Этим летом побережье Южной Флориды в США оказалось покрыто рекордным количеством бурых водорослей саргассум. Ученые Школы морских, атмосферных и наук о Земле Розенстила Университета Майами изучают возможность использовать эту биомассу в качестве сырья, а не рассматривать ее исключительно как отходы.

Исследователи предлагают объединить растущие объемы саргассума в регионе с использованием личинок черной львинки. Команда специалистов по аквакультуре Школы Розенстила изучает, можно ли превратить экологическую проблему в источник сырья для более устойчивого производства кормов и других биопродуктов.

Проект получил более $320 тыс. в виде грантов на начальном этапе от Florida Sea Grant и Центра Хинкли по управлению твердыми и опасными отходами. Его задача — найти решение для все более масштабного загрязнения побережья саргассумом, которое из сезонного явления превратилось в регулярно возникающую экологическую проблему.

«Наша цель заключается не только в том, чтобы снизить негативное воздействие саргассума на побережье, но и в том, чтобы изменить подход Флориды к решению этой проблемы, — отметил директор программы по аквакультуре, профессор кафедры морской биологии и экологии и директор направления аквакультуры Школы Розенстила Дэниел Бенетти. — Вместо того чтобы рассматривать саргассум как отход, мы хотим создать масштабируемую систему его переработки в ценные продукты для аквакультуры, сельского хозяйства и новых отраслей биотехнологии».

В основе проекта — использование одного из наиболее эффективных природных переработчиков органики: личинок черной львинки. Эти насекомые за несколько недель способны перерабатывать растительные отходы местного происхождения, превращая их в продукты с высокой добавленной стоимостью, в том числе устойчивый ингредиент для кормов и богатое питательными веществами органическое удобрение.

«Мы превращаем экологическую проблему в источник экономической ценности для прибрежных территорий», — подчеркнул Бенетти.

В рамках гранта Центра Хинкли, реализуемого совместно с профессором Инженерного колледжа Университета Майами Хеленой Сото-Габриэле, ученые изучат способность личинок черной львинки и других биологических деструкторов, в частности червей, удалять мышьяк из саргассума. Это необходимо для того, чтобы продукты переработки биомассы можно было безопасно использовать.

От проблемы с водорослями — к производству кормов для рыб

Лаборатория питания и биотехнологии в аквакультуре Школы Розенстила под руководством научного сотрудника Хорхе Суареса разработала экспериментальную систему выращивания личинок черной львинки, которая позволяет контролировать процесс биоконверсии в заданных условиях.

Система предназначена для снижения микробиологической нагрузки, разделения и локализации загрязняющих веществ, а также ограничения переноса нежелательных компонентов, в частности неорганического мышьяка, в почву и водные экосистемы в процессе неконтролируемого разложения биомассы.

Это не первый опыт команды с личинками черной львинки. В прошлом году докторант Школы Розенстила Хулио Камперио и его коллеги опубликовали несколько рецензируемых научных работ, в которых продемонстрировали потенциал личинок в качестве функционального ингредиента для кормов в аквакультуре.

Результаты исследований показали, что при использовании растительных субстратов в качестве корма личинки содержали значительно больше полифенолов. Это свидетельствует о том, что личинки черной львинки способны переносить антиоксидантные соединения из отходов в собственную биомассу. Таким образом, они могут использоваться в качестве устойчивого кормового ингредиента для аквакультуры, потенциально способствующего улучшению общего состояния здоровья рыб.

После переработки личинки превращаются в низкоуглеродную альтернативу рыбной муке, производимой из выловленной в дикой природе рыбы. Побочный продукт переработки — фрасс, то есть органическое удобрение, богатое питательными веществами. Его применение может улучшать состояние почвы и снижать зависимость сельского хозяйства от синтетических удобрений.

