Veden virtausnopeuden vaikutus munasarjojen kypsymiseen ja antioksidanttikapasiteettiin aikuisilla ruohokarpeilla (Ctenopharyngodon idellus)

Vesirakentamisen ekologinen toiminta on välttämätöntä kalavarojen säilyttämiseksi. Veden virtausnopeuden tiedetään vaikuttavan ajelehtivien mätiä tuottavien kalojen kutuun. Tämän tutkimuksen tavoitteena on selvittää veden virtausnopeuden stimuloinnin vaikutuksia aikuisen ruohokarpin (Ctenopharyngodon idellus) munasarjojen kypsymiseen ja antioksidanttikapasiteettiin laboratoriokokeiden avulla, jotta ymmärrettäisiin fysiologinen mekanismi, joka perustuu luonnollisen lisääntymisen reaktioon ekologisiin virtauksiin. Tutkimme ruohokarpin munasarjojen histologiaa, sukupuolihormonien ja vitellogeniinin (VTG) pitoisuuksia sekä hypotalamus-aivolisäke-gonadi (HPG) -akselin keskeisten geenien transkriptioita sekä munasarjojen ja maksan antioksidanttiaktiivisuuksia. Tulokset osoittivat, että vaikka ruohokarpin munasarjojen kehitysominaisuuksissa ei ollut havaittavaa eroa veden virtausnopeuden stimuloinnin alaisena, estradiolin, testosteronin, progesteronin, 17α,20β-dihydroksi-4-pregnen-3-onin (17α,20β-DHP) ja VTG:n pitoisuudet olivat koholla, mikä liittyi HPG-akselin geenien transkriptionaaliseen säätelyyn. HPG-akselin geenien (gnrh2, fshβ, lhβ, cgα, hsd20b, hsd17b3 ja vtg) ilmentymistasot olivat merkittävästi koholla veden virtausnopeuden stimuloinnin aikana, kun taas hsd3b1:n, cyp17a1:n, cyp19a1a:n, hsd17b1:n, star:n ja igf3:n ilmentymistasot olivat heikentyneet. Lisäksi asianmukainen veden virtausnopeuden stimulointi voi parantaa elimistön terveydentilaa lisäämällä antioksidanttientsyymien aktiivisuutta munasarjoissa ja maksassa. Tämän tutkimuksen tulokset tarjoavat perustietoa ja dataa vesivoimahankkeiden ekologiselle toiminnalle ja jokien ekologiselle ennallistamiselle.
Johdanto
Jangtse-joen keskiosassa sijaitseva Kolmen rotkon pato (TGD) on maailman suurin vesivoimahanke ja sillä on ratkaiseva rooli joen energian valjastamisessa ja hyödyntämisessä (Tang et al., 2016). TGD:n toiminta ei kuitenkaan ainoastaan muuta merkittävästi jokien hydrologisia prosesseja, vaan myös uhkaa vesieliöstöjä sekä padon ylä- että alajuoksulla, mikä osaltaan heikentää jokien ekosysteemejä (Zhang et al., 2021). Tarkemmin sanottuna tekoaltaiden säännöstely homogenisoi jokien virtausprosesseja ja heikentää tai poistaa luonnolliset tulvahuiput, mikä johtaa mädin vähenemiseen (She et al., 2023).
Kalojen kutuaktiivisuuteen vaikuttavat todennäköisesti useat ympäristötekijät, kuten veden nopeus, veden lämpötila ja liuennut happi. Vaikuttamalla hormonien synteesiin ja eritykseen nämä ympäristötekijät vaikuttavat kalojen sukupuolirauhasten kehitykseen (Liu et al., 2021). Erityisesti veden nopeuden on tunnistettu vaikuttavan jokiin ajelehtivia mätiä tuovien kalojen kutuun (Chen et al., 2021a). Patojen kalojen kutuun kohdistuvien haitallisten vaikutusten lieventämiseksi on tarpeen luoda erityisiä ekohydrologisia prosesseja kalojen kutua stimuloimiseksi (Wang et al., 2020).

Neljä tärkeintä kiinankarppilajia (FMCC), mukaan lukien mustapaksukarpit (Mylopharyngodon piceus), ruohokarpit (Ctenopharyngodon idellus), hopeapaksut (Hypophthalmichthys molitrix) ja isopääpaksut (Hypophthalmichthys nobilis), jotka ovat erittäin herkkiä hydrologisille prosesseille, edustavat Kiinan taloudellisesti tärkeimpiä kaloja. FMCC-populaatio vaeltaisi kutualueille ja aloittaisi kutemaan vastauksena suuriin virtauspulsseihin maaliskuusta kesäkuuhun, kun taas TGD:n rakentaminen ja toiminta muuttavat luonnollista hydrologista rytmiä ja estävät kalojen vaellusta (Zhang et al., 2023). Siksi ekologisen virtaaman sisällyttäminen TGD:n toimintasuunnitelmaan olisi lieventävä toimenpide FMCC:n kutukannan suojelemiseksi. On osoitettu, että kontrolloitujen ihmisen aiheuttamien tulvien toteuttaminen osana TGD-toimintaa parantaa FMCC:n lisääntymismenestystä alajuoksun alueilla (Xiao et al., 2022). Vuodesta 2011 lähtien on järjestetty useita yrityksiä edistää FMCC:n kutukäyttäytymistä ja hillitä FMCC:n vähenemistä Jangtse-joessa. Todettiin, että FMCC:n kutua aiheuttava veden nopeus vaihteli 1,11–1,49 m/s (Cao et al., 2022), ja optimaalinen virtausnopeus FMCC:n kutulle joissa oli 1,31 m/s (Chen et al., 2021a). Vaikka veden nopeudella on ratkaiseva rooli FMCC:n lisääntymisessä, tutkimusta luonnollisen lisääntymisen ja ekologisten virtausten välisen vasteen taustalla olevista fysiologisista mekanismeista on huomattavan vähän.