивости к изменению климата. Имея более 500 миллионов лет реального опыта, рыбы, вероятно, усвоили несколько приемов для быстрой адаптации к сложным условиям", — сказал профессор Антониу Пиньейру, соавтор из Лиссабонского университета.