В последние годы проявления глобальных климатических изменений становятся заметнее. Общие последствия трансформации параметров окружающей среды для пресноводных экосистем, вероятно, приведут к повышению солености воды и снижению уровня растворенного кислорода. Кроме этого, существует вероятность того, что вследствие инверсии магнитных полюсов Земли может произойти снижение напряженности геомагнитного поля. Изменения солености, количества растворенного кислорода в водоемах и магнитных условий как по отдельности, так и совместно могут существенно сказаться на жизнедеятельности и размножении гидробионтов.

Одним из удобных гидробиологических объектов для исследования влияния указанных факторов является рачок Daphnia magna Straus. В научной литературе имеются сведения о влиянии солености, количества растворенного в воде кислорода и магнитных полей по отдельности на этих ракообразных. Однако, нам не удалось найти публикаций о совместном влиянии гипомагнитных условий и факторов, сопровождающих глобальные климатические изменения, на животных.

Нами были проведены эксперименты с целью изучения совместного и раздельного влияния увеличения солености водной среды и гипомагнитных условий, а также снижения содержание кислорода в воде и гипомагнитных условий на морфометрические и продукционные показатели D. magna.

В опытах использовали воду с соленостью 0.5, 1.5 и 3 г/л, что соответствует солености, встречающейся в настоящее время в водоемах Ярославской области (0,5 г/л), и вероятному увеличению этого показателя в связи с климатическими изменениями (1,5 г/л и 3 г/л). Для второй серии экспериментов использовали воду с содержанием кислорода 2, 5 и 8 мг/л. Последнее значение соответствует уровню содержания кислорода в водоемах Ярославской области, первое и второе моделируют вероятное уменьшение этого показателя в связи с климатическими изменениями. Снижение растворенного кислорода в воде до 2 мг/л и 5 мг/л достигали путем барботирования воды жидким азотом. В опытах использовали немодифицированное геомагнитное поле (51.7 мкТл) и гипомагнитные условия (0±200 нТл), моделирующие изменения в процессе инверсии магнитных полюсов Земли.

Из синхронизированной культуры D. magna случайным образом отбирали новорожденных особей не старше 24 часов. Рачков помещали в емкости с водой разной солености или различным содержанием кислорода по одной особи в каждую емкость. Часть дафний размещали в центре системы колец Гельмгольца, где генерировались гипомагнитные условия. Другая часть оставалась в геомагнитном поле.

Гипомагнитные условия и различная соленость. Были получены эффекты увеличения размеров молоди и количества особей в первом выводке у содержавшихся в гипомагнитных условиях дафний в сравнении с самками, экспонированными в контрольных условиях. Фактор солености также оказывал влияние на размеры и количество молоди, производимой в первом выводке, что выражалось в увеличении этих показателей при содержании рачков в воде соленостью 3 г/л. Взаимодействие факторов не оказывало влияния на размеры и количество молоди в первом выводке. Эти результаты согласуются с литературными данными.

Сроки появления первого выводка зависели от солености водной среды. В меньшей степени на этот показатель влияли магнитные условия и взаимодействие факторов. Дисперсионный анализ показал значимое влияние магнитных условий на период между выводками, что было связано с увеличением этого показателя у дафний в геомагнитном поле в сравнении с рачками, содержавшимися в гипомагнитных условиях.

Несмотря на улучшение продукционных показателей в первом выводке в гипомагнитных условиях, динамика изменения количества производимого потомства в последующих выводках указывает на негативное влияние гипомагнитного поля . Начиная с 4-го выводка дафнии, содержавшиеся в геомагнитном поле при любой солености, производили больше молоди по сравнению с рачками, находившимися в гипомагнитных условиях. Было зарегистрировано снижение размерных показателей рачков-производителей в гипомагнитных условиях. Наиболее сильный эффект наблюдался при солености 3 г/л.

В случае с длиной хвостовой иглы наблюдали тренд к увеличению этого показателя с ростом концентрации соли в воде и незначительное увеличение длины хвостовой иглы в гипомагнитных условиях. В литературе нам не удалось найти сведений о влиянии солёности на этот морфологический признак.

Гипомагнитные условия и гипоксия. Можно выделить группу эффектов, вызванных изменением содержания кислорода в воде, к которым относится снижение количества потомства, производимого в 3-6 выводках, снижение размерных показателей взрослых особей и увеличение длины хвостовой иглы у дафний, содержащихся в условиях гипоксии.

Размеры производимой молоди увеличивались в гипомагнитном поле. При этом, длина тела рачков-производителей в гипомагнитных условиях была значимо ниже, чем в геомагнитном поле, а длина хвостовой иглы наоборот была больше при отсутствии геомагнитного поля. Кроме того, мы наблюдали увеличение длины хвостовой иглы у D. magna в воде с низким содержанием кислорода.

