VII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
ОТЛИЧИТЕЛЬНЫЕ ОСОБЕННОСТИ РЫБ ПРЕДСТАВИТЕЛЕЙ РОДА СПИКАРА В ПРИБРЕЖНОЙ ЗОНЕ ГОРОДА СЕВАСТОПОЛЯ В СОВРЕМЕННЫЙ ПЕРИОД
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Раздел 1. Литературный обзор
Вселенцы это – виды животных или растений, тем или иным путем попавшие в новые для них места обитания. Это может происходить целенаправленно (искусственная акклиматизация), а также случайно. Численность любого вида, в том числе изначально чужеродных, в природе регламентируется огромным количеством факторов: температура, освещенность, соленость и др. Не имея естественных врагов, паразитов новый вид может давать огромные вспышки численности для уже устоявшейся экосистемы. С течением времени такие изменения могут привести к нарушению баланса в отношениях «хищник – жертва».
Вселенцы Мирового океана
В 1979-1993 гг. в прибрежных водах различных районов Мирового океана отмечено не менее 66 видов новых вселенцев [9]. В ряде случаев последствия их появления иначе как катастрофическими не назовешь. Так, тропическая зеленая водоросль Caulerpa taxifolia вселилась в Средиземное море в 1980-е годы [10]. Впервые отмеченная в 1954 г., она занимала 1 м2 у Монако. В 1990 г. она уже занимала 3 га, в 1991 г. - 30, в 1992 -427, в 1993 г.- 1300, в 1994 г. - 1500 и в 1996 г. более 3000 га уже и у берегов Франции, Италии, Испании, Хорватии. При этом интенсивно вытесняется эндемичный вид морской травы Posidonia oceanica, с потерей важнейшего биотопа для беспозвоночных животных и личинок рыб [12].
Организмы-вселенцы Азово-Черноморского бассейна
К настоящему времени в Черном море за всю историю его изучения зарегистрировано около 130 видов-вселенцев - 29 видов планктонных водорослей, 38 видов водорослей макрофитов, 39 видов беспозвоночных и 15 видов рыб [14].
Среди всех обнаруженных видов-вселенцев 19 были преднамеренно завезены в Черное море, прежде всего как ценные пищевые объекты. Все из обнаруженных видов-вселенцев оказали влияние на аборигенную флору и фауну, а также на качество водной среды.
За последнее десятилетие специалисты обратили внимание на потенциальную опасность новых переселений организмов с водным транспортом в различные районы Мирового океана. Однако, только после экономических оценок последствий биологических инвазий, данная информация была принята к действию целым рядом международных организаций.
По данным Международной морской организации [10] ежегодно судами перевозится от 3 до 10 млрд. т водного балласта. При этом в балластных танках судов зарегистрировано более 3000 видов водорослей, беспозвоночных и рыб. Основным фактором переселения организмов в Мировом океане являются судоходство (51% зарегистрированных случаев инвазии), рыболовство (15%), судоходство и рыбоводство (22%).
В настоящее время Черное и Азовское моря находятся в ряду лидеров по числу вселений экзотических видов. Некоторые из них встречаются или же в полной мере освоили Азовский бассейн, в Черном море эти виды стали обычными или массовыми. Катастрофические изменения произошли в планктоне и бентосе в результате массового развития некоторых из них.
Так, например, появились устрица Crassostrea gigas и 13 видов рыб: обыкновенная гамбузия, солнечная рыба, пиленгас, белый толстолобик, осетр волжский, севрюга волжская, белуга каспийская, гибриды осетровых, пестрый и белый толстолобики, красноперка дальневосточная. Гамбузия и пвидов-вселенцев, относящихся к 17 классам водных организмов, разделены на случайно заселенные (53 вида) и целенаправленно интродуцированные (14 видов).
В Черном море уже произошел ряд экологических взрывов, связанных с вселенцами. Последний и наиболее известный пример - Mnemiopsis leidyi (Ctenophora) [9]. Успешное освоение вселенцами Черного и Азовского морей не случайно. Как и большинство неполносоленых морей, Черное море отличается пониженным биоразнообразием, а, следовательно, и меньшей сопротивляемостью к вторжению чужеродных видов. Огромный удельный водосбор Черного моря (он почти в 5 раз превышает площадь моря), высокая плотность населения на водосборе вместе с интенсивным использованием природных ресурсов ведут к ускоренной дестабилизации экосистемы моря, что также, в свою очередь, содействует успеху вселенцев. Растет интенсивность судоходства в Черном море: так, в 1938 г. через Босфорский пролив прошло 4500 судов (средний тоннаж судна 7500 т), в 1985 г. - 24100 (105500), в 1996 г. - 49952 (156057).
