KEY ASPECTS OF THE USE OF FILTER-FEEDING BIVALVES IN AQUABIOTECHNOLOGIES
KEY ASPECTS OF THE USE OF FILTER-FEEDING BIVALVES IN AQUABIOTECHNOLOGIES
Abstract
The article examines the prospects for the use of bivalve molluscs in aquaculture, with a particular focus on their multifunctional use. Various aspects of their application are analysed, taking into account their maintenance and cultivation. Thanks to their unique natural filtration apparatus, bivalve molluscs play an important role in purifying water from harmful substances and pathogenic microorganisms, which has a positive effect on the condition of other aquatic organisms in the system. In aquaculture practice, molluscs are used as independent biological filters, a key component of complex filtration systems and effective bioindicators of the state of the aquatic environment. Their ability to respond quickly to changes in the chemical composition of water makes them a valuable tool for monitoring the level of pollution in water bodies. There are many industrial farms around the world that specialise in farming bivalve molluscs for food. These invertebrates are a valuable source of high-quality protein and an important component of a balanced human diet. In addition, they serve as a promising raw material for the production of feed meal, which is widely used in aquaculture. In addition, they serve as a promising raw material for the production of feed meal, which is widely used in aquaculture. The cultivation of bivalve molluscs in aquaculture conditions makes it possible to increase the supply of products on the market, reduce the anthropogenic load on natural populations, ensure stable product quality and optimise production processes. The sustainable use of bivalve molluscs is of particular importance, playing a key role in maintaining the ecological balance of aquatic ecosystems, ensuring food security, developing resource-saving technologies in aquaculture, and preserving biological diversity.
1. Введение
Двустворчатые моллюски являются активными фильтраторами. Основу их питания составляют фитопланктон, зоопланктон и детрит. Фильтруя воду, они помогают поддерживать баланс гидробионтов, формируя общую кормовую базу в естественных водоемах, а также снижают эвтрофикацию водоемов . Многие двустворчатые моллюски являются источником пищи для гидробионтов высших трофических уровней и оказывают влияние на состав питательных веществ в воде, потребляя органические соединения .
Наравне с другими беспозвоночными организмами двустворчатые моллюски могут служить биоиндикаторами и биофильтраторами , так как способны быстро реагировать на изменения в водной среде. Например, взрослый моллюск Anodonta anatina может отфильтровать до 45 литров воды в день . В процессе фильтрации снижается биомасса фитопланктона, что способствует повышению прозрачности воды .
Двустворчатые моллюски сильно реагируют на колебания химического состава воды, изменения концентрации растворенного кислорода и чувствительны к другим антропогенным и природным факторам , . Именно поэтому они хорошо подходят для оценки биоразнообразия различных водных систем . Широкое использование двустворчатых моллюсков в качестве индикаторов окружающей среды объясняется также их способностью накапливать различные соединения, включая тяжелые металлы .
Материалы и методы. Для написания обзора использовались опубликованные научные статьи по различным аспектам применения двустворчатых моллюсков в аквакультуре. Всего было проанализировано 33 отечественных и зарубежных источников. Для обзора отбирались наиболее информативные публикации. Для сбора материала использовались базы данных: eLibrary, CyberLeninka, ResearchGate, SpringerLink, Google Scholar, Academia.edu, MDPI и другие.
2. Основные результаты
На данный момент существует множество поисковых исследований, направленных на изучение возможности использования двустворчатых моллюсков в аквабиотехнологиях. Данные направления можно разделить на несколько групп.
Первое направление — использование моллюсков как биоиндикаторов среды, при котором изучаются особенности накопления различных элементов в тканях беспозвоночных и функционирование их организма в токсичных средах. Второе направление ориентировано на очистку вод с использованием фильтрационной способности двустворчатых моллюсков, что чаще всего применяется для очистки сточных вод и загрязненных водоемов. Третье направление — фермерское выращивание для пищевых и кормовых целей, а также для культивирования жемчуга. Это направление является достаточно масштабным и развито преимущественно в марикультуре.
Рисунок 1 - Основные направления использования моллюсков в аквабиотехнологиях
Зачастую пресноводные моллюски проявляют высокую чувствительность к изменениям гидрохимических показателей воды и реагируют на наличие загрязняющих веществ. Благодаря этой особенности их часто называют индикаторами водных сред, причем большинство из них также считаются надежными показателями сапробности .
