Главные риски для выращивания мидий и моллюсков в условиях изменения климата

Мировая индустрия аквакультуры моллюсков находится на перепутье: существует огромный энтузиазм и оптимизм в отношении будущего потенциала отрасли, и в то же время растет экологическое давление, которое угрожает здоровью как диких моллюсков, так и аквакультурным популяциям.

Существует множество факторов стресса окружающей среды, которые могут влиять на здоровье моллюсков (и индивидуальное и коллективное), при этом большинство из них связаны между собой и усугубляются нарастающим климатическим давлением. Основными климатическими угрозами (факторами риска), которым подвержена отрасль производства мидий и моллюсков, являются:

• изменение солености воды;
• изменение режима осадков и стока с последующим систематическим повышением температуры поверхности моря;
• чередование ветров и апвеллингов;
• увеличение частоты и интенсивности экстремальных явлений зимой.

Оценочный доклад Межправительственной группы экспертов по изменению климата (IPCC) об изменении климата за 2021 год выглядит отрезвляюще. В нем очерчено будущее, в котором человечество уже готово к потеплению не менее, чем на 1,5°C к 2100 году. И это в лучшем случае, предполагающем, что человек предпримет немедленные и решительные усилия по сокращению выбросов парниковых газов. Может показаться, что 1,5 °C —  это не так уж и много, но даже при таком, наилучшем, сценарии океаны планеты подвержены учащённым приливам тепла и повышению летних температур поверхности моря.

Очевидно, что независимо от борьбы с глобальными выбросами CO2, необходима дорожная карта, которая гарантирует появление устойчивой к изменению климата аквакультуры.

Аквакультура моллюсков — не только перспективный с точки зрения прибыли бизнес, но и индустрия, обладающая большим потенциалом в качестве низкоуглеродного, устойчивого источника производства продуктов питания. Мировые ученые поддерживают рост этой отрасли: они занимаются изучения причин и последствий факторов стресса окружающей среды, связанных с изменением климата, а также их взаимодействия с другими факторами стресса. Например, с загрязнением мирового океана.

Ниже мы расскажем о некоторых из последних исследований, проведенных в рамках этой работы, и объясним, как они связаны с общей целью поддержки роста и устойчивости мировой индустрии аквакультуры моллюсков.

Потепление морей и морские волны тепла

Как моллюски реагируют на стресс, связанный с температурой воды?

Термотолерантность — это терпимость моллюсков к изменениям температуры морской воды, выходящим за пределы их нормальной «зоны комфорта», либо краткосрочным (например, морские волны тепла), либо долгосрочным (например, хроническое воздействие повышенных температур в течение месяцев или лет).

Специалисты новозеландского института Cawthron провели исследования ряда новозеландских аквакультурных видов, включая зеленогубых мидий, устриц и др. Исследование термоустойчивости мидий было проведено на различных стадиях жизни (например, личинки, спаты, молодь и взрослые особи). Что касается мидий, удалось установить, что важная точка невозврата существует при температуре около 26°C, и если эта температура поддерживается в течение нескольких дней, наступает тяжелая смертность взрослых мидий.

Однако в целом взрослые мидии, содержащиеся при температуре 24°C, начинают умирать через четыре месяца, а репродуктивный потенциал снижается до очень низкого уровня. Те, кто содержится более четырех месяцев при температуре 21 ° C, испытывают значительный стресс, и репродуктивная способность снижается, но большинство особей могут выжить и размножаться.

Это указывает на то, что повышение температуры океана, вероятно, повлияет как на производительность, так и на размножение взрослых мидий, и это будет иметь последствия как для аквакультуры, так и для диких популяций.

Тем не менее, недавний эксперимент под руководством доктора Нормана Рэгга и доктора Джесс Эриксон из института Cawthron показал, что разные селективно выведенные «семьи» (группы мидий с известной генетической историей) совершенно по-разному реагируют на тепловой стресс с точки зрения как выживания, так и их иммунного ответа. И что, поскольку на термотолерантность влияет генетика, существует потенциал как для программ естественного отбора, так и для программ разведения аквакультуры для продвижения штаммов с повышенной устойчивостью к морским волнам тепла.

Исследования показали, что потомство устойчивых родителей более терпимо к хронически повышенным температурам. Но дальнейшее исследование с помощью трансгенерационной пластичности позволило понять, может ли опыт родителей повлиять на производительность их потомства. Предварительные результаты показали, что выбор термоустойчивых родителей и «обучение» их в условиях повышенной температуры могут произвести еще более устойчивого потомства.

Другое исследование под руководством доктора Пола Саута и доктора Натали Делорм из Cawthron показало, что случайный кратковременный тепловой стресс может «обучить» мидий повышать их термоустойчивость, но длительный тепловой стресс, вероятно, ослабит мидии и снизит их устойчивость к дополнительным тепловым ударам.

