Другой существенный поток длинноцепочечных омега-3 ПНЖК из водных экосистем на сушу осуществляется за счёт вылета амфибионтных насекомых (рис. 12Б). Амфи- бионтными называются те летающие насекомые, личинки и куколки которых растут и развиваются в воде: стрекозы, мошки, ручейники, кровососущие комары, комары-звонцы и др. Водные личинки питаются водорослями и другими мелкими организмами, запасают ПНЖК, окукливаются, и когда из куколки вылетает взрослое насекомое (имаго), оно несёт в своём теле на сушу эти продукты синтеза микроводорослей (рис. 12Б). Глобальный вынос ЭПК+ДГК из воды на сушу амфибионт- ными насекомыми составляет приблизительно 240 тыс. т в год (Gladyshev et al., 2009a). Таким образом, не вдаваясь в детали, которые ещё долго предстоит уточнять, мы уже можем в общем виде ответить на первый вопрос.
Что же касается второго вопроса о потерях ПНЖК в пищевой цепи (трофической пирамиде, рис. 10), то ответ на него также удалось получить несколько лет назад (Gladyshev et al., 2011b). В небольшом водохранилище параллельно определялась эффективность переноса по трофической цепи общего органического углерода, ЭПК и ДГК, а также других полиненасыщенных жирных кислот с 16 атомами углерода, которые не используются животными для построения клеточных мембран. Эффективность переноса углерода оказалась близка к классической величине и составила чуть более 6 %. 16-атомные ПНЖК служили прекрасным «топливом» для клеток и «сжигались» в митохондриях почти на 95 %, т.е. они переносились между трофическими уровнями с эффективностью 5 %. А вот эффективность переноса омега-3 ПНЖК составила около 13 %, т.е. была в два раза выше, чем эффективность переноса всех суммарных органических веществ (углерода). Таким образом, было доказано, что омега-3 ПНЖК, производимые микроводорослями, не «сжигаются», а накапливаются в биомассе организмов верхних трофических уровней (Gladyshev et al., 2011b). Поэтому в съедаемой нами рыбе содержание ЭПК+ДГК существенно выше, чем в биомассе водорослей, которые изначально синтезируют эти кислоты.
Следует отметить, что высокая эффективность переноса длинноцепочечных омега-3 ПНЖК в пищевой цепи и их накопление в биомассе верхних трофических звеньев экосистемы имеют некий аналог и на организ- менном уровне. Напомним, что мозг человека и других животных избирательно поглощает ДГК из крови и эта жирная кислота накапливается и сохраняется в его клетках (Bazan, . Эффективность переноса ДГК плацентой человека к плоду существенно выше, чем эффективности переноса других жирных кислот (Lauritzen et al., 2001). ДГК накапливается и в икре рыб за счёт снижения её содержания в мышечной ткани (Sushchik et al., 2007).
Ответ на третий вопрос представляет большую сложность, поскольку в различных климатических поясах и ландшафтах функционируют различные водные и наземные экосистемы и в идеале для каждого ландшафта должно быть определено соотношение продукции ПНЖК и потребности в них. Однако приблизительные расчёты можно сделать, опираясь на средние для биосферы величины. Для таких приблизительных расчётов было использовано среднее для нашей планеты значение потока ПНЖК из континентальных водоёмов на сушу, а в качестве «подопытных» животных были взяты всеядные грызуны, биомасса которых в наземных экосистемах в десятки раз превышает биомассу крупных хищников (Gladyshev et al., 2009a). Выяснилось, что в среднем поток ЭПК+ДГК на единицу площади наземных экосистем составляет от 2,5 до 11,8 кг на 1км2 в год, а потребности всеядных грызунов оцениваются в кг на 1км2 в год. Таким образом, в среднем продукции длинноцепочечных омега-3 ПНЖК хватает, чтобы обеспечить потребности даже самых активных и многочисленных наземных животных, но всё же крайнее значение этой продукции может быть и ниже «прожиточного минимума», тем более что обычно в экосистемах потребляется не вся продукция, а лишь непосредственно доступная консументам.
Согласно расчётам (Gladyshev et al., 2009a), опирающимся на мировые данные о величинах уловов рыбы и беспозвоночных и на средние значения содержания в их биомассе длинноцепочечных ПНЖК, человек ежегодно вылавливает из водных экосистем 180 тыс. т ЭПК+ДГК (рис. 12Г). Это почти в раза меньше, чем птицы (рис. 12А), но в 90 раз больше, чем медведи (рис. 12В).
По данным ООН, каждый человек на планете потребляет в среднем 16 кг рыбы и морепродуктов в год, включая аквакультуру. Среднее содержание ЭПК+ДГК в биомассе рыб и беспозвоночных составляет 2 мг на 1 г (Gladyshev et al., 2009a). Отсюда легко подсчитать, что ежесуточное среднее потребление ЭПК+ДГК человеком составляет около 0,1 г. Напомним, что в соответствии с современными рекомендациями международных и национальных медицинских организаций для предотвращения сердечно-сосудистых заболеваний требуется ежесуточное потребление около 1 г ЭПК+ДГК. Отсюда следует неутешительный и тревожный вывод: человечество испытывает большой дефицит физиологически важных длинноцепочечных омега-3 ПНЖК, который способствует чрезвычайно высокой смертности от болезней органов кровообращения. Особенно остро данная проблема стоит в России.
