Разработки ученых Университета Китасато: под воздействием светодиодов зеленого цвета скорость роста ложного палтуса и камбалы увеличивается в 1,6 раза
Технологии Экономика
Такахаси Акиёси TAKAHASHI Akiyoshi
Профессор Университета Китасато, факультет биологии океана, лаборатория молекулярной эндокринологии рыб. Родился в 1957 году, в городе Камаиси, префектура Иватэ. В 1980 году закончил факультет рыбохозяйственных наук Университета Китасато. В 1985 году закончил докторантуру исследовательского отделения рыбохозяйственных наук Университета Китасато. Профессор рыбохозяйственных наук. Получатель исследовательского гранта Японского общества развития науки. Завершив работу в качестве ассистента медицинского факультета Университета Китасато, с 2006 года работает на нынешнем посту. В 2012 году получил Премию Ëсимуры Японского общества исследования гипофиза. В 2016 году награжден «Премией в области развития рыбохозяйственных наук» Японского общества рыбохозяйственных наук. Занимал посты Президента Японского общества исследования гипофиза, а также Президента Японского общества сравнительной эндокринологии. Автор (соавтор) книг «Стресс и гормоны», издательство «Гаккай сюппан», «Гормональный взгляд на биологические явления и эволюцию. Рост, зрелость, половая детерминация, наследование», III выпуск серии, издательство «Сёкабо» и др.
- English
- 日本語
- 简体字
- 繁體字
- Français
- Español
- العربية
- Русский
В 2020 году в Японии общее количество продукции рыбного хозяйства составило 4 миллиона 230 тысяч тонн, среди них – 24% занимает продукция рыбоводства (материалы «Статистических данных по рыбному промыслу и рыбоводству» Министерства сельского, лесного и рыбного хозяйства). От рыбоводства – отрасли, которая позволяет выращивать рыбу в стабильных условиях, – ожидают, что оно внесет вклад в развитие рыбного хозяйства, а также в рост доли самообеспечения продуктами питания. Кроме того, оно ведет к стабильности рыночных цен, позволяющих потребителям покупать ту рыбу, которую они хотят, по приемлемой цене.
Среди видов рыб, разводимых в Японии, наибольшая доля по объемам производства: у лакедры-желтохвоста, красного тая, большой сериолы и др. Но сейчас «свет направлен» на ложного палтуса, камбалу Мозера, изменчивого вераспера и другие виды камбалы, которые, с точки зрения рыборазведения, не столь многочисленны. Это происходит в связи с разработкой технологий «светоразведения», которые позволяют ускорить рост камбалообразных рыб в 1,6 раза за счет направления светодиодного освещения зеленого цвета.
Причины активизации камбалообразных рыб по воздействием зеленого света
«Сначала мы занимались решением другой задачи: как предотвратить почернение тела рыбы».
О том, что послужило поводом к проведению исследований в области технологий светоразведения, рассказывает один из создателей этой технологии: профессор факультета биологии океана Университета Китасато Такахаси Акиёси. Он вырос в городе Камаиси префектуры Иватэ в семье владельца рыбной лавки, поступил на факультет рыбохозяйственных наук Университета Китасато (в настоящее время – факультет биологии моря), где выбрал путь исследований в области гормонов рыб, которому следует по сей день.
При разведении камбалообразных рыб в аквариуме белая часть тела рыбы, та, где отсутствуют глаза, чернеет. Чтобы решить проблему «почернения», профессор Такахаси приступил к совместным исследованиям с Яманомэ Такэси из Центра рыбохозяйственных технологий префектуры Иватэ. В результате серии экспериментов, которые проводились в течение нескольких лет, начиная где-то с 2000-го года, выяснилось, что, если выращивать камбалу Мозера в аквариуме белого цвета, то она не столь активно чернеет, как если бы находилась в черном аквариуме. При этом ученые также обнаружили, что камбала Мозера в аквариуме белого цвета растет быстрее.
Затем, выяснилось, что по мере загрязнения белого аквариума данный эффект исчезает. Исследователи решили попробовать воздействовать на рыбу светом того цвета, который позволил бы получить результат. Направив на камбалу Мозера один из трех цветов RGB-спектра, а именно зеленый, профессор Такахаси с коллегой удостоверились в том, что рост явно ускоряется. В 2009 году он опубликовал эти результаты в совместной с Яманомэ статье.
