Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
15
НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ
ІНСТИТУТ БІОЛОГІЇПІВДЕННИХ МОРІВім. О. О. КОВАЛЕВСЬКОГО
ГУБАРЕВА
Олена Сергіївна
УДК [595.324:595.34]:591.05:591.173:551.464.621
ВПЛИВ КОНЦЕНТРАЦІЇ КИСНЮ НА ОСОБЛИВОСТІ МЕТАБОЛІЗМУІ ЛОКОМОЦІЇ ПЛАНКТОННИХ РАКОПОДІБНИХ
Moina micruraHellich (Cladocera) таCalanus euxinusHulsemann (Copepoda)
03.00.17 - гідробіологія
АВТОРЕФЕРАТ
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата біологічних наук
Севастополь - 2000
Дисертацією є рукопис.
Робота виконана в Інституті біології південних морів
ім. О.О.Ковалевського НАН України, м. Севастополь
Науковий керівник: доктор біологічних наук,
член-кореспондент НАН України, професор,
Шульман Георгій Євгенович,
завідуючий відділом ІнБПМ
Офіційніопоненти: доктор біологічних наук,
старший науковий співробітник,
Павлова Єлизавета Вікторівна,
провідний науковий співробітник ІнБПМ
кандидат біологічних наук,
Кісельова Галина Олександрівна,
доцент Таврійського національного
університету ім. В.І. Вернадського
Провідна установа: Харківський державний університет,
біологічний факультет, Міносвіти
України, м. Харків
Захист відбудеться “ ”березня 2000 р. о 11 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 50.214.01 Інституту біології південних морів НАН України, адреса: 99011, м. Севастополь, пр. Нахімова, 2.
З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Інституту біології південних морів НАН України, адреса: 99011, м. Севастополь, пр. Нахімова, 2.
Автореферат розісланий “ ”січня 2000 р.
Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради,
кандидат біологічних наук Неврова О.Л.
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність проблеми. Вивчення механізмів адаптації організмів до абіотичних факторів середовища є одним із фундаментальних завдань сучасної гідробіології. Концентрація розчиненого кисню поряд з температурою і солоністю води істотно впливає на видовий склад, чисельність і розподіл гідробіонтів. Наявність кисневих екстремумів характерна як для замкнених мілководних водоймищ, так і для глибоководних районів Світового океану (Степанов, 1983). Велика кількість гідробіонтів має виражену кисневу толерантність. Так, серед планктонних організмів виявлені популяції, що розвиваються у проміжних, збіднених киснем шарах Тихого океану (Childress, 1975, 1977; Osgood, Checkley, 1997). В субанаеробному шарі Чорного моря, який розташований над сірководневою зоною, утворюють агрегації планктонні Copepoda (Виноградов, 1997). Здатність переносити низькі концентрації кисню характерна і для багатьох видів ряду Cladocera (Ивлева, 1981).
Існуючі уявлення про механізм адаптації гідробіонтів до гіпоксії склалися внаслідок експериментальних дослідженнь, переважно риб, вищих ракоподібних та молюсків (Хочачка, Сомеро, 1977; Шмидт-Ниельсен, 1982; Савина, 1992).
У планктонних ракоподібних особливості адаптивної реакції на гіпоксію дослідженi недостатньо. Крім інформації про мінімальні концентрації кисню, при яких спроможні існувати окремі види рачків (Никитин, Мальм, 1932; Longhurst, 1967; Flint, Drits, Pasternak, 1991; Stalder, Marcus, 1997), є лише фрагментарні відомості про кисневу залежність їх загального енергетичного обміну (Heisey, Porter, 1977; Omori, Ikeda, 1984; Vinogradov et al., 1992). Разом з тим, для розуміння механізмів адаптації потрібні знання про зміни активного і базального обмінів, ролі окремих енергетичних субстратів. У останні часи показано, що при короткостроковій гіпоксії звичайний для багатьох гідробіонтів змішаний, білково-ліпідний тип використання енергетичних субстратів (Раймонт, 1988) може змінюватись на виключно білковий (Шульман и др., 1992, 1993; Светличный и др., 1994; Shulman, Love, 1999).
