Вкратце

• Учёные часто используют лабораторные опыты для изучения влияния изменений условий окружающей среды на естественные популяции, но такие эксперименты могут неправильно отражать процессы в природных экосистемах
• В этой статье, сопоставление ретроспективного лабораторного моделирования с данными долгосрочных натурных наблюдений показало систематическую переоценку максимальной температурной толерантности эмбрионов чавычи в естественной среде на ~3°C, определяя верхние температурные пороги ближе к 11–12°C, а не к выверенным в лабораторных условиях и часто использующимся для отслеживания температурных пределов 15°C
• Различие между лабораторными результатами и температурной толерантностью естественной чавычи были объяснены тем, что в эксперименте скорость потока воды обычно в 2-3 раза выше, чем в природе. Более того, обобщение данных опытов с более чем 180-ю видами рыб демонстрирует, что завышение скорости водотока может быть весьма распространено в лабораторных экспериментах
• Результаты этого исследования показывают, что реакции рыбы на изменения температуры в природной среде и лаборатории могут значительно отличаться, а также могут зависеть от скорости потока воды в период инкубации
• Понимание механизмов, ответственных за такие несоответствия между лабораторными и естественными условиями, может помочь улучшить прогноз того, как лосось и другие пресноводные виды рыбы будут реагировать на повышенные температуры воды в будущем

Несмотря на то, что многочисленные экспериментальные исследования пришли к заключению, что температура воды на уровне 15°C представляет собой верхний предел выживаемости эмбрионов чавычи, за которым уровень смертности резко повышается, недавняя работа Бенджамина Мартина, эколога Юго-восточного научного центра рыбного хозяйства NOAA*, и его коллег показала, что лабораторные оценки верхнего температурного порога эмбрионов чавычи не совпадают с данными по чавыче в природной среде. Они доказали это, создав сначала модель температурной выживаемости, подогнанной под лабораторные данные, после чего они использовали имеющиеся данные для ежегодной оценки численности производителей и молоди чавычи в реке Сакраменто в северной Калифорнии за двадцатилетний период, что показало уровень ежегодной выживаемости чавычи в этой реке.

Разработанная ими модель была сопоставлена с данными, полученными в ходе полевых наблюдений, чтобы оценить, насколько хорошо она ретроспективно предсказывала годовые колебания выживаемости эмбрионов чавычи за 20-тилетний отрезок времени. В то же время, данные о физических характеристиках реки, собранные за тот же период, показали, что температура воды в нерестовых гнёздах чавычи редко превышала 15°C. То есть, согласно лабораторным результатам, температура воды не должна была оказать большого влияния на величину смертности эмбрионов, однако анализ межгодовой выживаемости чавычи свидетельствовал о том, что выживаемость от эмбриона до малька на самом деле значительно различалась от года к году на протяжении двух десятилетий, а эмбриональная смертность по температурным причинам достигала в некоторые годы 75%.

Затем учёные разработали механистическую модель снабжения кислородом и его потребления, чтобы определить, почему эмбрионы чавычи в Сакраменто намного менее толерантны к повышению температуры, чем эмбрионы, протестированные в лаборатории. Результаты привели к заключению, что в лабораторных опытах использовался намного более интенсивный водный поток, часто превышающий скорость течения в природе в 2-3 раза, что приводило к переоценке верхнего порога температурной выживаемости эмбрионов чавычи примерно на 3°C.

Таким образом, их анализ показал, что реальный верхний температурный порог для эмбрионов чавычи в природной среде находится ближе к 11–12°C, а не к 15°C, определённым в лабораторных условиях. Это может быть объяснено тем, что икра зимней чавычи крупная и требует относительно высокой скорости течения для достаточного насыщения воды кислородом, и потому – более чувствительна к изменениям скорости течения, которые часто случаются в природе, но мало учитываются в условиях контролируемого в лаборатории эксперимента. Более того, несоответствия между лабораторными и полевыми оценками температурных порогов выживаемости рыбы могут оказаться не отдельными случаями; в добавок к чавыче в реке Сакраменто, Мартин и его коллеги провели обобщение лабораторных исследований, проведённых с более чем 180-ью видами рыбы, анализ которых показал, что использование высокой скорости водотока было общей чертой лабораторных опытов с пресноводной рыбой.

В свете полученных данных, авторы предлагают рассматривать выявленные лабораторным путём прогнозы реакции лосося и других видов пресноводных рыб на изменения условий окружающей следы – особенно повышение температуры воды, ожидаемое по причине глобального потепления – с долей осторожности, особенно, когда полевые данные для сравнительных целей отсутствуют.

* Государственная администрация по океанографическим и атмосферным исследованиям в США