Китовые фекалии , экскременты китов , играют жизненно важную роль в экологии океанов , [ 2] благодаря чему киты получили прозвище «инженеров морской экосистемы». Эта важная экологическая роль обусловлена наличием в китовых фекалиях питательных веществ и соединений, которые оказывают далеко идущие последствия на морскую жизнь.
Хелат азота и железа, выделяемый видами китообразных, обеспечивает значительную пользу для морской пищевой цепи и способствует долгосрочному связыванию углерода . Кроме того, фекалии китов содержат массу информации о здоровье, естественной истории и экологии отдельных животных или групп. Этот источник информации включает ДНК , гормоны , токсины и различные другие химические вещества. Изучение фекалий китов дает ценную информацию о жизни этих морских существ, помогая ученым понять их поведение, рацион питания и общее благополучие. Кроме того, питательные вещества, выделяемые через фекалии китов, играют жизненно важную роль в морских экосистемах , поддерживая рост фитопланктона , улучшая пищевую цепь и способствуя общему здоровью океанов.
Помимо фекалий, пищеварительная система кашалотов вырабатывает амбру — твёрдое, воскообразное, горючее вещество тускло-серого или черноватого цвета, которое можно найти плавающим в море или выброшенным на берег. [3]
Киты выделяют струи жидких фекалий, которые по своей природе являются хлопьевидными и состоят из рыхлых скоплений частиц. [2] [4] Эти фекалии, которые часто можно обнаружить плавающими на поверхности моря после выделения под водой до их распада, содержат непереваренные твердые предметы, такие как клювы кальмаров . [2] [5] Образцы фекалий характеризуются цветом, запахом, текстурой и плавучестью, что дает ценную информацию о здоровье и экологии китов. [6] У китов зафиксировано метеоризм. [5]
Киты переносят больше азота через свои фекалии в заливе Мэн, чем все реки этой системы вместе взятые.
— Бриана Абрамс [7]
Одна из важнейших ролей китовых фекалий заключается в круговороте питательных веществ , в частности, в циркуляции азота в океане. Киты переносят больше азота через свои фекалии в некоторых регионах, чем все реки вместе взятые, обогащая как первичную, так и вторичную продуктивность. Кроме того, богатые железом фекалии китов, питающихся крилем, стимулируют рост фитопланктона , принося пользу морской пищевой цепи и удерживая углекислый газ в течение длительных периодов. Южный океан , богатый питательными веществами, но с дефицитом железа, испытывает повышенное цветение фитопланктона из-за китовых фекалий, действующих как значительный поглотитель углерода .
Феномен испражнения китов вблизи поверхности воды меняет типичный поток питательных веществ в биологическом насосе океана , способствуя «китовому насосу». Киты питаются на более глубоких уровнях, где находится криль, и их фекалии, богатые железом, поднимаются на поверхность. Это действие повышает продуктивность фитопланктона и поддерживает популяции рыб. Киты, вместе с крилем, образуют положительную обратную связь , где их популяции способствуют переработке железа, еще больше стимулируя рост фитопланктона.
Исследование в заливе Мэн экстраполировало современные уровни рециркуляции азота в море из-за морских млекопитающих , таких как китообразные и тюлени , до появления коммерческого отлова, оценив прежний уровень в три раза выше, чем поставка азота, фиксированного из атмосферы . Даже сегодня, несмотря на сокращение популяций морских млекопитающих и увеличение поглощения азота из атмосферы и азотного загрязнения, локальное скопление морских млекопитающих играет значительную роль в поддержании продуктивности в регионах, которые они часто посещают. [1] Обогащение происходит не только в первичной продуктивности, но и во вторичной продуктивности в форме обилия популяций рыб. [2]
Исследование предполагает, что киты, как правило, испражняются чаще в верхней части водной толщи, которую они часто посещают для дыхания; кроме того, фекалии имеют тенденцию плавать. Киты питаются на более глубоких уровнях океана, где водится криль. [1] Таким образом, фекальное действие китов меняет обычный поток питательных веществ «биологического насоса» океана из-за нисходящего потока « морского снега » и другого детрита с поверхности на дно. Это явление было названо «китовым насосом». [2]
Исследование залива Мэн также показало, что взгляд на китов и других морских млекопитающих как на конкурентов в рыболовстве, поддерживаемый некоторыми странами, неверен, поскольку киты играют жизненно важную роль в поддержании продуктивности фитопланктона и, следовательно, рыбы. Выбраковка популяций морских млекопитающих угрожает снабжению питательными веществами и продуктивности рыболовных угодий. [2]
Кроме того, фекалии китов, питающихся крилем, богаты железом. [5] Выделение железа из фекалий китов стимулирует рост фитопланктона в море, [5] что не только приносит пользу морской пищевой цепи , но и удерживает углерод в течение длительных периодов времени. [5] Когда фитопланктон, который не потребляется в течение своей жизни, погибает, он спускается через эвфотическую зону и оседает в глубинах моря. Фитопланктон удерживает в океане около 2 миллиардов тонн углекислого газа каждый год, в результате чего океан становится поглотителем углекислого газа, который удерживает около 90% всего поглощенного углерода. [8] Южный океан является одним из крупнейших ареалов фитопланктона и характеризуется тем, что он богат питательными веществами с точки зрения фосфата, нитрата и силиката, но в то же время испытывает дефицит железа. [9] Увеличение содержания питательного железа приводит к цветению фитопланктона. Китовые фекалии содержат до 10 миллионов раз больше железа, чем окружающая морская вода, и играют жизненно важную роль в обеспечении железом, необходимым для поддержания биомассы фитопланктона на Земле. [9] Железные фекалии всего лишь 12 000 особей популяции кашалотов в Южном океане приводят к секвестрации 200 000 тонн атмосферного углерода в год. [9]
