Вкусный, универсальный и богатый незаменимыми жирными кислотами омега-3: лосось - одна из самых популярных съедобных рыб. Магазины продают рыбу, выловленную в дикой природе, но основной их продукцией является лосось с племенных ферм, который может загрязнять реки, озера и океаны. Насколько велика проблема? Немецкие и чилийские ученые работают над ответом на этот вопрос под руководством Центра экологических исследований им. Гельмгольца (UFZ). Они изучили растворенные органические соединения, попадающие в реки Чили с лососевых ферм, и опубликовали отчет в журнале Scientific Reports, предупредив, что эти вещества создают огромную нагрузку на экосистемы и изменяют целые биологические сообщества.
Лосось ведет довольно разнообразный образ жизни. Взрослые рыбы живут в море, но плывут вверх по течению в реки, чтобы размножаться и откладывать икру в гравийных слоях в верховьях. Именно здесь вылупляются детеныши, некоторое время растут в чистой, богатой кислородом воде, а затем отправляются в сторону моря. Для разведения популярной съедобной рыбы фермерам приходится обеспечивать различные условия содержания в зависимости от возраста рыб.
Чилийские рыбоводы основывают свой подход на естественном жизненном цикле лосося. В чистых реках, которые текут от центрального хребта Анд к Тихому океану, они установили несколько сотен инкубаторов для яиц и самых молодых животных. Немного более крупные лососи живут в садках в озерах южноамериканской страны, а взрослые особи переселяются в аналогичные жилища, поставленные на якорь в море недалеко от побережья. В 2012 году аквакультура Чили использовала этот метод для производства около 820 000 тонн лосося на общую сумму чуть менее пяти миллиардов долларов США. В течение многих лет страна занимала второе место после Норвегии в списке основных производителей лосося в мире.
Однако это не обошлось без воздействия на окружающую среду. Садки для средних и крупных рыб выбрасывают экскременты, остатки пищи и другие вещества в моря и прибрежные воды страны. Компании также берут воду для своих инкубаторов из некоторых чрезвычайно чистых естественных рек. Они прокачивают его через резервуары для молоди лосося, а затем возвращают его в реку ниже по течению, где он явно не в хорошем состоянии.
Это не прозрачная вода, а скорее рыбный бульон, который течет вниз по течению от такого рода сооружений, что является бременем для жителей, туристов и гидробионтов. «Полностью мутная вода больше не может снова попасть в реку», - сообщает доктор Норберт Камюнке, биолог из UFZ. Количество частиц, содержащихся в воде, должно быть ниже определенных предельных значений. В настоящее время аквакультуры используют отстойники и ротационные фильтры для очистки сточных вод. Однако таких нормативов для растворенных веществ, которые по-прежнему просто попадают в воду без какой-либо обработки или контроля, не существует. И в огромных количествах.
В ходе более раннего исследования Норберт Камюнке и его коллеги обнаружили, что на таких объектах в реки попадает около 40 тонн растворенных органических веществ на каждые 50 тонн выращенного лосося. Эти вещества, которые химики объединяют как растворенное органическое вещество (РОВ), включают жидкие экскременты лосося, а также растворенные остатки пищи и экскрементов. «Он также содержит дезинфицирующие средства и антибиотики», - объясняет он. Но какие именно соединения содержит этот коктейль? И какое влияние это оказывает на воду? Недавно исследователи впервые подробно изучили это.
Для этого они использовали самые современные методы химического анализа. Используя измерения флуоресценции, масс-спектрометрию высокого разрешения и спектроскопию ядерного магнитного резонанса, исследователи изучили сточные воды четырех чилийских аквакультур и образцы, взятые из участков реки как вверх, так и вниз по течению от ферм. Они работали с коллегами из Университета Чили в Вальдивии, чтобы взять образцы, а последующие измерения были проведены в Центре Гельмгольца в Мюнхене. «Мы смогли точно определить, какие молекулы РОВ присутствуют в воде и в какой концентрации», - объясняет Норберт Камюнке.