Физиологические характеристики гидробионтов также служат важным индикатором состояния водной среды. В эксперименте, проведенном Рубцом К.И. (2012), изучались показатели состояния двустворчатых моллюсков при оценке загрязнения вод нефтепродуктами. Результаты продемонстрировали, что моллюсков-фильтраторов действительно можно использовать для определения степени загрязнения среды нефтепродуктами, поскольку эти вещества в воде существенно влияют на их двигательную активность. По данному параметру можно достоверно оценить уровень загрязнения. В ходе эксперимента было установлено, что фильтрационная способность моллюсков варьировала в зависимости от их видовой принадлежности и возраста. Наибольшей устойчивостью к воздействию нефтепродуктов среди изученных видов двустворчатых моллюсков обладала Dreissena polymorpha .
Другие исследователи в своих работах предлагают использовать различные виды моллюсков для мониторинга специфических загрязнений:
· Живородку — для определения степени загрязнения медью, цинком и свинцом.
· Прудовика — для выявления загрязнения кобальтом, хромом и никелем.
· Двустворчатых моллюсков — для оценки загрязнения марганцем.
Таким образом, разные виды моллюсков демонстрируют различную эффективность в процессах очистки при разных типах токсического воздействия.
Согласно данным Алехиной Г.П. и соавторов (2010), активность иммунной реакции у моллюсков находится в прямой зависимости от степени загрязненности исследуемого водоема. Полученные результаты могут быть применены для комплексной оценки физиологического состояния двустворчатых моллюсков, анализа их патологических изменений и изучения причин колебаний численности популяций .
Исследования П.Н. Линника (2010) выявили, что отдельные экологические группы двустворчатых моллюсков, обитающие в специфических экологических условиях, способны аккумулировать микроэлементы в концентрациях, превышающих их содержание в окружающей среде в 10 раз, что подтверждает их роль как эффективных биофильтров .
Опыты, проведенные Нгуеном Т.Н. и Волковой И.В. (2021), показали неравномерное распределение ртути в различных тканях моллюсков. Максимальной аккумулирующей способностью отличались ткани и органы Austriella corrugate, тогда как в мышечной ткани (ноге) моллюска наблюдалась наименьшая концентрация этого тяжелого металла .
Моллюски находят широкое применение в процессах очистки вод, представляя собой эффективный биологический метод фильтрации. Для оптимизации процессов биоремедиации с использованием водных организмов разрабатываются различные конструктивно-технологические решения. В частности, К.Д. Шашиным и коллегами (2022) был предложен инновационный способ применения моллюсков в качестве биофильтров для небольших водоемов . В данной установке реализована способность двустворчатых моллюсков осаждать и накапливать сестон, а также фильтровать планктонные организмы. В процессе фильтрации образуется крупнофракционная взвесь, которая осаждается на дно установки, не загрязняя при этом естественный водоем .
Особый интерес представляет создание условий для интегрированного выращивания различных объектов аквакультуры, включая рыб, моллюсков и растения, в установках замкнутого водоснабжения. В таких системах отработанная вода из рыбоводных емкостей последовательно проходит несколько стадий обработки: сначала направляется в отстойник для осаждения крупных частиц, затем поступает в аквапонную систему для выращивания растений, и наконец — в емкости с моллюсками-фильтраторами. Подобная организация технологического процесса позволяет существенно увеличить продуктивность выращивания на единицу площади, поскольку дает возможность получать дополнительную продукцию за счет утилизации рыбных отходов .
Исследования Федоровой Л.П. и соавторов (2023) продемонстрировали исключительную фильтрационную активность Dreissena polymorpha. Согласно полученным данным, суточный объем фильтрации на единицу площади варьировал в разные годы от 73,5 до 296,9 литров. В пересчете на площадь мелководной зоны водохранилища (глубина 3–4 метра) это составляло от 2,5 до 10,1 миллионов кубических метров воды в сутки. За вегетационный период (май–октябрь) моллюски в разные годы профильтровывали от 367,2 миллионов до 1,48 миллиарда кубических метров воды, что эквивалентно 0,3–1,3 объемам всего водохранилища. Эти результаты свидетельствуют о значительном потенциале данного вида в процессах самоочищения водоемов от взвешенных органических веществ и других загрязнений при условии его массового развития .
На фильтрационную активность двустворчатых моллюсков существенное влияние оказывают различные факторы окружающей среды. Как показывают исследования , важнейшим из них является уровень pH воды. При достижении pH 8 скорость фильтрации у устриц заметно снижается, продолжая уменьшаться при дальнейшем повышении этого показателя. Однако и пониженные значения pH (ниже 6) оказывают негативное воздействие на физиологический метаболизм моллюсков. При таких условиях съедобные устрицы и мидии демонстрируют угнетенное состояние, близкое к параличу, что в конечном итоге приводит к замедлению роста раковин, снижению темпов накопления биомассы и повышению смертности. Оптимальный температурный режим для роста большинства моллюсков составляет около 10°C, что ограничивает период их активного развития примерно семью месяцами в году .