Исследование Южного океана показало, что киты не только перерабатывали концентрации железа, жизненно важные для фитопланктона, но и формировали, наряду с крилем, основной источник секвестрированного железа в океане, до 24% железа, содержащегося в поверхностных водах Южного океана. Киты были частью положительной обратной связи, и если популяциям китов позволят восстановиться в Южном океане, это приведет к большей продуктивности фитопланктона, поскольку большее количество железа будет перерабатываться через систему. [10]
Соответственно, китов называют «инженерами морской экосистемы». [11]
Исследование, проведенное на архипелаге Фернанду-ди-Норонья в юго-западной части Атлантического океана , показало, что фекалии и рвота дельфинов-спиннеров ( Stenella longirostris ) входили в рацион двенадцати видов рифовых рыб из семи различных семейств. Самым плодовитым потребителем был черный спинорог или черный дургон ( Melichthys niger ), который мог даже различать позы, которые дельфины принимали перед испражнением, и располагался для эффективного питания. Все эти виды рыб, питающихся отбросами, зарегистрированы как планктоноядные, и считается, что этот тип питания может представлять собой изменение его обычного рациона, т. е. дрейфующего планктона. [12]
Киты, наряду с другими крупными животными, играют важную роль в транспортировке питательных веществ в глобальных экологических циклах. Сокращение популяции китов и других крупных животных серьезно повлияло на эффективность насосных механизмов, которые транспортируют питательные вещества из глубин моря на континентальные шельфы. [13]
Фекалии китов содержат ДНК, гормоны, токсины и другие химикаты, которые могут дать информацию о ряде аспектов здоровья, естественной истории и экологии рассматриваемого животного. Фекалии также предоставили информацию о бактериях, присутствующих в желудочно-кишечном тракте китов и дельфинов.
Исследование 2016 года использовало анализ фекалий диких косаток, которые проводили летний сезон в море Салиш , для количественной оценки видов добычи. Анализ согласуется с более ранними оценками, основанными на остатках добычи на поверхности. Исследование показало, что лососевые составляют более 98,6% идентифицированных генетических последовательностей, причем виды чавычи и кижуча являются наиболее важными видами добычи. [14]
Исследование, опубликованное в 2012 году, о влиянии чрезмерного вылова рыбы и морского судоходства на дикую популяцию южных резидентных косаток западного побережья Северной Америки, было основано на химическом анализе фекальных образцов косаток. Целью исследования было выяснить причины снижения численности косаток, для чего были выдвинуты три гипотезы: беспокойство со стороны лодок и кораблей, нехватка пищи и длительное воздействие токсинов, которые накапливаются в китовом жире, а именно ДДТ, ПБДТ и ПХБ. [15]
Образцы фекалий косаток были обнаружены с помощью обученной собаки-следопыта, черного лабрадора-ретривера по кличке «Такер» из фирмы Conservation Canines . Собака могла обнаружить свежие фекалии косаток, следуя на лодке на расстоянии от 200 до 400 метров (от 660 до 1310 футов) за стаей косаток. Собранные образцы фекалий были проверены на наличие и количество ДНК , а также на стресс, питание и репродуктивные гормоны , а также токсины, такие как конгенеры ПБДЭ , ПХБ и ДДТ . [16]
Образцы фекалий анализировались с течением времени и соотносились с плотностью лодок с течением времени и количеством чавычи реки Фрейзер, основного компонента рациона косаток в этих регионах. Плотность лодок и численность лосося с течением времени оценивались независимо. [16] Уровень глюкокортикоидов у косаток повышается, когда животное сталкивается с психологическим напряжением или голодом. Исследование показало, что добыча максимальна в августе, когда лодок больше всего. И наоборот, доступность лосося была минимальной поздней осенью, когда уровень морского судоходства также был наименьшим. Уровень глюкокортикоидов был самым высоким осенью, когда наблюдался дефицит добычи, и максимальным в августе, на пике доступности пищи. [16]
Аналогичным образом, гормоны щитовидной железы связаны с пищевым стрессом, позволяя животным снижать скорость метаболизма, чтобы лучше сохранять уменьшающееся питание. Южные резидентные косатки прибывают в район исследования весной после того, как питались лососем с раннего весеннего нереста в других реках, когда уровень их гормонов щитовидной железы самый высокий. Уровень гормонов снижается по мере прибытия животных в район исследования, стабилизируется во время доступности рыбы и снижается еще больше в период дефицита питания. [16] Анализ токсинов продолжался на момент публикации исследования. До сих пор было обнаружено, что присутствие конгенеров трех токсинов в фекалиях китов пропорционально уровням этих химических веществ, измеренных в образцах мяса косатки во время биопсии. Результаты показывают, что восстановление численности и качества доступной добычи является важной первой мерой для восстановления популяции косатки в районе исследования. [16]
Анализ фекалий двух видов дельфинов и одного вида китов привел к открытию нового вида Helicobacter , а именно Helicobacter cetorum , бактерии, связанной с клиническими симптомами и гастритом у китообразных. [17]