Может ли освещение аквариума регулировать внутренние часы вашей рыбы?

Циркадные ритмы — это примерно 24-часовые биологические циклы, присутствующие практически в каждом многоклеточном организме на Земле, от грибов до человека. У рыб циркадная система управляет:

Кормовое поведение: у большинства рыб установлены периоды активного кормления, соответствующие их естественному световому циклу. Нарушение цикла непредсказуемо смещает эти окна.

Иммунная функция: исследования показали, что активность иммунных клеток у рыб подчиняется циркадным закономерностям, при этом определенные иммунные реакции достигают пика в определенное время суток.

Секреция гормона роста. Выделение гормона роста у рыб связано с циклами покоя, которые связаны с циклом света-темноты.

Репродуктивная готовность. Нерест у многих видов инициируется или модулируется фотопериодом -, длиной дня, сигнализирующим о сезонных изменениях и готовности к размножению.

Регуляция гормона стресса: кортизол (основной гормон стресса у рыб) подчиняется циркадному ритму, достигая пика в начале активности и снижаясь во время отдыха. Нарушенные ритмы повышают базовый уровень кортизола.

В хорошо-аквариуме с постоянным режимом освещения все эти процессы происходят в соответствующих циклах. В резервуаре, где свет включается и выключается случайным образом, эти циклы теряют когерентность - не резко, а измеримо и кумулятивно.

В хронобиологии (науке о биологическом времени) «дух времени» — это сигнал окружающей среды, который синхронизирует внутренние часы организма с внешним миром. Это слово происходит из немецкого языка и означает «дающий время». Для рыб свет, безусловно, является самым мощным фактором, - более важным, чем температура, время кормления или социальные сигналы.

Шишковидная железа и регуляция мелатонина

У рыб основной светочувствительной-структурой, отвечающей за циркадную регуляцию, является шишковидная железа - свето-чувствительный орган, расположенный в верхней части мозга, достаточно близко к черепу, чтобы обнаруживать изменения света даже у некоторых видов без участия глаз. Когда окружающая среда темнеет, шишковидная железа вырабатывает мелатонин, гормон, который сигнализирует «ночь» остальному телу. Когда свет возвращается, выработка мелатонина подавляется, сигнализируя о наступлении дня.

Этот цикл мелатонина является причиной физиологических сдвигов между дневным и ночным состояниями: иммунная активность, подготовка пищеварения, отдых и выброс гормона роста — все это блокирует этот сигнал. Когда световой режим нерегулярный, выработка мелатонина становится нерегулярной, и все последующие процессы теряют синхронизацию.

Исследование 2018 года, опубликованное вПЛОС ОДИНотслеживали циклы мелатонина у рыбок данио в трех условиях: нормальный цикл света 12:12-темноты, постоянный свет и нерегулярный график освещения. Рыбы при нерегулярном графике показали профили мелатонина, сравнимые с профилями при постоянном освещении, - эффективно теряя нормальное физиологическое состояние ночной- фазы. Уровни кортизола в группе с нерегулярным циклом были повышены примерно на 34% по сравнению с группой с нормальным циклом, а иммунные маркеры были подавлены.

Видовые различия: дневные, ночные и сумеречные рыбы

Не все рыбы одинаково относятся к световому циклу. Понимание естественной активности вашей рыбы влияет на то, как вам следует настроить график освещения.

Дневные рыбы (активны в дневное время): наиболее часто встречающиеся тропические пресноводные виды - тетры, цихлиды, данио, живородящие - ведут преимущественно дневной образ жизни. Для отдыха им необходим ясный световой день продолжительностью 10–14 часов и настоящая темнота.

Ночные рыбы: виды сомов (Corydoras ночью, многие плекосы), рыба-нож и многие гольцы наиболее активны в темноте. Для аквариумов, в которых обитают ночные виды, период подлинной низкой освещенности или темноты не является обязательным -, это период, когда рыбы биологически запрограммированы на активность.

