Аквакультура морских губок - это процесс выращивания морских губок в контролируемых условиях. Он проводился в Мировом океане на протяжении веков с использованием ряда методов аквакультуры. На скорость роста губок влияет множество факторов, таких как свет, соленость, pH, растворенный кислород и накопление продуктов жизнедеятельности. Преимущества аквакультуры морских губок реализуются в результате простоты ее создания, минимальных требований к инфраструктуре и возможности ее использования в качестве источника дохода для населения, проживающего в развивающихся странах. Морские губки производятся в промышленных масштабах для использования в качестве губок для ванн или для извлечения биологически активных соединений, которые содержатся в некоторых видах губок. Такие методы, как метод веревки и мешка, используются для выращивания губок независимо или в рамках интегрированной многотрофической системы аквакультуры. В регионе Микронезия произрастают одни из немногих по-настоящему устойчивых морских губок, культивируемых в мире, с использованием ряда методов выращивания и производства для обеспечения и поддержания постоянной устойчивости этих выращиваемых видов.
Более 8000 видов морских губок обитают в океанических и пресноводных средах обитания. Рыболовство губок исторически было важной и прибыльной отраслью, годовой улов с 1913 по 1938 год регулярно превышал 181 тонн и генерирует более 1 миллиона долларов США. Однако этот спрос на морские губки достиг пика коэффициента вылова, и в 2003 году спрос на губки для ванн составил 2127 тонн, при этом мировое производство за счет промысла удовлетворяет лишь четверть этого количества.
Ранняя аквакультура При исследовании методов оптимизации аквакультуры морских губок использовался ряд методов разведения. Однако коммерческое разведение губок столкнулось с серьезным сопротивлением и вмешательством со стороны рыбаков, которые считали, что их постоянный доход находится под угрозой. Противодействие коммерческих производителей губки привело к низкому проникновению на рынок и плохому восприятию потребителями продуктов аквакультуры.
Преимущества коммерческой аквакультуры губки очевидны для тех, кто живет в развивающихся странах. В этих странах аквакультура губок является одновременно легким и прибыльным бизнесом, который приносит пользу местному сообществу и окружающей среде за счет минимизации нагрузки на дикие запасы урожая и уменьшения ущерба окружающей среде.
Выращивание губок - это метод простой процесс и требует небольших специальных знаний. Кроме того, простота выращивания губок означает, что в производственный процесс может быть вовлечена вся семья. Это приводит к прибыльному семейному бизнесу, который соответствует традиционным представлениям о «семейных фермах», увеличивая вероятность внедрения аквакультуры морских губок. Кроме того, фермы по производству морской губки обычно располагаются рядом с семейными домами, что обеспечивает постоянный доступ, мониторинг, модификацию и выполнение работ на ферме.
Морская губка аквакультура также обеспечивает семьи постоянным источником дохода круглый год, который можно выполнять как на полную ставку, так и на неполный рабочий день в дополнение к существующему доходу.
В последние два десятилетия возобновился интерес к тому, что аквакультура губки может способствовать удовлетворению растущего мирового спроса на банные губки. Губки для ванн - это наиболее распространенное использование морской губки в аквакультуре. Банные губки можно определить как губки любого вида, имеющие только губчатые волокна, которые представляют собой упругие волокна, сделанные из коллагенового белка.
Коммерческое использование губок для ванн варьируется от косметика, для ванн или для промышленных целей, качество губки основано на анализе качества каркаса губки, при этом те, которые обладают мягкими, прочными и эластичными волокнами, имеют самую высокую цену.
Присутствие вторичных метаболитов, продуцируемых симбиотическими микроорганизмами внутри губки, увеличивает ее рост и выживаемость. Тысячи вторичных метаболитов, полученных из губки, были успешно выделены из губок, при этом многие метаболиты обладают потенциальными лечебными свойствами, такими как цитотоксичность, противовоспалительное и антивирусное деятельность. Следовательно, они обладают значительным потенциалом в фармацевтической промышленности как средства создания новых лекарств. Эти вторичные метаболиты, однако, часто присутствуют только в следовых количествах, и единственные методы использования этих метаболитов в качестве терапевтических средств зависят от увеличения количества соединений с помощью химического синтеза или аквакультуры.