Аквариум с зеленым светодиодным светом, который использовали в исследованиях по выращиванию камбалы Мозера (фотография предоставлена факультетом биологии океана Университета Китасато)
Далее, от ламп дневного света с фильтрами перешли к экспериментам с зелеными светодиодами, разработанными компанией «Стенли Электрик», которая присоединилась к исследовательскому коллективу. В результате движения камбалы Мозера стали более активными, количество употребляемого корма увеличилось, рост ускорился.
Почему же зеленый свет активизирует камбалу Мозера? Из трех цветов солнечного спектра именно зеленый свет лучше всего проникает в зону жизнедеятельности донных камбалообразных. По словам профессора Такахаси: «Камбалы обладают высокой чувствительностью к цвету, особенно хорошо они различают или воспринимают зеленый свет». Можно предположить, что под воздействием света, близкого к тому зеленому свету, который проникает в зону произрастания камбалы, ее движения активизируются, аппетит растет.
Во второй половине 2010-х годов группа ученых под руководством профессора Такахаси провела аналогичные исследования по воздействию светом разных цветов на ложного палтуса и изменчивого вераспера, которые показали ускорение роста и в том, и в другом случае под зеленым светом. С другой стороны, у радужной форели из семейства лососевых и серебряного карася из семейства карповых данный эффект не наблюдался. Другие исследователи также отмечают отсутствие результатов у красного тая из семейства спаровых и желтохвостой лакедры из семейства ставридовых.
Разведение ложного палтуса и камбалы, осуществляемое в префектурах Ойта и Иватэ
Насколько воздействие зеленым светом в конечном итоге может увеличить размеры ложного палтуса и камбалы, неизвестно, но увеличение скорости прибавки в весе в 1,6 раза подтверждено. Результаты исследований привлекали внимание и тех, кто имеет непосредственное отношение к рыбоводству: практическое применение «светоразведения» не заставило себя долго ждать.
Ложные палтусы, выращенные за один период времени: под воздействием зеленого света (слева) и при обычном свете (справа)(фотография предоставлена отделом исследований в области рыбного хозяйства Исследовательского центра сельского, лесного и рыбного хозяйства префектуры Ойта)
В префектуре Ойта, где развито разведение ложного палтуса, ученые Исследовательского центра сельского, лесного и рыбного хозяйства префектуры заинтересовались показателями светоразведения и внедрили данную технологию в рыбоводческий промысел префектуры. В ответ появились компании, которые внедрили светодиоды зеленого цвета в процесс разведения ложного палтуса, и в настоящее время большое количество компаний префектуры применяет светоразведение.
Аквариум для разведения камбалы, выращиваемой под воздействием светодиодов зеленого света (предоставлено отделом исследований в области рыбного хозяйства Исследовательского центра сельского, лесного и рыбного хозяйства префектуры Ойта)
Аквариум для разведения камбалы, выращиваемой при обычном освещении (опредоставлено отделом исследований в области рыбного хозяйства Исследовательского центра сельского, лесного и рыбного хозяйства префектуры Ойта)
Помимо этого, город Мияко префектуры Иватэ организовал сотрудничество с учеными из Организации исследований и обучения в области рыбного хозяйства, которые осуществляют совместные разработки с профессором Такахаси, и начиная с 2019 года Рыбопромысловому профсоюзу Мияко было поручено проведение исследования по вопросам материкового разведения изменчивого вераспера. Были внедрены технологии светоразведения, и начиная со следующего года изменчивого вераспера стали готовить к отгрузке не через два, как обычно, а через год после начала разведения, так как за это время он достигал необходимых для отгрузки размеров.
Говоря о продвижении работ по основательному практическому применению технологии, профессор Такахаси отмечает: «Я считаю, что это хорошо. Хотелось бы, чтобы производилось всё большее и большее количество ложного палтуса и камбалы, выращенных в здоровых условиях под воздействием зеленых светодиодов».
Но, с другой стороны, любопытство ученого еще не удовлетворено в полной мере.
А теперь: полное раскрытие механизма
«С технологической точки зрения разработки светоразведения увенчались успехом. Но почему зеленый свет оказался эффективным? С научной точки зрения остались моменты, требующие прояснения».
Что касается вопросов стимулирования роста камбалообразных с помощью зеленого света, то профессор Такахаси уже давно обращал свое внимание на вещество, содержащееся в организме данных рыб. Это меланин-концентрирующий гормон (MCH: Melanin-Concentrating Hormone). В 1983 году было обнаружено вещество, которое концентрирует пигмент у лосося, а в 1996 году стало известно, что MCH способствует росту аппетита у мышей.
Приступив к решению проблемы почернения камбалы Мозера, о которой говорилось в начале данной статьи, профессор Такахаси уже отмечал рост выделения MCH у данной камбалы, выращенной в белом аквариуме, по сравнению с камбалой Мозера, выращенной в черном или желтом аквариумах.
