Отходы жизнедеятельности человека могут изменить то, как рыбы общаются или идут на риск, хотя конкретные особенности трудно определить..
Пластмассы, наркотики и многое другое могут изменить то, как рыбы общаются или идут на риск, хотя особенности трудно определить. Getty Images
Эта статья изначально была опубликована на Undark.
Водные среды обитания в мире представляют собой бурлящую смесь загрязняющих веществ. По оценкам, 14 миллионов тонн пластика ежегодно попадают в океан в виде мусора. Дальше вглубь страны более 40 процентов рек мира содержат фармакопею человека, в том числе антидепрессанты и обезболивающие. Также могут появляться тяжелые металлы, такие как ртуть, из промышленных отходов. А сельскохозяйственные удобрения могут попадать из почвы в реки, в конечном итоге достигая океана.
В мире насчитывается около 20 000 видов рыб, а возможно, и гораздо больше. Они и многие другие организмы, которые живут в “загрязненных системах, загрязнены коктейлем химических веществ”, - сказал Майкл Бертрам, поведенческий эколог из Шведского университета сельскохозяйственных исследований.
Бертрам и другие исследователи все чаще обнаруживают, что эти соединения могут изменять поведение рыбы. В некоторых экспериментах загрязняющие вещества, по-видимому, изменяют то, как рыбы общаются, либо подвергая их воздействию психоактивных веществ, либо изменяя их естественное развитие, что может изменить то, как они плавают вместе и спариваются. Другие, по-видимому, заставляют рыбу подвергаться большему риску, что в дикой природе может увеличить их шансы быть бесцеремонно уничтоженными хищниками.
Последствия загрязнения, по мнению исследователей, работающих в этой области, все еще имеют много неизвестных. Отчасти это связано с огромным количеством переменных в реальных экосистемах, которые могут ограничить возможности ученых в определении того, как загрязняющие вещества влияют на рыбу в дикой природе, сказал Квентин Петижан, аспирант-исследователь в области наук об окружающей среде в Институте агробиотехники Софии во Франции и соавтор статьи 2020 года, в которой рассматривались существующие литература о загрязнении и поведении рыб. “В дикой природе рыба и другие организмы подвергаются воздействию множества факторов стресса”, - сказал он.
Тем не менее, по словам Бертрама, эти изменения в поведении могут иметь серьезные последствия. Как и многие живые существа, рыбы являются важной частью своих экосистем, и изменение их поведения может помешать или изменить их роли неожиданным образом. Например, одно исследование предполагает, что различные химические загрязнители и микропластики могут влиять на смелость хищных видов рыб. Хотя авторы отмечают, что это вряд ли приведет к коллапсу популяции, эти “тонкие модификации поведения” могут уменьшить биомассу рыбы, изменить ее размер и, в конечном итоге, нанести вред хищникам. Только один этот эффект, добавляют они, “может быть скрытым механизмом, лежащим в основе изменений структуры экосистем как в пресноводных, так и в морских экосистемах”.
Улюдей есть забавный способ показать свою признательность. Один из примеров: люди регулярно смывают психоактивные вещества, которые затем попадают в водные экосистемы. В 2021 году Бертрам и группа исследователей опубликовали статью о том, как распространенный антидепрессант флуоксетин, более известный под торговой маркой Prozac, влияет на склонность гуппи к мелководью или купанию группами. В течение двух лет команда подвергала группы гуппи воздействию различных концентраций флуоксетина: низкой концентрации (обычно встречающейся в дикой природе), высокой концентрации (характерной для чрезвычайно загрязненной экосистемы) и отсутствию флуоксетина вообще.
При высокой концентрации воздействия гуппи оказались более социальными, проводя больше времени на мелководье. Однако это было только в случае пар самец-самка, а не когда рыба плавала в одиночку. Предыдущие исследования Бертрама и его коллег показывают, что лекарство увеличивает количество времени, которое самцы гуппи проводят, преследуя самок. По словам Бертрама, “будучи интенсивно обхаживаемыми” самцами, самки предпочтительно выберут более крупную стаю, чтобы отвлечь их и “избежать этого непрекращающегося брачного поведения”.
В то время как такие лекарства, как Прозак, предназначены для изменения функций мозга, существуют и другие, возможно, менее очевидные способы, с помощью которых загрязнение окружающей среды может изменить поведение. Например, загрязняющие вещества могут изменять микробиом, совокупность микроскопических организмов, таких как грибы и бактерии, которые существуют на или в организме. У людей нарушения жизнедеятельности микроорганизмов были связаны с такими расстройствами, как расстройство аутистического спектра, слабоумие или даже просто когнитивные нарушения. Исследование, опубликованное в 2022 году, предполагает, что мозг рыб также может зависеть от сбора мельчайших организмов.
В ходе исследования исследователи работали с двумя группами эмбрионов рыбок данио, которых они очистили от микробов, функционально очистив их от микробов. В контейнеры с одной группой эмбрионов команда немедленно ввела воду из резервуара с взрослыми рыбками данио, чтобы дать продезинфицированной популяции микробиом. Через неделю они сделали то же самое для другой группы.
Еще через неделю исследователи провели серию экспериментов, поместив двух рыб из одной и той же группы в соседние аквариумы, чтобы посмотреть, будут ли они плавать рядом друг с другом. Поведение, связанное с отмелью, было обнаружено ранее.