Как сохранить и приумножить продукцию необходимых для человека ПНЖК в водных экосистемах
Итак, согласно медицинским предписаниям для предотвращения сердечно-сосудистых заболеваний, являющихся главной причиной смертности населения во многих странах, необходимо в несколько раз увеличить потребление ПНЖК. Однако, по мнению экспертов (Pauly et al., 2002), вылов рыбы человеком в глобальном масштабе достиг своего максимального предела - 100 млн т в год - и не может быть существенно увеличен.
Если вылов рыбы увеличить нельзя, то напрашивается, казалось бы, очевидное решение: необходимо наращивать искусственное воспроизводство рыб и водных беспозвоночных - аквакультуру. Действительно, во многих странах мира продукция аквакультуры увеличивается быстрыми темпами и, по некоторым оценкам, уже составляет почти половину от мировых уловов: около 50 млн т (Алимов и др., 2008).
При всей важности и необходимости подъёма продукции аквакультуры имеются два потенциальных ограничения её чрезмерного роста. Первое ограничение связано с негативным воздействием аквакультуры на природные водные экосистемы. Понятно, что для аквакультуры используются участки морей, озёр и рек, в которых также нагуливается и добывается «дикая» рыба, всё ещё составляющая основу нашего рациона. Аквакультура создаёт мощное органическое и биологическое загрязнение водоёмов, последствия которого для природных экосистем ещё до конца не выявлены. Хотя существует прудовое рыбоводство, не наносящее ущерба естественным водоёмам. Во-вторых, рыбе, как и большинству других животных, для роста и развития необходимы длинноцепочечные ПНЖК, в первую очередь ДГК, при недостатке которых не развивается мозг, глаза, малёк становится неспособным к питанию и т.д. Поэтому важнейшее условие для высокопродуктивной аквакультуры - это наличие кормов, богатых ПНЖК. Эти корма производятся из беспозвоночных и рыб, добываемых из природных экосистем. Например, аквакультура сёмги в Норвегии потребляет больше биомассы рыб, чем производит (Pauly et al., 2002). Получается своеобразный замкнутый круг: чем больше мы хотим произвести рыбы, богатой ПНЖК, в аквакультуре, тем больше мы должны выловить богатой ПНЖК рыбы и беспозвоночных из природных экосистем. В настоящее время предпринимаются шаги для искусственного производства ЭПК и ДГК вне природных водоёмов: в промышленной культуре микроводорослей, а также путём выращивания генетически модифицированных высших растений, в которых клонированы гены синтеза длинноцепочечных омега-3 ПНЖК из некоторых микроорганизмов (водорослей и бактерий) (Robert, 2006; Damude, Kinney, 2007). Однако экономические перспективы этих мероприятий пока не ясны. Уже сейчас полноценный сбалансированный корм - один из самых затратных компонентов аквакультуры. Стоимость рыбы, выращиваемой на искусственно произведённых кормах, может оказаться не по карману массовому потребителю.
Очевидно, что даже при самом успешном развитии аквакультуры природные экосистемы останутся одним из основных источников рыбопродукции для человека. Оценкой продукционного потенциала природных водоёмов и созданием научных предпосылок для его рациональной эксплуатации занимается современная экологическая наука о водных экосистемах - гидробиология. Сам термин «продукционная гидробиология» и научные основы для количественной оценки биологической продукции водных экосистем были созданы в СССР под руководством выдающегося учёного, члена-корреспондента АН СССР Г.Г. Винберга. В настоящее время научную школу продукционной гидробиологии в России возглавляет академик РАН А.Ф. Алимов. Теория продукционной гидробиологии позволяет рассчитать величины первичной продукции, производимой микроводорослями, на этой основе вычислить продукцию водных беспозвоночных - зоопланктона и зообентоса, являющихся кормом для рыб, и затем определить рыбную продукцию, которая может быть изъята из конкретной водной экосистемы без ущерба для популяций рыб и их дальнейшего успешного воспроизводства (Алимов, 1989).
При всей важности количественных оценок возможного вылова рыбы, производимых современной продукционной гидробиологией, в современных условиях важнейшее значение приобретают знания о биохимическом качестве добываемой рыбной продукции, а именно о содержании в ней длинноцепочечных омега-3 ПНЖК. Как уже говорилось, далеко не все микроводоросли способны синтезировать ЭПК и ДГК. Таким образом, в различных водных экосистемах по трофическим цепям будет передаваться на верхние уровни - к рыбе - разное количество ЭПК и ДГК. То есть в разных водных экосистемах водится рыба разного биохимического качества. Очевидно, что представления о ценной - «красной» - рыбе и малоценных породах зародились за много веков до изобретения хроматомасс-спектрометров (рис. 8) и открытия омега-3 ПНЖК (рис. 7). Однако эти представления о ценности тех или иных видов рыб удивительным образом совпали с содержанием в них ЭПК и ДГК. О пищевой ценности конкретных рыб речь пойдёт ниже, а пока лишь заметим, что содержание ЭПК+ДГК в их мясе может различаться более чем в 40 раз (табл. 2). Очевидно, что если в аквакультуре или в уловах один вид рыбы заменится на другой, то при одной и той же биомассе количество добываемых ПНЖК может также измениться в несколько раз. Следовательно, количественную оценку потенциальной рыбной продукции, которую можно извлечь из того или иного озера, моря или реки, нужно дополнить данными о качественной составляющей этой продукции, а именно о содержании в ней длинноцепочечных омега-3 ПНЖК, играющих ключевую роль в предотвращении сердечно-сосудистых заболеваний.