В исследовании Сокольского А.Ф. и коллег (2017) проводилось сравнение эффективности различных методов очистки сточных вод, включая аэротенки, высшую водную растительность и моллюсков-фильтраторов. Результаты показали, что наибольшей эффективностью обладают системы с моллюсками и аэротенками. Авторы подчеркивают необходимость более пристального внимания к биологическим методам очистки воды, особенно учитывая, что взрослая особь моллюска способна отфильтровывать от 2 до 5 литров воды в час, одновременно удаляя органические вещества, бактерии и другие загрязнения . Особенно впечатляющие показатели демонстрирует вид Mya arenaria, который за вегетационный сезон может профильтровать около 380 кубических метров воды в лагунах, одновременно удаляя 558,9 граммов взвешенных органических веществ .
Перспективным направлением развития аквакультуры является интенсификация технологий выращивания моллюсков для пищевых нужд и разработка новых методов их культивирования. Моллюсководство играет важную роль в обеспечении продовольственной безопасности. Например, в Краснодарском крае за девять месяцев 2023 года производство моллюсков увеличилось на 18,5%, достигнув 336,5 тонн мидий и устриц , .
В ближайшие годы прогнозируется устойчивый рост спроса на водные биоресурсы, особенно на морепродукты, что связано с продолжающимся увеличением численности населения планеты . Согласно данным Продовольственной и сельскохозяйственной организации ООН (ФАО, 2016), моллюски занимают одно из ведущих мест среди источников животного белка в мировом масштабе. Исследования Grienke и соавторов (2020) свидетельствуют, что ежегодный глобальный вылов двустворчатых моллюсков превышает 18 миллионов тонн, при этом около 70% от общего объема направляется на пищевые цели. Такая востребованность обусловлена их исключительной пищевой ценностью и уникальным биохимическим составом .
Пищевая ценность моллюсков характеризуется:
· Высоким содержанием легкоусвояемых белков с полным набором незаменимых аминокислот.
· Наличием биоактивных пептидов с функциональными свойствами.
· Значительным количеством длинноцепочечных полиненасыщенных жирных кислот (особенно омега-3).
· Присутствием астаксантина и других каротиноидов.
· Богатым витаминно-минеральным составом (витамин B12, медь, цинк, селен, йод и др.) .
Отдельные виды моллюсков, в частности морские мидии, представляют особый интерес как источники ценных биоактивных соединений, имеющих перспективы применения в различных отраслях промышленности .
Современные технологии переработки двустворчатых моллюсков непрерывно совершенствуются. Oliveira и коллеги (2022) разработали инновационные методы щадящей термической обработки, позволяющие сохранить до 95% биологически активных компонентов сырья . Особого внимания заслуживают исследования по ферментативному гидролизу моллюсковых белков. Работы Chen и соавторов (2023) продемонстрировали возможность получения таким способом биологически активных пептидов с выраженными антиоксидантными и антигипертензивными свойствами .
Однако моллюски являются одним из распространенных пищевых аллергенов, а некоторые виды могут содержать загрязняющие вещества и тяжелые металлы. Для предотвращения пищевых отравлений следует предоставлять информацию об условиях выращивания видов и регулярно проверять их на наличие токсинов (отравление тяжелыми металлами и аллергические реакции) .
Важно задуматься о промышленном потенциале отрасли разведения моллюсков, существуют множество способов культивирования двустворчатых моллюсков, это такие технические решения как: выращивание в плавучих установках , на коллекторах подвешенных на канате , в замкнутой системе в контейнерах и другие. Все они в большей мере обеспечивают интенсификацию процесса культивирования и способствуют получению продукции аквакультуры. Поэтому перед исследователями стоит важная задача, начать более эффективно использовать данные организмы с пользой.
3. Заключение
Таким образом, двустворчатые моллюски могут использоваться как биоиндикаторы водной среды для оценки экологического состояния водоема. Применяться как часть фильтрационной установки или быть полноценным биофильтром в естественном водоеме или в промышленных установках. И также использоваться в продовольственных целях, аквакультура моллюсков успешно развивается в области пищевой промышленности. Двустворчатые моллюски — перспективный организм для научных и производственных исследований.