Рыбы, лишенные микробиома в раннем возрасте, тратили на это гораздо меньше времени, чем рыбы из контрольной группы. Из 54 контрольных рыб почти 80 процентов проводили время у разделителя между аквариумами, по сравнению примерно с 65 процентами из 67 в другой группе. Воздействие микробов в раннем возрасте важно для развития социального поведения, сказала Джудит Эйзен, нейробиолог и один из авторов статьи.
Исследователи также изучили мозг рыбы с помощью мощных микроскопов. По словам Эйзена, обычно клетки, называемые микроглиями, перемещаются из кишечника в мозг в начале жизни рыб, примерно в то время, когда их микробиом начинает развиваться. Она и ее команда обнаружили, что у рыб, которые жили без микробиомов в течение недели, было меньше микроглии в определенной области мозга, которая ранее была связана с поведением на мелководье. В нормальном мозге (включая человеческий) эти клетки выполняют синаптическую обрезку, которая устраняет более слабые или менее используемые связи.
Конечно, по словам Эйзена, эти рыбки данио, лишенные микробов, не существовали бы в природе. Однако некоторые загрязнители, вызываемые человеком, такие как пестициды, микропластики и металлы, такие как кадмий, по-видимому, изменяют микробиом рыбы. Учитывая, что обмеление часто является защитным поведением, снижение реакции на обмеление может вызвать проблемы в дикой природе. “Если он не хочет общаться с другими рыбами, это может открыть его для хищничества”, — сказал Эйзен.
Загрязняющие вещества могут влиять на поведение не только на мелководье, но и на экосистемы соленой воды. В исследовании 2020 года исследователи вернули личинок амбонной девицы обратно в лабораторию и подвергли некоторых из них воздействию микропластиковых шариков. Затем они вернули молодь рыб на разные участки Большого Барьерного рифа — некоторые из которых были разрушены, а другие все еще были здоровыми — и наблюдали, как они себя вели. Команда также пометила рыбу крошечными флуоресцентными метками и возвращалась к рифу несколько раз в течение трех дней, чтобы проверить их выживаемость.
Согласно исследованию, рыбы, подвергшиеся воздействию микропластика, демонстрировали более рискованное поведение и выживали в течение меньшего времени, прежде чем на них стали охотиться. Почти вся помеченная рыба, подвергшаяся воздействию микропластика и выпущенная на свободу вблизи мертвых рифов, погибла примерно через 50 часов. Между тем, около 70 процентов неэкспонированной рыбы, выпущенной вблизи живых рифов, пережили 72-часовую отметку. Согласно статье, в то время как здоровье рифа было фактором рискованного поведения, у рыб, подвергшихся воздействию пластика, выживаемость была в шесть раз ниже, чем у тех, кто не подвергался воздействию этих соединений.
По словам Александры Гулизии, одного из авторов статьи и аспиранта Университета Джеймса Кука, необходимо провести дополнительную работу по изучению компонентов пластмасс и того, как они влияют на рыбу. Например, бисфенол-А, более известный как BPA, является распространенной добавкой для придания пластику большей гибкости. Он также появляется в естественной среде обитания, и исследования показывают, что он может уменьшить агрессию у рыб. Гулизия добавила: “Я думаю, что мы только касаемся поверхности химического воздействия, которое микропластики оказывают на рыбу и поведение рыбы”.
Трудно оценить, как все это происходит в дикой природе. Эйзен отметил, что другие факторы, которые могут повлиять на микробиом, включают питательные вещества в воде, температуру воды, рацион питания и концентрацию соли. Еще одно, возможно, более прямое осложнение: загрязняющие вещества могут появляться одновременно и в разных количествах, сказал Петижан. Например, в одном документе за 2016 год показано, что 13 процентов из 426 загрязняющих веществ в европейских реках являются нейроактивными
Еще одна сложность заключается просто в том, что не все организмы будут действовать одинаково — даже в пределах одного и того же вида. По словам Эйзена, модельные организмы, такие как рыбки данио, выбираются для представления широкого спектра видов, точно так же, как мыши часто используются для изучения здоровья человека в медицинских исследованиях. Но изменения загрязняющих веществ и других факторов могут отличаться от вида к виду. Бертрам отметил, что использование модельных организмов избавляет исследователей от необходимости изучать каждый отдельный вид, но также и то, что следует проводить больше исследований различных рыб.
At face value, some behavior changes might not even look that bad. Increased mating behavior — like in the case of guppies exposed to fluoxetine — could seem like a boon for the species. However, one species thriving over another tends to throw natural habitats out of whack, Bertram said. His previous work suggests that Prozac similarly increases invasive eastern mosquitofish mating behavior. This could help it thrive and outcompete native species. Additionally, at some concentrations, cadmium can increase fish activity, potentially helping them find food. However, the more they eat, Petitjean said, the more exposed they could be to microplastics.
Учитывая эти обстоятельства, добавил он, эксперименты в лаборатории должны максимально усложнять свои методы, чтобы лучше воспроизводить реальные, дикие системы. Некоторые исследования действительно пытаются это сделать. Работа Бертрама показала подопытным гуппи либо хищную, либо не хищную рыбу аналогичного размера перед их экспериментами, в то время как Гулиция и ее команда проводили часть своего эксперимента в дикой природе. Некоторые исследования также подвергают виды рыб воздействию воды, взятой из окружающей среды, и загрязняющих веществ, которые поступают с ней.
Несмотря на неизвестность, Бертрам сказал, что изменения в том, как рыбы общаются, спариваются или находят пищу, вряд ли будут хорошими. “В конце концов, - продолжил он, “ любое изменение выражения естественного поведения будет иметь негативные, непреднамеренные последствия”.