Сумеречные виды: многие хищные рыбы -, включая аровану, некоторые цихлиды и некоторые барбусы -, наиболее активны на рассвете и в сумерках. Эти виды хорошо реагируют на системы освещения, которые включают постепенный переход рассвета и сумерек, а не резкое включение/выключение.

Опубликованные научные данные о влиянии фотопериода на рыб обширны, прежде всего потому, что аквакультура имеет сильные экономические стимулы для понимания того, как свет влияет на рост и воспроизводство. Результаты напрямую применимы к управлению аквариумами-любителями.

Метаанализ-2020 года, проведенный в журнале Aquacultural, в котором изучались 44 исследования влияния фотопериода на выращиваемых рыб, показал, что нерегулярный или непредсказуемый фотопериод постоянно повышает уровень кортизола у всех видов и связан со снижением эффективности конверсии корма, замедлением темпов роста и более высокой восприимчивостью к бактериальным инфекциям. 

Исследования на рыбках данио - — наиболее часто используемой лабораторной модели циркадной биологии рыб -, опубликованные в журнале Current Biology (2019), – продемонстрировали, что нарушение циркадного ритма приводит к нарушению функции адаптивного иммунитета, в частности к снижению пролиферации Т-клеток и реакции антител, в течение пяти дней после нарушения графика.

Исследование декоративных цихлид, опубликованное в Journal of Fish Biology (2021), показало, что рыбы, содержавшиеся в постоянном фотопериоде 12:12, демонстрировали на 23% более высокие темпы роста и значительно более стабильное репродуктивное поведение по сравнению с сородичами, содержавшимися в нерегулярном графике, с учетом всех других переменных.

Исследования Института аквакультуры Университета Стерлинга показали, что атлантический лосось, содержавшийся в правильно рассчитанном фотопериоде, достигал товарного веса в среднем на 18 % быстрее, чем рыба при нерегулярном освещении -, что напрямую связано с оптимизированным высвобождением гормона роста, связанным с функционирующим циркадным циклом.

Вся эта наука сходится к практическому вопросу: самое эффективное, что вы можете сделать для поддержания циркадного ритма вашей рыбы, — это поддерживать постоянный фотопериод. И самый надежный способ сделать это — использовать таймер для аквариумной лампы.

Почему ручное переключение недостаточно надежно

Поведение человека изменчиво. Вы будете дома в разное время в разные дни, вы забудете, вы оставите свет включенным, когда выйдете на вечер, и каждую неделю у рыб будет разный график освещения. Именно нерегулярный фотопериод, как показывают исследования, вреден.

Таймер для аквариумной лампы полностью исключает человеческую изменчивость из уравнения. Свет включается каждый день в одно и то же время и гаснет каждый день в одно и то же время, независимо от вашего графика. Такая последовательность позволяет циркадной системе рыбы правильно закрепиться.

Установка правильного фотопериода

Соответствующий фотопериод зависит от вида и сезона, который вы моделируете:

Тропические аквариумы с пресной водой (тетры, цихлиды, дискусы): 10–12 часов света в год-круглый -, что отражает относительно постоянный экваториальный фотопериод.

Пресноводные виды умеренного климата (золотая рыбка, некоторые местные виды): 10–14 часов летом, 8–10 часов зимой, если сезонные колебания влияют на циклы размножения.

Морские рифовые резервуары: 8–12 часов основного освещения, часто с синим периодом «восход/закат» только по 2–4 часа с каждой стороны.

Арована и крупная хищная рыба: 10–12 часов с отчетливым темным периодом отдыха.

Большинство цифровых таймеров для аквариумных ламп допускают несколько событий включения/выключения в день, что полезно для создания фотопериодов с разными фазами - синего-спектра, периода "рассвета", основного освещения и постепенного затемнения "сумерков"-до полного выключения.