Хотя это все еще что-то вроде нишевого рынка, несколько компаний начали производить и продавать маленькие губки как многоразовые продукты женской гигиены. Они продаются под торговыми марками Sea Pearls в США и Jam Sponge в Соединенном Королевстве. Губки вводятся во влагалище почти так же, как и тампон, но когда они заполнены, их удаляют, очищают и используют повторно, а не выбрасывают. Преимущества альтернативы многоразовым тампонам включают рентабельность и сокращение отходов. (Поскольку губки поддаются биологическому разложению, даже когда срок службы абсорбента менструальной губки истек, ее можно компостировать.) Некоторые женщины также обеспокоены рисками для здоровья, связанными с традиционными тампонами, и считают, что для здоровья лучше использовать натуральный материал. Хотя никаких известных случаев синдрома токсического шока не было связано с использованием менструальных губок, известно, что губки содержат песок, песок и бактерии, и, следовательно, необходимо учитывать возможность синдрома токсического шока. Губки обладают большей способностью поглощать менструальные выделения, чем большинство тампонов; однако их следует менять не реже, чем каждые восемь часов.
Морские губки следует культивировать при соленость 35ppt (соленость морской воды). Гиперсоленость (высокая концентрация соли) в окружающей среде, окружающей губку, приводит к дегидратации клеток губки, тогда как среда с пониженным содержанием соли (с низкой концентрацией соли) разбавляет внутриклеточную среду губки. PH воды должен соответствовать pH морской воды (pH 7,8–8,4), чтобы производство губки было максимальным. Губки чувствительны к температуре, а резкие колебания температуры окружающей среды могут негативно сказаться на здоровье морских губок. Высокие температуры приводят к поломке культур губок. Симбиотические бактерии, которые обычно населяют морских губок, начинают размножаться с неустойчивой скоростью, когда температура воды повышается на несколько градусов. Затем эти бактерии атакуют и разрушают клетки и ткань губки. Было высказано предположение, что губки следует выращивать при температуре воды немного ниже температуры окружающей воды в регионе, откуда губка была первоначально изолирована.
Фотосинтетические эндосимбионты населяют множество тропических губок, и эти требуется свет, чтобы выжить. В результате определенные губки зависят от наличия и интенсивности света для удовлетворения своих потребностей в питании. Однако у некоторых видов свет может привести к задержке роста, поскольку они чувствительны к ультрафиолетовому излучению. За исключением случаев, когда губка связана с фотосинтетическими бактериями, оптимальный рост морской губки происходит в темноте.
Растворенный кислород абсорбируется через водоносную систему. Кислород в морских губках расходуется со скоростью 0,2–0,25 мкмоль O 2 ч / см объема губки. Атмосферные вещества, поддерживаемые в лабораторных условиях, также могут переносить гипоксические условия в течение коротких периодов времени, что может отражать их способность адаптироваться к растворенному кислороду.
В закрытых системах культивирования некоторые виды губок могут производить биологически активные и цитотоксические метаболиты, которые могут быстро накапливаться и подавлять дальнейший рост губок. Однако биофильтры, вероятно, будут неэффективными при удалении вторичных метаболитов, выведенных из губки. Адсорбционные методы, при которых биомолекулы прилипают к адсорбату, вероятно, будут эффективным способом удаления этих соединений.
Вспышки болезней губок для мытья посуды часто тяжелые, потенциально способные уничтожить как дикие, так и аквакультурные популяции губок. Основные факторы, которые приводят к вспышкам болезней, могут быть вызваны возбудителями, такими как вирусы, грибы, цианобактерии и бактериальные штаммы.
При выборе морской губки При размещении аквакультуры необходимо учитывать факторы, способствующие росту и выживанию культивируемых видов губок. Губки в значительной степени полагаются на пассивный поток воды для получения пищи, такой как бактерии и микроводоросли, таким образом, хороший поток воды увеличивает рост и качество губок. Скорость потока воды выше нормы может потенциально повредить выращиваемые губки. Идеальное место для фермы по выращиванию морских губок - это защищенная территория, которая получает достаточный поток воды и доступность пищи для оптимизации роста губок.