В прилагаемой ниже таблице приведен далеко неполный список видов-вселенцев, встречающихся сейчас в Черном и Азовском морях. В этом списке 35 видов, а в наиболее полном подобном списке, известном к настоящему времени, отмечено лишь 13 видов случайных вселенцев и 13 попыток интродукции [14]. Список не полон, по крайней мере, по двум причинам: 1. В него не включены вселенцы из Средиземного моря, так как этот естественный процесс вселения идет уже тысячи лет. Возможно, есть антропогенное ускорение этого процесса, но его практически невозможно определить. 2. Изученность ряда групп организмов в Черном и Средиземном морях все еще не достаточна. Описывая какой-либо новый для фауны Черного моря вид, нельзя утверждать, что он - дальний вселенец. Например, Н.Г. Сергеева (устн. сообщ.) описала около 100 новых для Черного моря видов нематод. Многие из них не найдены пока даже в Средиземном море, но присутствуют в других районах Мирового океана. Учитывая плохую изученность Nematoda в Средиземном море, нельзя утверждать, что эти виды - дальние вселенцы.
Цель настоящей работы рассмотреть ситуацию с некоторыми видами-вселенцами в Черном море на примере представителей морских окуней. В соответствии с этой целью были поставлены такие задачи:
- определить половой и возрастной состав спикары черноморской и смариды средиземноморской из прибрежной зоны города Севастополя
-проанализировать размерно-массовые параметры морского окуня и мэнолы в современный период
-изучить морфометрические показатели Spicaraflexuosa и Spicaramaena.
Раздел 2. Материалы и методы
2.1. Объекты исследований
Спикара черноморская (морской окунь) Spicaraflexuosa
Спикара отличается умеренно высоким телом с большим тёмным пятном над грудным плавником. Самки имеют сероватую спину и серо-серебристые бока. Самцы очень ярко окрашены и имеют вдоль всего тела флуоресцирующие синие полосы. Самцы крупнее самок. В большей степени распространены в Средиземном и Чёрном морях, а также в Восточной Атлантике, реже- в Азовском море. Нерестится спикара в Чёрном море с конца мая до середины июля; является гермофродитом. Питаются морские окуни мелкими беспозвоночными, молодью рыб и водорослями. Имеет вторично промысловое значение, но при любительском лове - это основной объект [1, 6].
Смарида средиземноморская (мэнола) Spicaramaena
Для мэнолы характерно высокое тело, которое превосходит в его средней части длину головы. Смарида средиземноморскаяраспространена в Средиземном море и прилегающих морях, в Черном море в основном держится у побережья Болгарии. Имеет широкие сроки икрометания. Для этого вида характерен гермафродитизм и половой диморфизм. Ведет придонный образ жизни (от 40 до 100 м) и питается в основном донными организмами(беспозвоночными).Spicaramaenaловится меньше, чем другие представители рода, попадаясь как прилов с другими рыбами [1,6].
Рис. 2.1. Объекты исследований
Биологический анализ рыб
Биологические характеристики разных видов спикар проводили на особях, отловленных в бухтах г. Севастополя (б. Карантинная, б. Александровская, б. Балаклавская, б. Стрелецкая) с помощью донных ловушек в 2017-2018 годах. Биологический анализ рыб, включающий промеры общей и стандартной длин, определение массы рыбы, тушки, определение пола, стадии зрелости, возраста рыб проводили по методам, описанным ранее [4,7]. Возраст рыб определяли по чешуе.
измерение рыб препарирование рыб
определение пола и возраста рыб отбор чешуи
Создание электронного массива, статистическая обработка данных
Рис. 2.2. Процедуры биологического анализа
Определяли морфофизиологические индексы у указанных видов: гонадо-соматический индекс (ГСИ), индекс печени (ИП), упитанность (Упит.) по известным методам [7].