Расследование показало, что каждая из рек естественным образом имеет несколько иной химический отпечаток. Если она течет по густым лесным массивам, вода будет содержать большое количество гумусовых веществ. Напротив, вода в вулканических регионах, как правило, имеет высокую долю соединений серы. Однако есть и сходства. Естественные участки реки обычно содержат меньше растворенного органического материала. И эта ограниченная нагрузка состоит из соединений, которые трудно расщепить бактериям. «В этих районах преимущественно мало питательных веществ», - резюмирует Норберт Камюнке.
Однако картина меняется, когда вводятся сточные воды от аквакультуры. Эти объекты выпускают большое количество легко биоразлагаемых соединений. В частности, гораздо более высокие концентрации углеводов, белков и их строительных блоков, а также липидов присутствуют ниже по течению от объектов. Таким образом, аквакультуры обеспечивают реки с низким содержанием питательных веществ своего рода дополнительным удобрением.
Но что это влечет за собой для воды и ее обитателей? Исследователи также исследовали этот вопрос в своем исследовании. Они использовали лазерные сканирующие микроскопы, чтобы изучить скользкую пленку, которая растет на камнях в русле реки. Выше по течению от аквакультур эти биопленки содержали большое количество микроскопических водорослей. Эти организмы были гораздо менее распространены вниз по течению, где было намного больше бактерий. «Но это меняет всю экосистему», - объясняет Норберт Камюнке.
Водоросли на дне природных водоемов играют ключевую роль по нескольким причинам. Во-первых, они производят кислород, а во-вторых, обеспечивают пищей бесчисленное количество мельчайших травоядных организмов. На этой пленке пасутся брюхоногие моллюски, личинки поденок и веснянок. А их в свою очередь поедает рыба. «Основа всей пищевой сети исчезла бы, если бы не существовало этих водорослей», - объясняет Норберт Камюнке. Но это не единственный способ, которым сточные воды аквакультур изменяют условия жизни в реке. Бактерии, расположенные ниже по течению от объектов, используют большое количество кислорода для расщепления растворенных органических веществ. Чрезмерно низкая концентрация кислорода может привести к гибели многих видов, приспособившихся к жизни в чистой проточной воде.
Однако высокий уровень бактериальной активности, который команда измерила ниже по течению от лососевых рыбоводных заводов, также очищает воду. «Тем не менее, реки нельзя использовать не по назначению в качестве естественных очистных сооружений», - подчеркивает Норберт Камюнке. Во-первых, чистые и незагрязненные воды и их обитатели заслуживают особой защиты. Во-вторых, вода после сооружений должна течь довольно далеко вниз по течению, пока она снова не станет чистой. Длина этой растяжки зависит от внешних обстоятельств. Миниатюрные водоочистители наиболее эффективно работают при высоких температурах и малых скоростях потока. Более раннее исследование ученых из Магдебурга показало, что бактерии разрушили загрязнение примерно в 2,7 км ниже по течению от объекта. «Однако зимой им нужен более длинный участок реки», - говорит Норберт Камюнке. А это не всегда доступно им в коротких реках Анд.
Поэтому исследователи выступают за введение предельных значений концентраций РОВ, поступающих в реку. Их результаты в отношении активности бактерий могут помочь уточнить эти значения, чтобы избежать перегрузки реки. В этом случае предприятия аквакультуры должны будут более эффективно очищать свои сточные воды перед повторным введением их в реку, например, используя биологические фильтры. В принципе, это большие трубы, заполненные камнями, на которых растет биопленка. Сточные воды входят сверху и выходят снизу, будучи очищенными бактериями между ними.«Наши результаты также показывают, насколько большими должны быть эти объекты», - объясняет Норберт Камюнке. Измеренные скорости деградации можно использовать для расчета площади поверхности камня, необходимой для желаемой эффективности очистки.
Исследователи также делают еще один вывод из своего исследования. Они не считают целесообразным устанавливать какие-либо новые аквакультуры на чилийских реках. Власти уже ввели мораторий на новые лососевые фермы в озерах страны. Сейчас операторы рассматривают вариант переноса выращивания некрупного лосося из озер в реки. «Теоретически это может сработать», - считает Норберт Камюнке. «Но с экологической точки зрения это не лучшая идея».