Губочная аквакультура для производства губок или метаболитов основана на высокой регенеративной способности тотипотентных клеток губки с помощью эксплантов (отрезанные кусочки родительской губки, которые затем вырастают в полноценную губку) как средство разведения губок. Губки имеют неопределенный рост, при этом максимальный рост определяется ограничениями окружающей среды, а не генетикой. Во время первоначального создания фермы эксплантаты губок будут выбраны по их фенотипическим характеристикам: быстрому росту и высокому качеству спонгина или метаболитов.
Интенсивная морская аквакультура за последнее десятилетие значительно увеличилась и привела к значительным неблагоприятным воздействиям на окружающую среду. Большие объемы сброса органических веществ из несъеденных кормов и выделений аквакультурных видов привели к высоким уровням питательных веществ в прибрежных водах. Большое количество азота (~ 75%), выделяемое двустворчатыми моллюсками, лососем и креветками, попадает в прибрежную среду, что может привести к развитию водорослей. цветет, и уменьшает растворенный кислород в воде.
интегрированная система аквакультуры состоит из ряда видов на разных трофических уровнях пищевой цепи. Таким образом, образующиеся отходы (питающиеся организмы), такие как рыба и креветки, соединяются с экстрактивными организмами, такими как морские ушки, губки или морские ежи, в качестве механизма удаления избыточных питательных веществ из водной толщи. Морские губки имеют явное преимущество в качестве экстрактивных организмов в интегрированной мульти-трофической системе аквакультуры, поскольку они могут действовать как биоремедиатор для удаления как патогенных бактерий, так и органических веществ. Губка Hymeniacidon perlevis продемонстрировала отличную способность удалять общий органический углерод (TOC) из морской воды в интегрированных условиях аквакультуры и может быть потенциально полезным инструментом биоремедиации для систем аквакультуры в регионах с высоким уровнем загрязнения воды. Кроме того, органическое обогащение, происходящее от выращиваемой поблизости рыбы, может стимулировать рост губок, что приводит к более эффективному выращиванию морских губок.
Многие коммерческие хозяйства по выращиванию морских губок размещают свои участки аквакультуры в более глубокие воды (>5 м), чтобы максимально увеличить количество эксплантатов губок, которые можно вырастить, и повысить продуктивность. Были опробованы два основных метода аквакультуры с использованием банных губок: губки выращиваются либо на веревке, либо внутри сетчатого мешка.
Выживаемость губок, выращенных на веревках, как правило, ниже, так как при «нарезании» веревки на эксплантат происходит необратимое повреждение. Кроме того, губки, выращенные на веревке, могут быть оторваны от веревки во время шторма, когда поток воды значительно увеличивается, или отрастают от веревки и образуют неликвидную, дешевую, характерную губку в форме пончика. Различия в росте и здоровье губок действительно наблюдаются у видов, для которых характерны различия в регенеративной способности, восприимчивости к инфекции после стрижки, выносливости и потенциала роста.
Более низкий уровень повреждений у некоторых видов губок, выращенных через сетчатые мешки, может повысить выживаемость. Скорость роста может быть снижена, поскольку сетка на мешках может уменьшить поток воды, ограничивая доступность пищи. Накопление агентов биологического обрастания, таких как мшанки, асцидии и водоросли на сетке, может дополнительно ограничивать поток воды. Тонкие сетчатые нити с большими зазорами и хорошо расположенным участком могут действовать как средство предотвращения биообрастания и снижения скорости потока.
Комбинируя подходы как с веревкой, так и с сеткой, чтобы Аквакультура банных губок в «период выращивания» может привести к повышению качества и производства. В методе периода выращивания губки сначала выращивают в сетчатых мешках до тех пор, пока эксплантаты не заживут и не регенерируют, чтобы эффективно фильтровать воду. Регенерированные эксплантаты переносятся на веревку для обеспечения оптимального роста до сбора урожая. Эта стратегия трудоемкая и дорогостоящая, при этом темпы роста и выживаемость оказались не выше, чем при ведении сельского хозяйства исключительно с использованием метода сетчатого мешка.