Морфометрические анализы
Морфометрические параметры окуней включали такие промеры (в мм):
- абсолютная длина - расстояние от вершины нижней челюсти до вертикали конца наиболее длинной лопасти хвостового плавника (TL);
- длина тела от вершины нижней челюсти до конца средних лучей хвостового плавника (FL);
- длина тела от вершины нижней челюсти до конца чешуйчатого покрова (до заднего края последнего щитка боковой линии) (SL);
- расстояние от вершины нижней челюсти до вертикали начала основания первого спинного плавника (аD);
- расстояние от вершины нижней челюсти до вертикали начала оснований брюшных плавников (аV);
- расстояние от вершины нижней челюсти до вертикали начала основания первого анального плавника (аА);
- наибольшая высота тела (на вертикали основания первого луча первого спинного плавника) (Н);
- высота головы (h);
- длина головы (от вершины нижней челюсти до наиболее выступающей назад точки жаберной крышки) (с);
- горизонтальный диаметр глаза (0);
- длина грудного плавника (B);
- длина брюшного плавника (V);
-длина анального плавника (А)
- межглазничное расстояние (f).
Результаты биологического, морфофизиологического и морфометрического анализов обрабатывали статистически по Г.Ф. Лакину (1973). Все расчеты изучаемых параметров проводили с помощью стандартной программы «EXСEL».
Рис. 2.3. Районы отлова рыб в прибрежной акватории города Севастополя
Раздел 3. Результаты и обсуждение
Установлено, что черноморская спикара живет до 8 лет; в наибольшем количестве встречаются спикары в возрасте 2-х лет.
В ходе нашей работы мы выявили, что в улове мэнолы попадались в возрасте до 7 лет; максимальное число особей попадались в возрасте 4-х лет (рис.3.1).
До 3-х лет у обоих видов преобладают самки. После 4-х лет количество самок у черноморской спикары превосходит таковое у мэнолы, что в итоге приводит к более поздней полной инверсии пола в популяции (табл. 3.1).
Согласно данным о размерах спикары, обитавшей в Черном море в более ранний период и сейчас это соответствует особям длиной 13 – 17 см. Известно, что в районе Средиземного моря, у мэнолы массовая инверсия пола наблюдается также в возрасте 3-4 года, но в среднем, как правило, при больших размерах, хотя диапазон размерный сходен с таковым у спикары. Появление в популяции мэнолы гермафродитов, а позже и самцов у этого вида более вариабельны по срокам и процесс этот зависит от района обитания и биотических факторов среды [5].
Рис. 3.1. Возрастной состав представителей рода Spicara в прибрежной зоне города Севастополя в 2016-2018 гг.
По размеру как самцы, так и самки двух видов не отличаются. Масса изученных видов до 3-х лет имеет сходные величины, но в возрасте 5-6 лет вес мэнолы меньше (табл. 3.2). Средний размер особей мэнолы отловленной в бухтах Севастополя превышал средний размер особей спикары примерно в 1,1 раза, а средний вес – в 1,27 раза. Ранее многочисленными исследованиями было показано, что эти два вида и генетически близки [8, 11, 13].
Таблица 3.1. Соотношение полов представителей рода Spicara в прибрежной зоне города Севастополя в 2016-2018 гг.
|
возраст |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
|
Spicaraflexuosa |
||||||||
|
самки/ самцы, экз. |
39/0 |
144/32 |
63/13 |
16/37 |
3/18 |
0/5 |
1/3 |
0/4 |
|
самки/ самцы |
1:0 |
1:0,22 |
1:0,21 |
0,43:1 |
0,17:1 |
0:1 |
0,33:1 |
0:1 |
|
Spicaramaena |
||||||||
|
самки/ самцы, экз. |
8:1 |
25:4 |
13:10 |
8:57 |
2:39 |
1:20 |
0:6 |
|
|
самки/ самцы |
1:0,12 |
1:0,16 |
1:0,77 |
0,14:1 |
0,05:1 |
0,05:1 |
0:1 |
|
Таблица 3.2. Размерно-массовые характеристики представителей рода Spicara в прибрежной зоне города Севастополя в 2016 - 2018 гг. (в числителе – спикара, в знаменателе – мэнола)
|
возраст, годы |
размер, см |
масса, г |
|||
|
самки |
самцы |
самки |
самцы |
||
|
1 |
8,1±0,22 8,46±0,12 |
9,7±0,62 10,48±0,42 |
|||
|
2 |
9,2±0,05 9,04±0,13 |
13,8±0,28 12,87±0,62 |
|||
|
3 |
10,1±0,17 10,35±0,12 |
12,7±0,31 12,77±0,82 |
18,7±1,03 19,15±0,72 |
38,6±2,85 39,56±7,35 |
|
|
4 |
11,4±0,36 11,2±1,02 |
13,23±0,17 13,6±0,07 |
29,5±3,03 29,57±8,18 |
43,2±1,95 46,38±2,67 |
|
|
5 |
14,04±0,29 13,98±0,26 |
53,04±3,74 50,97±1,69 |
|||
|
6 |
14,18±0,33 14,39±0,44 |
- |
55,8±4,14 39,56±7,35 |
||
В ходе изучения мы обнаружили, что величины ИП у спикары значительно превышают таковые у мэнолы всех возрастов (табл. 3.3). Сходная картина установлена по параметру ГСИ. По параметру упитанности различий не обнаружено. Интересно, что такие же отличия в величинах индекса печени у двух видов были установлены и ранее для рыб, отловленных в Средиземном море: ИП был выше у самок и самцов спикары, по сравнению с таковыми у мэнолы [3]. Возможно, в этом случае, а также по нашим данным это объясняется более широким пищевым спектром спикары, по сравнению с другими представителями рода [3].
