Кислотность и низкий кислород создают двойную угрозу для рыб

Резкое падение уровня кислорода в воде может приводить к массовой гибели рыб, но ученые считали, что взрослые рыбы более устойчивы ко второй крупной угрозе в прибрежных водах — закислению (кислотности). Новое исследование Смитсоновского центра экологических исследований, опубликованное во вторник, показывает, что это не совсем так — закисление может делать низкий уровень кислорода еще более смертоносным для рыб.

Низкий кислород и высокая кислотность почти всегда идут рука об руку. В прибрежных водах загрязнение питательными веществами стимулирует рост водорослей и других организмов. Поскольку микробы, растения и животные потребляют кислород в процессе дыхания, его уровень резко падает. Одновременно кислотность резко возрастает, так как те же организмы выделяют углекислый газ (CO₂). Ожидается, что по мере роста температуры океана обе проблемы усугубятся. Но до сих пор большинство исследований о том, как рыбы справляются, фокусировалось либо на кислороде, либо на закислении по отдельности. Это новое исследование показывает последствия двойной угрозы: рыбы, подверженные низкому кислороду и высокой кислотности, могут погибать при более высоких уровнях кислорода, что говорит о том, что пороговые значения низкого кислорода, считавшиеся «безопасными», могут быть не такими безопасными, как думали раньше.

«Эти пределы содержания растворенного кислорода на самом деле могут быть не такими защитными, как мы думали», — сказал Сет Миллер, постдок и ведущий автор исследования, опубликованного в Marine Ecology Progress Series.

Еще более удивительным стало открытие, что кислотность вредит взрослым рыбам. В то время как предыдущие исследования выявили опасность для молоди и личинок, взрослые особи считались более устойчивыми к повышению кислотности в силу того, что их рост замедлился и развитие прекратилось.

Команда изучила два вида взрослых атерин (silversides): Menidia menidia (атлантическая атерина) и Menidia beryllina (внутренняя атерина). Атерины — одни из самых многочисленных рыб в эстуариях вдоль атлантического побережья США, сказал Миллер, поэтому то, что происходит с ними, может отразиться на всей пищевой сети.

У атерин и многих других рыб есть два основных способа справиться с низким содержанием кислорода. Они подплывают к поверхности, где уровень кислорода часто выше, и быстрее двигают жаберными крышками (opercular beating), чтобы увеличить поток воды и поступление кислорода. Миллер, соавтор Дениз Брейтбург и их коллеги хотели выяснить, заставит ли добавление кислотности к низкому кислороду атерин начать использовать эти механизмы выживания, и в конечном итоге погибать, при более высоких уровнях кислорода.

Исследователи помещали группы по три атерины в резервуары в лаборатории на кампусе SERC в Эджвотере, штат Мэриленд. Они подвергали каждую тройку рыб одному из четырех сценариев: снижение только кислорода, снижение только pH (повышение кислотности), одновременное снижение кислорода и pH или контроль, при котором ничего не менялось. Затем они наблюдали, когда рыбы впервые подплывали к поверхности за кислородом, когда они оставались у поверхности и когда все три атерины погибали. Во втором эксперименте они записывали, как быстро рыбы двигают жаберными крышками. Для этого им понадобились селфи-палки.

«Мы изначально пытались смотреть на рыб и считать удары, что, во-первых, почти невозможно сделать, а во-вторых, пугает рыб», — объяснил Миллер. С другой стороны, «их совершенно не интересовала камера на селфи-палке».

Команда обнаружила, что закисление делает рыб более уязвимыми к опасности низкого кислорода. Когда они снижали кислород и pH вместе, оба вида начинали подплывать к поверхности при уровнях кислорода на 25–60% выше, чем когда команда снижала только кислород. Они также двигали жаберными крышками медленнее — тактика, которая может защитить их от закисления, но делает их менее способными справляться с резким падением кислорода. Они также погибали раньше. Атерины погибали при уровнях кислорода на 10–54% выше, когда сталкивались с комбинацией закисления и низкого кислорода, по сравнению с ситуацией только низкого кислорода.

Но гибель от низкого кислорода — не единственная опасность, которую создает закисление. Когда рыбы подплывают к поверхности, они также становятся более уязвимыми для хищников, таких как птицы. А когда кислород падает до уровня, при котором рыбы теряют равновесие и не могут плыть прямо, они теряют способность спасаться или прятаться. «Если рыба в дикой природе теряет равновесие, эта рыба мертва», — сказал Миллер.

Два основных изменения могут помочь лучше защитить рыб и зависящие от них организмы, сказала Брейтбург. Во-первых, критически важно сократить загрязнение питательными веществами и выбросы углерода, поскольку оба фактора могут усугублять низкий уровень кислорода и закисление в прибрежных водах. Во-вторых, регулирующим органам необходимо рассматривать закисление и низкий кислород как связанные проблемы, потому что в природе они так часто связаны.

«Когда мы смотрим на комбинации этих стрессоров, иногда мы обнаруживаем эффекты, которые гораздо хуже, чем когда мы рассматриваем их по отдельности, — сказала она. — И что важно, последствия часто нас удивляют».