По данным Университета Майами, черная львинка становится перспективным инструментом создания более устойчивых продовольственных систем, позволяющим превращать органические отходы в высококачественный белковый компонент кормов для животных. Биомасса личинок содержит незаменимые аминокислоты, полезные жиры и важные микроэлементы, необходимые для роста и поддержания здоровья животных. При этом цикл производства отличается высокой скоростью и потенциальной масштабируемостью.

По сравнению с традиционными источниками кормового белка производство личинок требует меньшего количества ресурсов и характеризуется более низкой экологической нагрузкой. Кроме того, использование такого ингредиента может способствовать повышению эффективности конверсии корма у сельскохозяйственных животных и объектов аквакультуры.

Производство муки из личинок черной львинки уже активно масштабируется компаниями по всему миру. Продукт используется в аквакультуре, птицеводстве и производстве кормов для домашних животных как более устойчивый источник белка по сравнению с традиционными ингредиентами из мелкой пелагической рыбы и криля.

Развитие этого направления позволяет превращать отходы в ценное сырье, замыкать циклы обращения питательных веществ и одновременно снижать нагрузку на наземные и морские экосистемы.

Плавучий морской оазис

Саргассум является естественной и важной частью экосистемы Атлантического океана. Пока водоросли находятся в море, они служат средой обитания для множества морских организмов.

С 2011 года площадь распространения саргассума значительно увеличилась, сформировав обширный новый регион, получивший название «Большой атлантический пояс саргассума». Его формированию способствуют изменения характера ветров. Оттуда крупные скопления водорослей океаническими течениями перемещаются в Карибское море, Мексиканский залив и тропическую часть Южной Атлантики.

В открытом океане свободно плавающий саргассум формирует сложные трехмерные скопления, которые напоминают дрейфующие оазисы в практически лишенной структуры морской среде. В переплетенной массе водорослей сотни видов морских организмов находят пищу, укрытие и место для развития — от мелких беспозвоночных до промысловых видов рыб, включая дорадо и тунца.

Однако после выброса на берег воздействие саргассума меняется. Во Флориде ветер и морские течения выносят водоросли на пляжи, где сложная трехмерная структура морской экосистемы разрушается: по мере высыхания и разложения водоросли превращаются в плотные плоские скопления.

Толстые слои саргассума выделяют сероводород, обладающий резким неприятным запахом, и могут становиться средой обитания организмов, вызывающих раздражение кожи. В результате ценная морская среда обитания превращается в серьезную проблему для прибрежных территорий.

Массовое скопление водорослей на пляжах также негативно влияет на туристическую отрасль Флориды, снижая привлекательность побережья Южной Флориды и создавая проблемы для отдыха, местного бизнеса и доступа к пляжам.

Масштабирование решения на основе циркулярной экономики

Теперь команда сосредоточена на разработке практического и масштабируемого решения, которое в перспективе можно будет применять не только в Майами, но и в других регионах, сталкивающихся с массовым выбросом саргассума, включая страны и территории Карибского бассейна.

Для дальнейшего развития проекта ученые ищут дополнительное финансирование, которое позволит масштабировать разработанную технологию и развернуть модульные контейнерные установки с личинками черной львинки. Предполагается, что такие системы смогут перерабатывать большие объемы выброшенного на берег саргассума непосредственно в прибрежных населенных пунктах, где возникает проблема.

По данным Университета Майами, речь идет о коммерчески апробированных климатически контролируемых модулях, которые можно быстро развертывать. Они позволяют перерабатывать значительные объемы биомассы и получать стабильные по характеристикам продукты для последующего использования в различных отраслях.

Проект предлагает подход, при котором экологические задачи объединяются с экономическими возможностями: вместо затрат на утилизацию отходов создается источник дополнительной стоимости. Это позволит сократить объемы захоронения отходов на полигонах, снизить выбросы и превратить экологическую проблему в основу устойчивой прибрежной биоэкономики.

Ранее по теме:

NaturAlleva и Innovafeed масштабируют использование ингредиентов из личинок мухи «черная львинка» в аквакультуре