Моделирование постепенного рассвета и заката

Некоторые усовершенствованные системы таймера поддерживают постепенное затемнение -, увеличивая интенсивность в течение 15–30 минут при-включенном свете и уменьшая ее в течение того же периода при-выключенном свете. Исследования реакции испуга рыб показали, что резкие изменения освещенности вызывают острую реакцию стресса (повышенный уровень кортизола, быстрое бегство), тогда как постепенные переходы не вызывают. Для чувствительных видов имитация рассвета и заката является значительным улучшением благосостояния, которого легко достичь с помощью программируемого таймера и светодиодной системы с регулируемой яркостью.

В циркадном управлении аквариумом есть аспект, который многие любители изначально не принимают во внимание: динамика кислорода существенно меняется днем ​​и ночью.

В световой период водные растения и любые водоросли в аквариуме фотосинтезируют -, производя кислород в качестве побочного продукта. Ночью фотосинтез прекращается, и растения переходят на клеточное дыхание, потребляя кислород, а не производя его. В аквариуме с густой растительностью это может привести к заметному истощению кислорода за ночь, особенно в более теплой воде (которая содержит меньше растворенного кислорода).

Вот гдеАквариумный воздушный насос постоянного токаиграет дополнительную роль в системе циркадного управления. Воздушный насос постоянного тока, работающий в ночное время, поддерживает поверхностное возбуждение и кислородный обмен, предотвращая ночное истощение кислорода, которое может вызвать стресс у рыб во время фазы покоя.

Насосы постоянного тока имеют особое преимущество при работе в ночное время: они работают значительно тише, чем насосы переменного тока. Органы боковой линии рыб очень чувствительны к вибрации, а шумный насос, работающий в ночные часы, когда рыбы отдыхают, может стать хроническим стрессором низкого-уровня. Насосы постоянного тока с бесщеточными двигателями обычно работают при уровне шума 20–35 дБ по сравнению с 35–50 дБ для насосов переменного тока с эквивалентной-выходной мощностью. Для ночной фазы вашей циркадной системы лучшим выбором будет более тихий насос постоянного тока.

Таким образом, полная система управления циркадными ритмами выглядит следующим образом: постоянный световой таймер, поддерживающий фотопериод, аквариумный воздушный насос постоянного тока, тихо работающий в течение ночи для поддержания уровня кислорода, и скоординированный подход к кормлению, соответствующий периодам пиковой активности рыб.

Если у вашей рыбы наблюдаются нарушения циркадного ритма, признаки обычно поведенческие, прежде чем они станут физическими:

Поведенческие признаки:

Кормление в необычное время или отказ от еды во время пиковых периодов кормления.

Ночные рыбы прячутся в темное время суток, а не становятся активными.

Повышенная агрессия или покусывание плавников-, особенно в необычное время.

Беспокойство - постоянное плавание, неспособность принять положение покоя.

Дневные рыбы не отдыхают в темное время суток - остаются активными и отзывчивыми всю ночь

Физические признаки (после длительного перерыва):

Выцветание цвета или потеря яркости

Повышенная восприимчивость к инфекции - белая пятнистость (Ich), бактериальная плавниковая гниль, появляющаяся без очевидной причины.

Снижение скорости роста выращиваемой рыбы

Нерестовое поведение у видов, которые не находятся в состоянии размножения, или неспособность нереститься у видов, которые должны быть

Решение простое: установите постоянный фотопериод с помощью таймера лампы для аквариума и поддерживайте его без перерывов в течение как минимум двух-трех недель. У большинства рыб ре-поведенческая ресинхронизация проявится в течение недели, при этом полное физиологическое ре-переобучение займет несколько больше времени.

