Результаты, основанные на экспериментах с использованием высокотехнологичных респираторов с компьютерным управлением, противоречат более ранним исследованиям способности вкусных ракообразных функционировать в бедных кислородом водах, тем самым помогая объяснить то, что было в некоторой степени экологической загадкой.Ведущий автор Рич Брилл, рыбный биолог из Национальной службы морского рыболовства NOAA и дополнительный преподаватель в VIMS, говорит: «Мнение о том, что синие крабы относительно нетерпимы к бедной кислородом воде, было нелогичным, потому что этот вид часто обитает в эстуарных водах, которые могут даже стать гипоксичными. в отсутствие человеческой деятельности ".Исследователи провели исследование в свете опасений по поводу снижения уровня кислорода в прибрежных водах во всем мире и того, как растущая распространенность «мертвых зон» с низким содержанием кислорода может повлиять на популяции и управление синих крабов и других прибрежных морских обитателей.
Их работа была опубликована в октябрьском номере журнала «Экспериментальная морская биология и экология».Увеличение числа мертвых зон объясняется избыточным поступлением азота из удобрений, сточных вод и других источников антропогенного происхождения. Когда водоросли в цветущих водорослях, питаемых азотом, умирают и тонут, они являются богатым источником пищи для бактерий, которые в процессе разложения поглощают растворенный кислород из близлежащих вод.
«Поскольку прибрежная гипоксия может значительно повлиять на передвижения, распространение, рост и воспроизводство прибрежных рыб и видов беспозвоночных, понимание их способности переносить гипоксию становится критически важным, особенно в отношении видов, имеющих экологическое и коммерческое значение», — говорит Брилл.Он объясняет расхождение между выводами своей команды и более ранними результатами, указывая на улучшения в научных инструментах, используемых для измерения дыхания и метаболизма.
«Старые исследования проводились до того, как персональные компьютеры стали доступны, и поэтому имели ограниченный срок», — говорит Брилл. «Инструменты были настроены, и данные записывались карандашом и бумагой в« рабочее время »». Ученые теперь знают, что водным животным может потребоваться много часов, чтобы оправиться от стресса, вызванного переносом из резервуара для хранения на респирометр, что искажает результаты краткосрочных исследований.Брилл и его коллеги-исследователи — Питер Бушнелл из Университета Индианы в Саут-Бенд; Тимоти Элтон из Бангорского университета, Уэльс; и Хэмиш Смолл из VIMS — проводили свои исследования с использованием «автоматизированной респирометрии с прерывистым потоком», при которой отдельных крабов помещают в закрытый контейнер, а их потребление кислорода измеряется каждую секунду с помощью оптоволоконных и флуоресцентных датчиков.
«Благодаря способности автоматизировать всю систему регистрации данных, — говорит Брилл, — мы смогли собирать данные с минимальным вмешательством человека и, что более важно, круглосуточно и в течение нескольких дней. Это позволило нам не начинать испытание с низким содержанием кислорода до тех пор, пока мы не будем уверены, что эффекты обращения и переноса полностью исчезнут ». Они проводили свои исследования в лаборатории Восточного побережья VIMS в Вачапреаге, используя крабов, собранных в близлежащих приливных ручьях.Результаты их экспериментов показывают, что — в отличие от предыдущих исследований — синие крабы являются «регуляторами кислорода», которые могут поддерживать постоянную скорость аэробного метаболизма, пока не достигнут критического уровня кислорода. Более ранние исследования показали, что синие крабы были «конформерами кислорода», скорость метаболизма которых падала вместе с уменьшением концентрации кислорода в окружающей воде.
Критический уровень кислорода варьировался в зависимости от метаболического состояния тестируемых крабов, которое исследователи могли повысить, повысив температуру воды, накормив краба едой менхаден или используя крабов, инфицированных паразитом, который, как известно, ускоряет метаболизм. При 62 ° F и 72 ° F критический уровень кислорода составлял менее 2 миллиграммов кислорода на литр воды; эта цифра увеличилась до 2–3 миллиграммов на литр при 82 ° F, а также при тестировании недавно накормленных и зараженных крабов.«Наши результаты согласуются с показателями уровня кислорода, который влияет на поведение синих крабов как в полевых условиях, так и в лабораторных условиях», — говорит Брилл, и «подтверждают идею о том, что синие крабы хорошо адаптированы к гипоксическим условиям, возникающим в устьевой среде, которую они занимают».
Результаты показывают, что синие крабы могут — при умеренной температуре воды — выжить при уровне кислорода всего 1,3 миллиграмма на литр, что составляет всего 15% кислорода, доступного в полностью насыщенной морской воде.Беспокойство вызывает то, что происходит с критическим уровнем кислорода для крабов, поскольку температура воды в Чесапикском заливе продолжает расти вместе с глобальным потеплением. Температура в заливе уже поднялась на 1,5–2,5 ° F с 1960 года и, по прогнозам, вырастет еще на 3,5–9 ° F уже к 2070 году.
"Наши данные показывают, что скорость метаболизма синих крабов увеличивается с повышением температуры, а это, в свою очередь, увеличивает минимальный уровень кислорода, который они могут выжить. Таким образом, потепление залива усугубит последствия гипоксии для синих крабов, как и почти все другие организмы », — говорит Брилл.
Эксперименты команды показали, что скорость метаболизма проверенных синих крабов удвоилась при переходе с 62 ° F до 72 ° F и увеличилась почти в 6 раз при повышении температуры воды с 72 ° F до 82 ° F еще на 10 ° F. Скорость метаболизма у сытых людей и у людей, инфицированных обычным паразитом синего краба Hematodinium perezii, была более чем вдвое выше, чем у голодающих, незараженных людей при температуре 72 ° F. Сытые крабы при температуре 82 ° F показали дальнейшее увеличение скорости метаболизма на 60% по сравнению с голодными особями, измеренными при той же температуре.