Как эвтрофикация и изменение климата меняют пищевые сети в Балтийском море

Фитопланктон является основным источником энергии для всех морских экосистем: эти крошечные растения, плавающие в морской воде, используют фотосинтез для связывания энергии в форме биомассы, которая затем шаг за шагом передается в морских пищевых сетях различным видам рыб. И хищники.

Количество энергии, поступающей к различным организмам, зависит от их местоположения в пищевой сети. Около 90 процентов энергии теряется в виде тепла с одного уровня на другой. Чем выше уровни пищевой сети, тем меньше энергии достигает организмов, занимающих более высокие позиции, например хищных рыб.

«Фитопланктон в центральной части Балтийского моря кардинально изменился за последние три десятилетия. Летом в нем все чаще доминирует массовое развитие нитчатых цианобактерий. Это явление известно как цветение сине-зеленых водорослей», — говорит морской биолог Маркус Штайнкопф. Институт Лейбница по исследованию Балтийского моря (IOW).

Стейнкопф объясняет, что сине-зеленые водоросли неконкурентоспособны по сравнению с другим фитопланктоном из-за повышения температуры воды, вызванного изменением климата и постоянно высокой нагрузкой питательных веществ в Балтийском море.

«Благодаря своей форме и размерам крошечные ракообразные зоопланктона не могут заглатывать нитчатые сине-зеленые водоросли, которые обычно занимают в морских пищевых цепях следующее место после фитопланктона. До сих пор последствия для энергетического обеспечения высших организмов» были неизвестны «В значительной степени», — говорит ведущий автор исследования изменений в пищевой сети в Балтийском море, которое сейчас опубликовано. опубликовано В журнале Окружающая среда и эволюция.

Стейнкопф решил эту проблему, сравнив расположение в пищевой сети трески и камбалы, обитающих в центральной части Балтийского моря, с треской и камбалой из западной части Балтийского моря, где сине-зеленые водоросли не процветают. Анализ стабильных изотопов азота в аминокислотах был использован для определения рациона исследуемых популяций рыб и, таким образом, определения их положения в пищевой сети.

В зависимости от того, чем питается рыба, можно обнаружить и очень точно интерпретировать различные структуры различных стабильных аминоизотопов азота в ее мышечной ткани.

Исследовательская группа под руководством ученого из Варнемюнде пришла к исключительно четкому выводу относительно трески: в регионе центральной части Балтийского моря, богатом сине-зелеными водорослями и населенном восточно-балтийской треской, пищевая сеть гораздо длиннее, чем у трески в западной части Балтийского моря. . море.

«Положение западнобалтийской трески в пищевой сети составляет 4,1, а восточнобалтийской трески — между 4,8 и 5,2, — говорит Стейнкопф. — Это означает, что потери энергии восточнобалтийской трески составляют от 60 до 99 процентов по сравнению с западнобалтийской треской». Однако в пищевом профиле камбалы различия между двумя морскими регионами были лишь незначительными: 3,4 в западном регионе против 3,1 в центральной части Балтийского моря.

«Камбала в обоих морских районах питается в основном мидиями, пищевая сеть которых основана на фитопланктоне, независимо от того, есть ли там сине-зеленые водоросли или нет. Поэтому никаких существенных различий не ожидалось», — объясняет Уве Кромме из Института Тонена Балтийского моря. . Морское рыболовство, соавтор исследования. Институт Тюнена, обладающий соответствующим опытом в области рыбных запасов Балтийского моря, среди прочего обработал образцы рыбы для исследования.

«Для двух популяций трески ситуация разная. Западнобалтийская треска питается в основном обыкновенными крабами, обитающими на морском дне. Следовательно, их пищевая сеть короче, чем у восточнобалтийской трески, которая питается в основном сельдь и килькой». , которые, в свою очередь, живут за счет зоопланктона. Однако сами по себе эти диетические различия не могут объяснить значительно более высокое положение восточной балтийской трески в пищевой сети», — продолжает Крам.

Так что же является причиной наблюдаемого удлинения пищевой сети трески в восточной части Балтийского моря?

«В районах, где растут сине-зеленые водоросли, зоопланктон меняет свою диету. Вместо того, чтобы быть вегетарианцами, они питаются микробами, которые живут за счет выделений или продуктов разложения сине-зеленых водорослей, когда цветки умирают — как показано в предыдущих анализах IOW». создает целый дополнительный уровень в пищевой сети, что неизбежно приводит к высоким потерям энергии в организмах на последующих участках пищевой сети», — объясняет Натали Люк-Вайлд, специалист по изотопному анализу пищевой сети, а также соавтор исследования. .

«Этот тип удлинения пищевой цепи у рыб долгое время был предметом теоретических дискуссий. Теперь мы можем впервые измерить его напрямую и четко связать с пищевой сетью, в которой доминируют сине-зеленые водоросли», — сказал морской биолог. говорит. Она основала одну из немногих в мире лабораторий морских исследований в IOW, где можно измерять стабильные изотопы азота и углерода 13 различных аминокислот.

«Анализ пищевой цепи на основе изотопов является ценным инструментом для обнаружения фундаментальных изменений в экосистемах и лучшего понимания взаимодействий. Энергетический кризис в восточной части Балтийского моря показывает, что одних лишь ограничений на рыболовство уже недостаточно для восстановления запасов. Вместо этого, продукты питания стало недостаточно». «Сама сеть нуждается в реабилитации», — говорит Стейнкопф. Однако этого можно достичь только в том случае, если все доступные возможности будут использованы для борьбы с эвтрофикацией в Балтийском море на транснациональной основе». Результаты по камбале показывают, что не все части пищевой цепи страдают одинаково.

Однако «исследование также показывает, что пищевая сеть или трофическое продолжение не только актуально для Балтийского моря, но и перерастут в глобальную проблему, поскольку изменение климата способствует вредному цветению водорослей и многим другим факторам стресса в пищевых цепях», — заключает морской биолог. . .