Теперь ученые из NOAA Fisheries и Калифорнийского университета в Санта-Круз решили загадку, получив новое понимание того, как размер икры и поток воды влияют на выживание рыб, откладывающих яйца. Они обнаружили, что чем больше яйца, тем больший поток воды им нужен, чтобы снабжать их кислородом и уносить отходы.
Результаты исследования опубликованы в научном журнале Ecology Letters. NOAA Fisheries использует полученные данные для улучшения защиты рыб в реке Сакраменто.«Наша модель, основанная на литературном поиске лабораторных исследований, предсказала, что температура в верховьях реки Сакраменто с 1996 года почти никогда не становилась достаточно высокой, чтобы вызвать гибель эмбрионов лосося», — сказал Бенджамин Мартин, исследователь рыболовства NOAA и ведущий автор исследования. «Но данные полевых исследований в реке Сакраменто показали, что в некоторые годы смертность, связанная с температурой, превышала 75 процентов, например, в 2014-2015 годах».
Ученые часто используют лабораторные исследования, чтобы оценить, как виды будут реагировать на повышенные температуры. Результаты этого исследования показывают, что рыба может иначе реагировать на температуру в полевых условиях, чем в лаборатории. Понимание причин этой разницы может помочь исследователям улучшить свои прогнозы того, как температура влияет на икру рыб в разных средах. «Мы хотели знать, почему у этих яиц лосося гораздо более низкая термостойкость в полевых условиях по сравнению с лабораторными», — сказал Мартин. «Мы выдвинули гипотезу, что причина гибели икры лосося в реке в том, что они не получают достаточно кислорода».
Внешняя температура регулирует биологические процессы яиц лосося и эмбрионов внутри. По мере того, как вода нагревается, их метаболизм увеличивается, требуя все больше и больше кислорода.
В отличие от молоди и взрослых рыб, икра не может двигаться и не имеет развитой дыхательной или кровеносной системы. Вместо этого они полагаются на проточную воду, чтобы поставлять кислород и уносить отходы. Зимние чавычи особенно опасны, когда речь идет о более теплой воде, потому что их яйца нетипично большие и требуют более интенсивного обмена кислорода. Размер их яиц эволюционировал, чтобы использовать преимущества холодной воды над плотиной Шаста, где они когда-то нерестились.
Однако теперь лосось нерестится в более теплой реке Сакраменто ниже плотины.После дальнейшего анализа полевых данных ученые обнаружили фундаментальное различие между условиями в лаборатории и условиями, влияющими на яйца в дикой природе.
Лабораторные исследования, оценивающие устойчивость яиц чавычи к температуре, обычно проводятся с водой, протекающей по яйцам примерно в два-три раза быстрее, чем яйца лосося, которые обычно испытывают в дикой природе, где икра зарыта глубоко в свои гнезда из гравия. Более быстро движущаяся вода обеспечивает яйца в лаборатории большим количеством кислорода, что позволяет им выжить при более высоких температурах.Исследователи заимствовали концепции из физики, чтобы разработать модель, чтобы определить, сколько кислорода проточная вода может доставить в икру рыбы, в зависимости от ее скорости. Модель предсказывала, что вода в реке с более медленным течением не будет поставлять кислород, необходимый для жизнеспособности яиц в условиях повышенных температур.
Полевые исследования показали, что более медленное течение реки соответствует разнице температур яиц примерно на 3 ?C, что и предсказывала модель.Эта новая модель также объясняет, почему виды рыб производят более крупные яйца в более холодной воде. В общем, потребность яиц в кислороде пропорциональна их объему, в то время как подача кислорода пропорциональна площади поверхности яйца, где кислород диффундирует в яйцо из окружающей воды. Отношение площади поверхности к объему яйца уменьшается с увеличением размера яйца, что устанавливает предел того, насколько большими могут быть яйца, но при этом они получают достаточно кислорода, чтобы выжить.
Поскольку потребность в кислороде увеличивается с температурой, виды рыб в теплой воде должны откладывать икру меньшего размера, чтобы удовлетворить потребность в кислороде с предложением. Однако эта модель также предсказывает, что рыба может производить более крупную икру в теплой воде, когда она находится в условиях сильного потока.Исследователи собрали данные по 180 видам рыб и обнаружили, что икра в средах с большим потоком, таких как реки, неизменно дает более крупные яйца, чем ожидалось при данной температуре. Некоторые рыбы даже приспособились производить более крупные яйца в теплой воде, используя свой хвост, чтобы обмахивать икры водой, что требует значительных затрат энергии, времени и риска нападения хищников.
Одним из важных выводов этой модели является то, что условия потепления и снижение уровня кислорода в водных системах могут создать эволюционное давление на рыбу, заставляющую производить икру меньшего размера в будущем.NOAA Fisheries включила новые выводы в рекомендации агентства в отношении температур, необходимых для содержания находящегося под угрозой исчезновения чавычи в реке Сакраменто.«Эта наука помогает нам понять, как, казалось бы, небольшие изменения в речных условиях могут иметь большое значение для лосося, которого мы пытаемся защитить», — сказала Мария Ри протейт, — сказала Мария Ри, помощник регионального администратора в Калифорнийском офисе в Центральной долине ». Это напоминание о том, что все, что мы можем узнать в лаборатории, мы всегда должны сравнивать с тем, что мы видим в дикой природе ».