При глобальном изменении климата. Как долго мидии смогут бороться с закислением воды и недостатком кислорода, выяснили ученые

Биологи определили, что мидии способны выдерживать закисление воды и недостаток кислорода в течение шести дней. При более длительном действии таких неблагоприятных факторов в гемолимфе (аналоге крови) моллюсков происходят изменения, снижающие иммунитет и приводящие к замедлению обмена веществ в организме.

Это говорит о том, что в условиях закисления океана из-за потепления климата необходимо тщательно следить за состоянием воды в местах естественного обитания и искусственного выращивания промысловых видов моллюсков. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Fish & Shellfish Immunology.

Интенсивная хозяйственная и промышленная деятельность человека приводит к тому, что концентрация углекислого газа в атмосфере повышается. Из-за этого не только растет температура у поверхности планеты, но и закисляется океан. Так, при контакте с углекислым газом атмосферы в поверхностных водах Мирового океана накапливается углекислота, а вместе с этим снижается и количество растворенного кислорода — возникают условия гипоксии. При этом остается недостаточно исследованным, как пониженная кислотность воды и гипоксия влияют на морские организмы, в частности двустворчатых моллюсков, которые играют важную роль в водных экосистемах и выращиваются на аквакультурных фермах для употребления в пищу.

Ученые из Федерального исследовательского центра «Институт биологии южных морей имени А.О. Ковалевского РАН» (Севастополь) исследовали, какие изменения происходят в организме мидий (Mytilus galloprovincialis) в условиях недостатка кислорода и закисления воды.

Авторы собрали 270 мидий на марикультурной ферме у берегов Севастополя и в течение двух недель адаптировали их к лабораторным условиям, не отличающимся от естественных по кислотности воды, температуре, солености и содержанию растворенного кислорода. Уровень кислотности воды составлял 8,3 единицы, а концентрация растворенного кислорода — 8 миллиграмм в литре. После такой «акклиматизации» моллюсков разделили на три равные группы. Первую — контрольную — еще на 8 дней оставили в прежних условиях, вторую на тот же срок поместили в воду с низкой кислотностью (7,3 единицы). Третья группа помимо нахождения в закисленной воде (кислотность 7,3) испытывала нехватку кислорода — его уровень составлял 2 миллиграмма на литр. Согласно более ранним наблюдениям, такие условия иногда возникали у побережья Черного моря в период с 1990 по 2014 год, поэтому параметры, выбранные исследователями, приближены к тем, что можно наблюдать в реальности в природной среде.

Анализ фагоцитарной активности гемоцитов — маркера иммунитета мидий. Источник: Александра Андреева.

На третий, шестой и восьмой день эксперимента биологи взяли образцы пищеварительной железы и гемолимфы — аналога крови — мидий, чтобы оценить состояние их организма. Анализ показал, что на 6–8 день наблюдений подкисление воды — как в сочетании с нормальным количеством кислорода, так и с его недостатком — приводит к уменьшению количества гемоцитов в гемолимфе. Гемоциты — это клетки крови, которые обеспечивают питание тканей мидии, а также отвечают за иммунные реакции организма.

Более того, оказалось, что гемоциты в условиях гипоксии и закисления вырабатывают примерно в два раза меньше активных форм кислорода — молекул, участвующих в уничтожении чужеродных объектов (например, бактерий и вирусов) и тем самым обеспечивающих защитные механизмы клеточного иммунитета. Также в этих условиях гемоциты моллюсков на 40% хуже поглощали чужеродные частицы, что также говорит о снижении иммунитета мидий.

Забор гемолимфы из мидий. Источник: Александра Андреева.

Однако закисление не привело к окислительному стрессу в организме мидий, поскольку оно не повлияло на активность ферментов, перерабатывающих свободные радикалы в пищеварительной железе. Это значит, что антиоксидантная система в организме моллюсков обеспечивает поддержание окислительно-восстановительного баланса и хотя бы частично компенсирует неблагоприятные условия обитания.

Наши исследования показали, что в целом мидии демонстрируют высокую устойчивость к закислению воды, если пребывают в ней непродолжительное время — в течение примерно шести дней. На более длительных сроках уже наблюдаются патологические изменения в гемолимфе и общем состоянии организма, которые свидетельствуют об ухудшении состояния иммунной системы и замедлении обмена веществ. Поэтому важно проводить мониторинг изменений кислотности и содержания растворенного кислорода как в местах естественного обитания моллюсков, так и на марикультурных фермах, где выращивают двустворчатых моллюсков.

• Александра Андреева, кандидат биологических наук, руководитель лаборатории экологической иммунологии гидробионтов ФИЦ ИнБЮМ

В дальнейшем авторы планируют проанализировать, как сочетание нескольких факторов глобального потепления, таких как изменение солености, кислотности воды и появление гипоксии влияют на промысловые виды двустворчатых моллюсков в течение длительного (порядка нескольких недель) периода, а также оценить, насколько эти факторы опасны для молоди. Особенно важно понимать, как неблагоприятные изменения условий обитания отражаются на юных моллюсках, поскольку именно они составляют большую часть посадочного материала марикультурных ферм. Кроме того, молодые особи более уязвимы перед стрессовыми факторами среды по сравнению со взрослыми. Снижение иммунитета и замедление обмена веществ могут приводить к недостаточному набору массы и торможению их роста, а это означает высокий риск гибели от инфекций и убытки на фермах.

Фото на обложке: процесс очистки гемоцитов от гемолимфы и подготовка их к дальнейшему анализу. Источник: Александра Андреева.
Все изображения предоставлены пресс-службой РНФ

--