Независимо от того, тепло на улице или холодно, люди обычно едят примерно одинаково. Но аппетит рыбы может сильно варьироваться в зависимости от температуры. Их метаболизм, как хладнокровных животных, зависит от внешних условий: холодная рыба движется медленно, но высокие температуры заставляют их двигаться быстрее.
Чтобы лучше понять, как температура влияет на наших ластоногих друзей, исследователи из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре изучили опалейных рыб при различных температурах и диетах. Они обнаружили, что как диета, так и температура влияют на физиологию и обмен веществ рыб, но эффекты индивидуальны для каждого признака. Результаты, опубликованные в Journal of Experimental Biology, еще больше опровергают предположение о том, что все биологические процессы животного одинаково реагируют на разные температуры.
Опаловый глаз был идеальной моделью для изучения этого взаимодействия. Всеядная рыба - обычное явление в лесах водорослей и на рифах от Пойнт-Концепшн до южной части Нижней Калифорнии. В 2006 году исследователи UCSB обнаружили, что дикие опалеи поедают больше водорослей в более теплой южной части своего ареала, чем в более холодном севере. Аналогичная тенденция наблюдается и у других всеядных рыб.
«Мы предположили, что они делали это, потому что это приносило им пользу», - говорит ведущий автор Эмили Хардисон, докторант кафедры экологии, эволюции и морской биологии.
Чтобы проверить это, команда наблюдала за рыбой при четырех различных комбинациях температуры и диеты. Половину рыб кормили исключительно артемией, в то время как другая половина могла свободно есть смесь артемии и водорослей Ulva, видов, которые опалеи потребляют в дикой природе. Затем исследователи разделили каждую из этих групп: одна половина находится в воде при температуре 12 °C, а другая половина - при 20 °C. Эти температуры соответствуют сезонным экстремальным явлениям, с которыми сталкиваются дикие рыбы в Санта-Барбаре..
Команда зафиксировала рост рыб с течением времени и их скорость спринта при различных воздействиях. Они также измерили базовую скорость метаболизма животных, а также максимальную скорость метаболизма, достигнутую рыбой, когда они были активны. Для этого ученые использовали метод, называемый водной респирометрией, где они регистрировали скорость потребления кислорода каждой рыбой после тренировки и во время отдыха. Разница между максимальным и базовым показателями представляет собой аэробный диапазон животного, который Хардисон описал как энергетическую способность рыбы процветать в окружающей среде: плавать, есть, переваривать пищу, находить себе пару и так далее.
Исследователи также провели тесты, чтобы установить пределы термоустойчивости рыбы, в том числе измерить термостойкость сердца животного. Предыдущие результаты показывают, что сердце может быть первым органом, который выходит из строя из-за теплового стресса у рыб.
«Мы обнаружили, что диета может влиять на температурную реакцию рыбы, но она не соответствовала всем этим важным измерениям, которые мы сделали», - сказал Хардисон. Рыба, которая ела смешанную диету, имела более высокий базовый метаболизм, чего исследователи ожидали, учитывая, что для переваривания растительной пищи требуется больше энергии. Между тем, скорость бега рыбы совершенно не зависела от диеты или температуры.
Диета также не влияла на темпы роста животных; однако температура имела огромное значение. «При 20 градусах рыбы так много ели и так сильно росли. Тогда как при 12 они почти не ели и не росли», - говорит соавтор Эрика Элиасон, доцент кафедры экологической и эволюционной физиологии.
«Все эти разные ставки не масштабируются одинаково», - продолжила она. «Рост не масштабируется так же, как частота сердечных сокращений, которая не масштабируется так же, как метаболизм. На все они по-разному влияет температура».
Ученые предполагали, что все процессы в организме животных оптимизированы для одного и того же температурного диапазона. Это, безусловно, упростило моделирование. «Но биология сложна, - сказал Хардисон, - и поэтому мы думаем, что оптимальный диапазон для разных биологических скоростей будет разным». Хотя это не первая статья, опровергающая это предположение, в ней впервые исследуется, как диета животного может влиять на оптимальную температуру для различных процессов.
Кроме того, более травоядная диета, похоже, не давала никаких преимуществ. Например, всеядные рыбы не могут достигать такой высокой частоты сердечных сокращений, как их более плотоядные собратья. Это говорит о том, что смешанная диета могла уменьшить емкость их сердец.
"Это был большой сюрприз," сказал Хардисон. Поскольку дикие опалеи более травоядны в более теплых частях своего ареала, исследователи подумали, что эта диета может помочь сердцам рыб. «Наоборот, потребление большего количества водорослей было только платой. Не было никаких преимуществ для признаков, которые мы измеряли.
"Это говорит о том, что это более сложная история, чем мы изначально думали, - продолжил Хардисон, - и что могут быть другие экологические причины, по которым эти рыбы меняют свой рацион в зависимости от температуры".
Действительно, это все еще открытый вопрос. Команда планирует изучить затраты на пищеварение при травоядной диете, что может пролить свет на предпочтения опалея.
Группа также исследует, как диета рыб может влиять на их реакцию на морские волны тепла. Чтобы реагировать на эти события, животным нужна энергия и питательные вещества, чтобы перестроить свою физиологию. В результате исследователи подозревают, что диета может влиять на то, как быстро животные могут акклиматизироваться к новым условиям.«Взаимосвязь между питанием и температурой действительно недостаточно изучена», - сказал Хардисон.
Понимание взаимосвязи диеты и условий окружающей среды имеет решающее значение перед лицом изменения климата. Глобальное потепление не только повышает температуру воды, но и меняет ландшафт питания. Элиасон объяснил, что изменение климата может изменить качество и количество продуктов питания. Таким образом, даже для животных, которые не меняют свой рацион в зависимости от температуры, то, что им доступно, может измениться.
И температура - это всего лишь одно постоянно меняющееся состояние. Изменение климата влияет на кислотность, соленость и даже содержание растворенного кислорода в океане. Как они взаимодействуют с рационом и физиологией животных, все еще изучается.
Криста Краскура и Джейси Ван Верт (оба в лаборатории Элиасона) также внесли свой вклад в это исследование, как и бывшая студентка Калифорнийского университета в Дэвисе Тина Нгуен, которая провела восемь недель в лаборатории в рамках программы UC LEADS. Работа финансировалась стипендией факультета Хеллмана Элиасона.