Синдром летней смертности и изменение климата

Синдром летней смертности — это модели повышенной смертности или случаи крупной гибели моллюсков в дикой природе и на фермах в летние месяцы. Существует множество взаимосвязанных факторов, которые способствуют синдрому летней смертности, но температура моря, очевидно, является критическим компонентом.

Физиолог моллюсков доктор Лизенн Делиль изучает синдром смертности (POMS) тихоокеанских устриц (Crassostrea gigas), который является видоспецифическим синдромом летней смертности. Ее исследование было направлено на выявление патогенов, связанных с тяжелыми эпизодами смертности тихоокеанских устриц, и понимание того, как эти инфекции распространяются, путем анализа полевых образцов и проведения лабораторных экспериментов. Есть надежда, что лучшее понимание взаимодействия хозяина и патогена может помочь индустрии аквакультуры смягчить эти угрозы и вовремя отреагировать на них.

Синдром POMS поражает тихоокеанских устриц во всем мире, что приводит к значительным экономическим потерям летом. Международные исследования показали, что POMS вызывается вирусной инфекцией, чаще всего вирусом герпеса устриц (Ostreid herpesvirus или OsHV-1), за которой следует патогенная бактериальная инфекция, которая поражает ослабленных устриц и приводит к их гибели.

Исследование также показало, что устрицы, устойчивые к POMS, демонстрируют более высокое разнообразие микробиоты, чем уязвимые устрицы, которые, вероятно, помогают им преодолеть болезнь. Сравнение микробиоты устойчивых и уязвимых устриц во время вирусной инфекции позволило идентифицировать семейства бактерий, которые могут способствовать гибели (Psychrobium, Mycoplasma или Marinomonas) или способствовать выживанию устриц (Roseobacter, Umboniibacter).

На рост и распространение как вирусов, так и бактерий влияет ряд факторов окружающей среды, но особенно температура воды и закисление океана, и оба эти фактора явно связаны с изменением климата, это воздействие будет усиливаться, поэтому это угроза, которую мы должны понять и подготовиться к ней.

Взаимодействие изменения климата с связанными с ним экологическими стрессорами

Исследование, проведенное начинающим исследователем Джоанной Копедо, изучает факторы стресса окружающей среды (стрессоры) для моллюсков. Д-р Копедо изучала моллюсков с помощью инструментов гистопатологии (гистопатология – изучение микроскопических изменений в тканях, вызванных стрессом и болезнью), стремясь лучше понять, какие факторы, такие как состояние желудочно-кишечного тракта и качество пищи, могут быть связаны с малопонятным медленным ростом популяций, которые, по-видимому, становятся все более распространенными и влияют как на диких, так и на культивируемых моллюсков.

Мелководные и каменистые прибрежные районы уязвимы к колебаниям условий окружающей среды, что, в свою очередь, влияет на здоровье моллюсков. В этом исследовании были отобраны и изучены различные типы тканей, от жабр и пищеварительного тракта до органов, и был проведен анализ изображений пищеварительных канальцев с использованием программного обеспечения для количественной оценки повреждения ткани и изменений, вызванных стрессорами, такими как ограниченный доступ к пище и высокий уровень оседания.

Предварительные результаты показывают, что даже среди популяции моллюсков, подвергающейся одинаковым условиям окружающей среды, существует разница в том, как на них реагируют отдельные особи, что указывает на наличие других факторов, влияющих на здоровье. Тем не менее, исследование показало, что именно эти два ключевых фактора стресса — ограниченный доступ к пище и сильное осаждение — по-видимому, изменили пищеварительную систему некоторых моллюсков таким образом, что это негативно сказалось на их здоровье и развитии.

Итоги

Прогнозы изменения климата показали, что температура морской воды повысится на 1–3°C в ближайшие 80 лет, а это означает, что летом температура поверхности моря может регулярно превышать 24°C в некоторых районах мирового океана. Мы должны помнить, что многие другие факторы также могут повышать или понижать термотолерантность животных. Стрессовые факторы окружающей среды, такие как низкий уровень пищи, закисление океана, сток пресной воды и токсичные водоросли, также могут взаимодействовать, влияя на устойчивость к жаре.

Стресс и выживание моллюсков сейчас и в будущем явно зависят от сложного взаимодействия многих факторов. Многие целевые виды аквакультуры обладают врожденными механизмами устойчивости, которые можно использовать, если применяются эффективные стратегии исследований и разведения, что бросает вызов ученым и промышленности в разработке стратегий смягчения последствий, которые дают наилучшие шансы обезопасить промышленность по производству моллюсков в условиях максимально неопределенного будущего.