Содержание кислорода и гипомагнитные условия оказывали заметное воздействие на продукционные и морфометрические показатели D. magna. Фактор солености, который существенно меняется в пределах ареала этого вида, оказывал меньшее влияние в сравнении со снижением индукции геомагнитного поля. Палеомагнитные данные указывают на то, что геомагнитное поле не испытывало инверсий и резкого ослабления в течение последних 42 000 лет. Вполне закономерно, что изменения столь стабильного фактора были менее ожидаемы организмом и, следовательно, приводили к более заметным эффектам в наших экспериментах. Полученные результаты указывают на то, что смоделированные в данном эксперименте изменения в окружающей среде, которые могут возникнуть вследствие глобальных климатических и геофизических процессов, существенно влияют на пресноводных ракообразных D. magna.

Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 22-24-20053, https://rscf.ru/project/22-24-20053/

In recent years, manifestations of global climate change have become more noticeable. The consequences of environmental transformation for freshwater ecosystems probably will lead to an increase in water salinity and a decrease in dissolved oxygen levels. In addition, there is a possibility that a reduction of the geomagnetic field intensity may occur due to the inversion of the Earth's magnetic poles. Changes in salinity, the amount of dissolved oxygen in water reservoirs, and magnetic conditions may significantly affect the life and reproduction of aquatic organisms.

The crustacean Daphnia magna Straus is one of the convenient objects for studying the effects of these factors. In the scientific literature, there is information on the influence of salinity, the amount of oxygen dissolved in water, and magnetic fields but not its combinations on these crustaceans. However, we did not find publications on the combined effect of hypomagnetic conditions and factors accompanying global climate changes on animals.

We carried out experiments to study the combined and separate effects of an increase in the salinity of the aquatic environment and hypomagnetic field, as well as the effects of a decrease in the dissolved oxygen content and hypomagnetic field on the morphometric and production parameters of D. magna.

In the experiments, we used water with a salinity of 0.5, 1.5, and 3 g/l, which corresponds to the currently found salinity in the water reservoirs of the Yaroslavl region and the probable increase in this parameter due to climatic changes. Waters with an oxygen level of 2, 5, and 8 mg/l were used for the second series of experiments. The last value corresponds to the oxygen level in the water reservoirs of the Yaroslavl region; the first and second simulate a probable decrease of this parameter due to climate changes. The reduction of dissolved oxygen level was achieved by bubbling water with liquid nitrogen. We used an unmodified geomagnetic field (51.7 μT) and hypomagnetic conditions (0 ± 200 nT), which simulates changes in the process of reversal of the Earth's magnetic poles in our experiments.

Newborns no older than 24 hours were randomly selected from the synchronized culture of D. magna. The crustaceans were placed in containers filled with water of different salinity or oxygen level, one individual in each container. A part of the containers was placed in the center of Helmholtz coils that generated a hypomagnetic field. Another part remained in the geomagnetic field.

Hypomagnetic field and different salinity. The effects of an increase in the size of juveniles and the number of individuals in the first brood were revealed in daphnids kept under a hypomagnetic field compared to females exposed under control conditions. The salinity also affected the size and the number of offspring produced in the first brood. It was expressed in an increase of these parameters in the crustaceans maintained in water with a salinity of 3 g/l. The interaction of factors did not affect the size and the number of offspring produced in the first brood. These results are in agreement with the literature data.

The time of the first brood appearance depended on the salinity. In less degree, this indicator was influenced by magnetic conditions and the interaction of factors. The analysis of variance showed a significant effect of the magnetic environment on the period between broods. It was associated with an increase of this indicator in daphnia in the geomagnetic field in comparison with crustaceans kept in hypomagnetic conditions.

Despite good production under hypomagnetic conditions in the first brood, the dynamics of the produced offspring in the following broods indicated an adverse effect of the hypomagnetic field. At any salinity starting from the fourth brood, daphnia kept in the geomagnetic field reproduced more offspring compared to the crustaceans maintained in a hypomagnetic field. A decrease in the size parameters of females under hypomagnetic conditions was found. The strongest effect was observed at the salinity of 3 g/l.

A trend to increase of caudal spine length with an increase in the salt concentration in water and a slight enlargement of this morphological trait under hypomagnetic conditions were observed. We did not find information about the effect of salinity on caudal spine length in the literature.

Hypomagnetic field and hypoxia. It is possible to distinguish a group of effects caused by a change in the oxygen level that includes a decrease in the number of offspring produced in 3-6 broods, a reduction in the size parameters of adults, and an increase in the length of the caudal spine in daphnids kept under hypoxia.

The hypomagnetic field led to an increase in the sizes of the produced offspring. At the same time, the females' length under hypomagnetic conditions was significantly lower than that in the geomagnetic field. On the contrary, the caudal spine length was increased in the hypomagnetic field. In addition, we observed an increase in the length of the caudal spine in D. magna maintained in water with low oxygen levels.

The oxygen level and magnetic conditions had a noticeable effect on the reproduction and morphometric parameters of D. magna. The salinity varies significantly inside the habitat of this species and had a lesser effect compared to the lowering in the geomagnetic field induction. Paleomagnetic data indicate that the geomagnetic field has not experienced reversals and sudden weakening over the past 42,000 years. It is quite rational that changes in such a stable factor were unexpected by the organism and, therefore, led to more noticeable effects in our experiments. The obtained results indicate that the environmental changes, which may occur due to global climatic and geophysical processes, significantly affect the freshwater crustaceans D. magna.

This research was funded by Russian Science Foundation, project #22-24-20053.