Экологи давно знают, что загрязнение сельскохозяйственных угодий и сточных вод может привести к низкому содержанию кислорода и гибели рыбы в реках. Исследование, опубликованное сегодня в Nature Communications, сообщает, что отходы гиппопотамов могут иметь аналогичный эффект в африканской реке Мара, которая протекает через всемирно известный национальный заповедник Масаи-Мара в Кении, где обитает более 4000 гиппопотамов.
Соавтор Эмма Рози, эколог пресноводных ресурсов из Института исследований экосистем Кэри, объясняет: «Вместе гиппопотамы Мары прибавляют около 8 500 кг или 9.3 тонны частично переваренного растительного материала в реку каждый день. Нас интересовало, как этот массивный приток органических веществ и питательных веществ повлиял на водную жизнь».
Бегемоты проводят ночи, пасущиеся в саванне, а дни барахтаются в неглубоких лужах, чтобы охладиться и спрятаться от солнца. Когда они валяются, они выделяют отходы, которые истощают кислород из воды по мере ее разложения. Микробная активность также приводит к образованию химических веществ, таких как аммоний и сульфид, которые, как известно, токсичны для рыб.
"В засушливые периоды вода с низким содержанием кислорода скапливается в бассейнах с бегемотами. Периодические интенсивные дожди в конечном итоге смывают воду вниз по течению. Этот внезапный выброс воды с пониженным содержанием кислорода может вызвать временную гипоксию и гибель рыбы", - отмечает Рози.
В течение трех лет команда отслеживала химический состав воды и поток вниз по течению от 171 бассейна с бегемотами. Из задокументированных 55 промывных потоков, определенных как когда дожди увеличили сток реки в два раза по сравнению с нормальным уровнем, концентрация растворенного кислорода снизилась во время 49 событий, упав достаточно низко, чтобы вызвать гибель рыбы 13 раз.
Чтобы понять механизмы, приводящие к авариям растворенного кислорода, команда предприняла несколько экспериментальных подходов. Поскольку бегемоты слишком опасны, чтобы приближаться к ним, датчики, прикрепленные к лодке с дистанционным управлением, использовались для измерения химического состава воды в бассейнах с бегемотами. Чтобы смоделировать течение ручья и понять влияние потребления кислорода добавленными отходами гиппопотама, были проведены эксперименты в искусственных ручьях размером с ванну. Команда также манипулировала бассейном в Маре, чтобы создать экспериментальный промывочный поток.
Два различных фактора были связаны со снижением содержания растворенного кислорода. Когда вода с низким содержанием кислорода из бассейнов с бегемотами смешивается с речной водой вверх по течению, это снижает общую концентрацию растворенного кислорода в реке. В то же время отложения в бассейне с бегемотами, вымываемые промывными потоками, продолжают потреблять кислород, разлагаясь вниз по течению.
Это исследование показывает, что изменение режима течения реки с помощью плотин или водозаборов может иметь экологические последствия для африканских рек с бегемотами. Соавтор Дэвид Пост из Йельского университета объясняет: «В системе реки Мара промывные потоки важны для очистки бассейнов от отходов гиппопотамов, но накопленные токсичные химические вещества и обескислороженная вода оказывают серьезное воздействие на водную жизнь ниже по течению».
Хотя периодическая гибель рыбы может показаться плохой вещью, ученые заметили, что мертвая рыба служила источником пищи для падальщиков, таких как птицы и крокодилы.
Исследование способствует нашему пониманию речной системы с большими популяциями гиппопотамов, которые, вероятно, были гораздо более распространены до того, как гиппопотамы были исключены из большей части их исторического ареала.
Ведущий автор Кристофер Даттон из Йельского университета объясняет: «Существует идея о том, что в нетронутых реках не должно быть растворенного кислорода, но мы думаем, что это потому, что поколения ученых изучали места, где больше нет нетронутых крупных популяций диких животных., тогда как река Мара уникальна, потому что это так. Эта система предлагает окно в прошлое и иллюстрирует, как экосистемы могли функционировать до воздействия человека».