Таблица 3.3. Морфофизиологические параметры представителей рода Spicara в прибрежной зоне города Севастополя в 2016-2018 гг.
|
Параметр |
возраст, годы |
спикара |
мэнола |
||
|
самки |
самцы |
самки |
самцы |
||
|
ИП, ‰ |
0+ |
10,89±0,95 |
7,69±1,76 |
||
|
1+ |
10,81±0,41 |
8,44±0,71 |
|||
|
2+ |
12,69±1,35 |
8,23±0,31 |
|||
|
3+ |
16,04±2,61 |
17,81±3,36 |
10,25±2,59 |
12,76±0,57 |
|
|
4+ |
13,09±1,16 |
11,75±2,45 |
|||
|
ГСИ, % |
0+ |
1,09±0,17 |
0,44±0,13 |
||
|
1+ |
0,92±0,04 |
0,98±0,08 |
|||
|
2+ |
1,11±0,14 |
0,68±0,11 |
|||
|
3+ |
1,01±0,16 |
0,46±0,13 |
0,71±0,05 |
0,16±0,009 |
|
|
4+ |
0,24±0,04 |
0,24±0,02 |
|||
|
Упит., % |
0+ |
1,55±0,09 |
1,58±0,03 |
||
|
1+ |
1,66±0,02 |
1,67±0,05 |
|||
|
2+ |
1,57±0,03 |
1,65±0,04 |
|||
|
3+ |
1,87±0,14 |
1,79±0,06 |
1,88±0,27 |
1,64±0,02 |
|
|
4+ |
1,78±0,09 |
1,76±0,08 |
|||
Примечание: жирным шрифтом указаны достоверные отличия параметров у рыб одного пола и возраста
Установлено, что различий по показателям число лучей в спинном и анальном плавниках, а также количестве позвонков нет (табл. 3.4).
Таблица 3.4. Меристические характеристики спикары и мэнолы в прибрежной зоне г.
Севастополя
|
вид показатель |
спикара |
мэнола |
|
количество лучей в спинном плавнике, n1 |
21,35 ± 0,09 |
22,3±0,08 |
|
количество лучей в анальном плавнике, n2 |
12,23 ± 0,06 |
12,44±0,1 |
|
количество позвонков, n3 |
23,32 ±0,09 |
23,05±0,09 |
В ходе работы мы обнаружили, что у самок мэнолы расстояние от рыла до начала брюшного плавника выше, чем у спикары (табл. 3.5), что можно объяснить тем что в начале жизненного цикла мэнола растет быстрее.
Отмечены несущественные отличия в длине спинного и анального плавников у самцов двух видов.
Интересно отметить, что у мэнолы высота тела значительно больше, чем у спикары, в то время как высота головы, наоборот, меньше.
При сопоставлении наших данных с имеющимися сведениями о пластических параметрах спикары из Балаклавы и Средиземного моря [5] снова оказалось, что диаметр глаз у спикары в современный период больше, а длина головы, межглазничное расстояние, высота тела у конца жаберной крышки и расстояние от вершины нижней челюсти до вертикали начала основания первого анального плавника выше у спикары из Балаклавы в 1972 году.