Ассоциация развлекательных услуг и технологий (ESTA) все чаще признает интеллектуальную технологию контроля окружающей среды -, включая программируемое освещение и системы поддержки -, в своих стандартах для выставочных и выставочных помещений. В техническом руководстве ESTA по живым экспонатам и биоактивным дисплеям (включая установки в общественных аквариумах) программируемое управление фотопериодом конкретно упоминается как лучшая практика для благополучия животных и качества экспозиции, ссылаясь на опубликованные исследования о поведенческих и физиологических преимуществах постоянных циркадных световых сигналов для водных видов. Такое профессиональное признание автоматизации освещения в аквариумах подчеркивает, что то, что любители часто интуитивно понимают на основе наблюдений, имеет подлинную научную и социальную поддержку.

Специализированный аквариумный магазин в Юго-Восточной Азии устанавливал серию выставочных общественных аквариумов для осмотра покупателями и здоровья скота. В резервуарах обитали смешанные тропические сообщества, включая тетр, расбор, коридорас и различных декоративных живородящих растений. Предыдущий подход в магазине заключался в ручном включении света, при этом свет обычно включался на 8–16 часов в зависимости от часов работы магазина.

Sunhingstones поставила скоординированную систему для 12 демонстрационных стендов:

ПрограммируемыйТаймер аквариумной лампыУстановлен фотопериод 12:12 с 20-минутной постепенной имитацией рассвета и сумерек.

Аквариумные воздушные насосы постоянного тока с отдельной цепью таймера, работающие с пониженной мощностью в светлую фазу и с полной мощностью в темную фазу для поддержания уровня кислорода в ночное время.

Результаты, наблюдаемые в течение шести недель:

Сотрудники отметили явное улучшение оседлого поведения всех рыб, особенно коридорас -, которые становились активными в темную фазу, а не в случайное время.

Реакция на кормление во время первого утреннего периода кормления заметно улучшилась -, рыба была явно готова и активно кормилась, а не требовала повторных попыток кормления.

Заболеваемость за шестинедельный-недельный период была нулевой по сравнению с одной вспышкой белых пятен и одной бактериальной инфекцией за шесть недель до замены системы (в остальном сопоставимый период-воздействия заболевания)

Владелец магазина отметил: «Самым большим видимым изменением стали коридоры. До появления системы таймера они иногда были активны в середине светлого периода и прятались, когда вы ожидали, что они будут активны ночью. Теперь они полностью предсказуемы - именно такими, какими и должны быть».

График освещения – это не тривиальная настройка, которую нужно сделать правильно, а потом забыть. Это основной сигнал окружающей среды, который управляет физиологией вашей рыбы каждый день - кормлением, иммунитетом, ростом, регуляцией стресса. Правильный выбор правильного-фотопериода с помощью таймера для аквариумной лампы и тихая ночная оксигенация от воздушного насоса постоянного тока создают условия для по-настоящему здоровых и-хороших рыб.

Компания Sunhingstones производит таймеры для аквариумных ламп и устройства постоянного тока для аквариумных воздушных насосов, предназначенные именно для такого рода интегрированного ежедневного управления окружающей средой -, точного планирования, бесшумной работы и надежной работы в течение длительного периода времени.

Свяжитесь сейчас

1. Ватин Г. и др. «Циркадные часы данио -: от разработки к фармакологии». Тенденции в фармакологических науках, том. 32, выпуск 4, 2011 г. https://www.sciencedirect.com/journal/trends-in-фармакологические-науки.
2.Жданова И.В. и др. «Мелатонин способствует состоянию сна,-подобному состоянию рыбок данио». Исследования мозга, том. 903, выпуски 1–2, 2001 г. https://www.sciencedirect.com/journal/brain-research.
3. Фалькон Дж. и др. «Циркадные часы в сетчатке регулируют пути палочек и колбочек». PLOS ONE, Том. 13, выпуск 2, 2018. https://journals.plos.org/plosone/
4. Дэви А. и др. «Постоянное воздействие света вызывает хронический стресс у атлантического лосося: возможная роль мелатонина и нарушения циркадных ритмов». Аквакультура, Том. 422–423, 2014. https://www.sciencedirect.com/journal/aquacultural