«Я сделал предположение, что одновременно с побелением тела рыбы под влиянием MCH происходит рост ее аппетита».
Однако в последнее время появились результаты экспериментов, которые потребовали перестроить план исследований. У изменчивого вераспера при введении MCH в спинномозговую жидкость количество употребляемого корма, наоборот, уменьшилось.
«Вероятно, MCH связан с ускорением роста камбалообразных, но не всегда именно он играет главную роль в этом процессе. Мы ведем исследования, рассматривая данный вопрос под разными углами».
Если механизм, устанавливающий связь между воздействием света и стимулированием роста, станет понятен, то наука продвинется вперед. Одновременно с этим, вероятно, будет видно, для каких видов рыб, а также в каких условиях светоразведение является эффективным. Если светоразведение станет еще более широко принятой технологией, то можно ожидать, что оно внесет свой вклад в решение таких проблем, как снижение улова и снижение коэффициента самообеспечения продуктами питания.
Светодиодный аквариум компании «Това суйсан» (фотография предоставлена отделом исследований в области рыбного хозяйства Исследовательского центра сельского, лесного и рыбного хозяйства префектуры Ойта)
Хотим создать самостоятельный экспериментальный центр на территории Университета
По вопросу «стимулирования роста разводимых рыб» помимо светоразведения проводятся различные испытания на разнообразных видах рыб. Один из методов – работа непосредственно с качеством корма. Кроме того, развиваются исследования и разработки способов редактирования генома (технология, изменяющая определенные нуклеотидные последовательности ДНК того или иного живого существа), в 2021 году был разрешен оборот «красного окуня с повышенным содержанием мяса», а также проводятся испытания по стимулированию роста красноногой собаки-рыбы.
Профессор факультета биологии океана Университета Китасато Такахаси Акиёси, фотограф: Ямамото Райта
Создается такое впечатление, будто в области стимулирования роста наблюдается конкуренция. Каково мнение профессора Такахаси?
«Я считаю целесообразным увеличивать рост каждого из видов рыб, используя те технологии, которые подходят именно ему. Вот, например, для окуня и лакедры уже используются корма, которые способствуют их росту».
При разведении камбалообразных рыб ложный палтус составляет всего лишь 1% от общих объемов производства выращиваемой рыбы, и его количество можно назвать незначительным. Однако это можно считать и потенциалом для роста. Профессор Такахаси ставит перед собой задачи по распространению светоразведения.
«Существует проблема: стоимость зеленых светодиодов высока. В отличие от белых светодиодов, их изготавливают на заказ, также их необходимо подвергнуть водозащитной и антикоррозийной обработке. Кроме того, для работы светодиодов необходима энергия, что нельзя назвать экологичным решением. Необходимо внедрять методы, позволяющие применять возобновляемую энергию».
В качестве бренда разводимых рыб, впервые выращенных в университете, хорошо известен «современный тунец» (киндай магуро) Университета Кинки. Если удастся преодолеть вышеуказанные проблемы, то и у Университета Китасато может появиться собственный бренд, созданный в его лаборатории.
Также профессору хотелось бы способствовать реализации исследований в целях продвижения раскрытия механизмов стимулирования роста.
«Факультет биологии океана Университета Китасато располагается в кампусе Санрику, и мы пользовались его экспериментальной базой, но в 2011 году она пострадала от цунами во время Великого восточно-японского землетрясения, и мы переместились в кампус Сагамихара. При проведении испытаний с такими крупными рыбами, как ложный палтус и камбала, необходимы соответствующие помещения и оборудование. В настоящее время мы используем территорию Организации исследований и обучения в области рыбного хозяйства Мияко, где находятся ученые – коллеги по совместным исследованиям, но в дальнейшем нам бы хотелось найти компанию-партнера, сотрудничество с которой позволило бы проведение испытаний в кампусе Сагамихара».
Реализуя работу, которая несет в себе возможности по значительному изменению будущего образа рыборазведения, профессор Такахаси и его коллеги находятся на пути, ведущем к дальнейшему развитию как с практической, так и с исследовательской точки зрения.
Фотография к заголовку: Ложный палтус, разводимый под воздействием светодиодного освещения, активно двигается в аквариуме (рыбоводческий кооператив Фукарадзу Нисэй Ëсёку префектуры Ойта, (фотография предоставлена отделом исследований в области рыбного хозяйства Исследовательского центра сельского, лесного и рыбного хозяйства префектуры Ойта)