Таблица 3.5. Пластические характеристики спикары и мэнолы в прибрежной зоне г. Севастополя (в % от SL)
|
вид показатель |
спикара |
мэнола |
||
|
самки |
самцы |
самки |
самцы |
|
|
aB |
28,56±0,14 |
28,85±0,17 |
- |
28±0,16 |
|
аD |
30,47±0,32 |
30,16±0,23 |
30,83±0,63 |
29,1±0,24 |
|
аV |
33,09±0,19 |
33,60±0,20 |
38,91±3,07 |
33,9±0,53 |
|
аА |
59,99±0,37 |
60,55±0,25 |
58,64±0,68 |
60,56±0,29 |
|
Н |
19,72±0,36 |
19,47±0,49 |
24,66±0,63 |
27,18±0,64 |
|
h |
22,47±0,29 |
23,42±0,40 |
19,37±0,37 |
21,7±0,18 |
|
с |
26,97±0,13 |
26,70±0,12 |
27,09±0,45 |
26,63±0,13 |
|
0 |
10,89±0,30 |
9,87±0,13 |
10,39±0,26 |
9,39±0,1 |
|
f |
7,56±0,11 |
7,55±0,27 |
7,54±0,25 |
8,06±0,14 |
|
B |
22,51±0,31 |
23,38±0,55 |
22,83±0,82 |
24,22±0,35 |
|
D |
51,21±0,26 |
51,41±0,37 |
50,37±0,87 |
52,62±0,32 |
|
V |
21,49±0,32 |
21,65±0,53 |
21,52±0,56 |
22,76±0,22 |
|
А |
21,16±0,31 |
20,09±0,53 |
20,88±0,43 |
21,46±0,13 |
Основной задачей нашей работы было выявление отличий в биологических параметрах у спикары и мэнолы. Ранее аналогичная работа была проведена для указанных видов из Средиземного моря. Оказалось, что по нашим данным, и по данным [3] диаметр глаза меньше у спикары, а высота тела – наоборот.
Выводы
1. Не установлено существенных популяционных отличий между спикарой и мэнолой из прибрежной зоны г. Севастополя.
2. Анализ морфофизиологических параметров указанных видов показал, что только индекс печени выше у спикары.
3. При выявлении отличий по пластическим и меристическим характеристикам оказалось, что у мэнолы высота тела больше, чем у спикары, а высота головы, наоборот, меньше.
Список литературы
Болтачев А.Р., Карпова Е.П. Морские рыбы Крымского полуострова. – Симферополь: Бизнес-Информ, 2012. – 224 с.
Лакин Г.Ф. Биометрия. - М: Высш. школа, 1973. - 343 с.
Липская Н.Я., Салехова Л.П. Исследование питания и морфофизилогических индикаторов рыб рода Spicara // Экология моря. – 1980. – Вып. 2. - С. 66-81.
Правдин И.Ф. Руководство по изучению рыб / И.Ф. Правдин. – М.: Пищ. пром., 1966. – 376 с.
Салехова Л.П. Смаридовые рыбы морей средиземноморского бассейна. – К.: Наук. думка, 1979. – 172 с.
Световидов А.Н. Рыбы Черного моря. – Москва: «Наука», 1964. – 550 с.
Шварц С.С. Метод морфофизиологических индикаторов в экологии наземных позвоночных / С.С. Шварц, В.С. Смирнов, Л.Н. Добринский // Тр. Ин-та экологии растений и животных. − 1968. − Вып. 58. – 386 с.
BektasY., AksuI., KalayciG., IrmakE., EnginS., TuranD. Geneticdifferentiation of three Spicara (Pisces: Centracanthidae) species, S. maena, S. flexuosa and S. smaris: and intraspecific Substructure of S. flexuosa in Turkish coastal waters // Turkish Journal of Fisheries and Aquatic Sciences. – 2018. - 18: 301-311.
GESAMP. Opportunistic settlers and the problem of the ctenophore Mnemiopsis leidyi invasion in the Black Sea. - Rep. Stud GESAMP, 58. - 1997. - 84 p.
IMO. Alien invaders-putting a stop to the ballast water hitch-hikers // Focus on IMO. - London,1998. - 17p
11. Imsiridou A., Minos G., Gakopoulou A., Katsares V., Karidas T., Katselis G. Discrimination of two picarel species Spicara flexuosa and Spicara maena (Pisces: Centracanthidae) based on mitochondrial DNA sequences // Journal of Fish Biology (2011) 78, 373–377 doi:10.1111/j.1095-8649.2010.02858.x, available online at wileyonlinelibrary.com
12. Salman A., Kooijman M. Posidonia beds // Coastline. - 1999. - N2. - P. 20
13. Turan C. The systematic status of the Mediterranean Spicara species (Centracanthidae) inferred from mitochondrial 16S rDNA sequence and morphological data // J. Black Sea/Mediterranean Environment. – 2011. - Vol. 17(1): 14-31.
14. Zaitsev Yu., Mamaev V. Marine Biological Diversity in the Black Sea. A study of change and decline. - New York: VN Publ., 1997. - 208 p.