Проблема життя в умовах гіпоксії не вичерпується питаннями фізіологічної адаптації. Планктонні ракоподібні здатні концентруватися у шарах води з сприятливими концентраціями кисню (Флинт, 1989), що вказує на необхідність вивчення їхньої пристосовної реакції на рівні поведінки. Актуальність визначення адаптаційного потенціалу планктонних рачків обумовлена зменшенням в останні роки чисельності і видового складу гідробіонтів пелагіалі Чорного моря внаслідок антропогенного забруднення (Виноградов и др., 1992).
Мета та завдання дослідження. Метою роботи було виявити особливості метаболічної та моторної реакції ракоподібних, які мають різноманітну екологічну спеціалізацію, на зміни концентрації кисню в навколишньому середовищі.
В зв’язку с цим завдання дослідження включало вивчення кисневої залежності таких функціональних характеристик рачків:
- загального, базального і активного енергетичного обміну;
- інтенсивності екскреції амонійного азоту;
- співвідношення основних субстратів енергетичного обміну;
- параметрів локомоторної активності і поведінки.
У якості об’єктів дослідження використовували: а) неаклімованих “блідих”та аклімованих до гіпоксії завдяки здатності збільшувати вміст гемоглобіну “червоних”самок епілімнітичних Moina micrura H e l l i c h (ряд Cladocera), які живуть у лиманах Чорного моря з нестабiльним режимом; б) самки і V копеподіти батіпелагічних Calanus euxinus H u l s e m a n n (ряд Сopepoda), які належать до двох екогруп: що здійснюють добові вертикальні міграції у гіпоксичні шари Чорного моря і знаходяться там у стані діапаузи.
Наукова новизна отриманих результатів. Вперше виконано дослідження впливу концентрації розчиненого у воді кисню на інтенсивність енергетичного та азотистого метаболізму, а також поведінки чорноморських M. micrura и C. euxinus.
Показано, що короткочасне переживання та тривале життя в умовах гіпоксії засновані на різних стратегіях адаптації енергетичного обміну та утилізації субстратів метаболізму.
У неаклімованих до дефіциту кисню M. micrura короткострокова гіпоксія викликає зниження інтенсивності метаболізму, головним чином, за рахунок різкого зменшення активного обміну. При цьому звичайний для нормоксії змішаний білково-ліпідний тип катаболізму змінюється на виключно білковий, який здійснюється переважно анаеробним шляхом. Довгострокова аклімація до гіпоксії, яка відбувається завдяки зростанню кисневої ємкості крові, дозволяє моїнам підтримувати активний обмін на рівні, достатньому для здійснення життєвих функцій, і використовувати в енергетичному обміні змішані білково-ліпідні субстрати.
У C. euxinus, які перебувають в умовах періодичного зниження концентрацій кисню під час добових вертикальних міграцій, нестача кисню спричинює зниження загального, базального та активного енергетичного обміну, але не впливає на інтенсивність екскреції амонійного азоту. Основним субстратом енергетичного обміну в умовах дефіциту кисню у них також стає білок, який здебільшого утилізується у процесі активного обміну. Тривале переживання гіпоксії у стані, близькому до діапаузи, відбувається завдяки зменшенню метаболічної та локомоторної активності, а також різкому зниженню рівня амонійної екскреції, що супроводжується відновленням приблизно рівнозначної участі білка і ліпідів в катаболічних процесах.
Вперше встановлено кількісні закономірності впливу низьких концентрацій кисню на механічні параметри локомоції моїн і калянусів, що проявляються в збільшенні тривалості локомоторних актів, зниженні сили тяги, яка утворюється плавальними кінцівками частоти і потужності їх дії, разом з тим показана здатність рачків до компенсаторного збільшення загальної тривалості плавби.
Практичне значення отриманих результатів. Отримані результати вiдносно інтенсивністi дихання ракоподібних мають практичне значення для продукційно-енергетичних оцінок розвитку популяцій при мінливих кисневих режимах у місцях перебування тварин. Дані про вплив концентрації кисню на метаболізм, параметри локомоторної активності та поведінку рачків у цілому поширюють можливості застосування математичних моделей для прогностичного опису морських екосистем.