Более экономически жизнеспособным методом выращивания губок для ванн было бы перенос губок в сетчатые мешки большего размера по мере роста губки для обеспечения адекватного потока воды и связывания питательных веществ.
Губки для ванн в настоящее время производятся с использованием губки Coscinoderma matthewsi с производительностью около 12000 единиц. губки, продаваемые на месте жителям и туристам в Понпеи, Федеративные Штаты Микронезии. Эти губки - одни из единственных в мире морских губок, выращиваемых в условиях устойчивого развития. Губки выращиваются с помощью веревочного метода с низкими инвестиционными затратами в несколько тысяч долларов на оборудование для выращивания и обслуживания, производя 100% натуральные губки без добавления агрессивных химикатов во время обработки.
Производство губок C. matthewsi в аквакультуре. была предпринята Институтом морских и экологических исследований Понпеи (MERIP), чтобы попытаться обеспечить устойчивый доход для местных жителей с ограниченными возможностями заработка. Чтобы губки достигли размера, пригодного для сбора, требуется около двух лет, при этом фридайверы обычно вручную удаляют водоросли и биообрастающие вещества. Эти губки обрабатываются естественным путем, где они сушатся на воздухе, а затем помещаются в корзины и возвращаются в лагуну, где они были выращены. Этот процесс удаляет все органические вещества из губки, оставляя после себя готовую губку для ванн. Дальнейшая обработка происходит путем смягчения губки, но не используются отбеливатели, кислоты или красители.
Исследования по выращиванию морских губок на предмет биологически активных метаболитов проводятся в Средиземноморье, Индо-Тихоокеанском регионе, и регионы южной части Тихого океана. Основными целями являются оптимизация биоактивных методов производства, процессов аквакультуры и условий окружающей среды для максимального увеличения их производства.
В аквакультуре для биологически активных веществ окончательная форма эксплантата не имеет значения, что позволяет использовать дополнительные методы производства. Новые методы биоактивного культивирования включают в себя «метод решетчатой решетки», который использует столб воды для вертикального подвешивания сетчатой трубки с отдельными эксплантами, удерживаемыми в чередующихся карманах.
Количество губок, необходимых для биоактивных веществ в аквакультуре, уменьшается по мере вторичного использования губки метаболиты можно собирать повторно в течение многих лет, что снижает затраты и необходимую инфраструктуру. Несколько губок, выбранных для производства метаболитов, будут иметь высокие скорости производства целевого метаболита, чтобы оптимизировать производство и прибыль.
На производство метаболитов губки с метаболитом влияет ряд факторов. концентрация сильно различается между соседними эксплантами. Локальные различия в интенсивности света и биологическом обрастании - это физические и биологические факторы, которые, как было установлено, значительно влияют на биосинтез метаболитов в губках. Изменения факторов окружающей среды могут изменить микробные популяции и впоследствии повлиять на биосинтез метаболитов.
Понимание факторов окружающей среды, которые влияют на биосинтез метаболитов или экологическую роль метаболита, может быть использовано в качестве конкурентного преимущества для максимального увеличения производства метаболитов и общего выхода. Например, если экологическая роль вторичного целевого метаболита заключалась в отпугивании хищников, имитация хищничества путем ранения губки перед сбором урожая может быть эффективным методом для максимального увеличения производства метаболитов.
Некоторые губки, продуцирующие метаболиты, растут чрезвычайно быстро, что предполагает что сельскохозяйственные губки могут быть жизнеспособной альтернативой производству биологически активных веществ, которые в настоящее время невозможно синтезировать химическим путем. Хотя выращивание губок для получения биоактивных веществ является более прибыльным из-за его более высокой добавленной стоимости свойств, существует несколько проблем, которые не возникают при аквакультивировании губок для ванн, таких как высокие затраты, связанные с экстракцией и очисткой метаболитов.