Використаний у роботі підхід одночасного спостереження за динамікою енергетичного та азотистого обміну, а також етологічною реакцією ракоподібних на зменшення концентрації кисню може бути запропонований як метод тестових досліджень ГДК шкідливих речовин (важких металів, пестицидів, нафтопродуктів тощо), які блокують окисно-відновні процеси в тканинах тварин.
Апробація роботи. Матеріали дисертації доповідалися автором на семінарах у відділі фізіології тварин ІнБПМ (1993-1998 р.р.), на XXXI Європейському симпозіумі з морської біології (м. Санкт-Петербург, Росія, 9-13 вересня 1996 року), II з’їзді Гідроекологічного товариства України (м. Київ, Україна, 27-31 жовтня 1997 р.), XVI Балтийському симпозіумі морських біологів (м. Клайпеда, Литва, 21-25 червня 1999 р.), та були представлені на II Європейській конференції з ракоподібних (м. Л’єж, Бельгія, 2-6 вересня 1996 р.), II Міжнародному симпозіумі “Діапауза у ракоподібних”(м. Гент, Бельгія, 24-29 серпня 1997 р.), IV Міжнародному конгресі з ракоподібних (м. Амстердам, Нідерланди, 20-23 липня 1998 р.), XXXII Європейському симпозіумі з морської біології (м. Вілхелмсхафен, Німеччина, 7-11 вересня 1998 р.).
Публікації. Результати дисертаційної роботи повністю опубліковані у 14 наукових працях (1 - без співавторів); 4 з них - в наукових фахових виданнях, рекомендованих ВАК України, та зарубіжних виданнях; також 10 тез доповідей у матеріалах міжнародних та регіональних конференцій.
Особистий внесок здобувача. Досліди по диханню та амонійній екскреції M. micrura и C. euxinus, статистична обробка, аналіз та узагальнення експериментальних даних виконі автором самостійно. Досліди по локомоторній активності ракоподібних проведені разом з к.б.н. Л.С. Свєтличним.
Структура та обсяг дисертації. Дисертацію викладено на 146 сторінках машинописного тексту. Вона складається зі вступу, 4-х розділів, висновків та списку використаних джерел. Текст містить 6 таблиць та 26 ілюстрацій. Список використаних джерел включає 294 найменувань, у тому числі 191 - зарубіжних.
ЗМІСТ РОБОТИ
ОГЛЯД ЛІТЕРАТУРИ
В обзорі поданий аналіз літератури, присв’яченої впливу деяких біотичних та абіотичних факторів (маси тіла, температури, концентрації кисню, споживанню їжі, голодування, функціональної рухливостї) на енергетичний обмін, екскрецію амонійного азоту, використання метаболічних субстратів та моторну активність гіллястовусих та веслоногих ракоподібних. Показано, що адаптації ракоподiбних до дефіциту кисню спрямовані на посилення його поглинання з води, або на зміну розподілу в організмі, підвищення ефективності використання доступного кисню, зміну шляхів метаболізму.
МАТЕРІАЛ І МЕТОДИКА
Експерименти були виконані в період з 1993 по 1998 р.р.: а) на самках M. micrura, неаклімованих до гіпоксії, вирощених у насиченій киснем воді та аклімованих до гіпоксії тривалим утримуванням в культурі при концентрації кисню ~1.4±0.5 мг л-1; б) на самках і копеподитах (активних та діапаузуючих на п’ятій стадії розвитку) C. euxinus, зібраних у відкритих районах Чорного моря. Враховуючи особливості екології калянусів, самок цього виду збирали вдень з глибини 80-200 м, а вночі - з поверхневих шарів моря. Мігруючих копеподитів ловили тільки вночі біля поверхні, а діапаузуючих копеподитів - в цей же час біля нижньої межі аеробної зони моря.
У моїн та калянусів при сталих значеннях температури (відповідно 18.0 і 8.0С) досліджено вплив концентрації розчиненого у воді кисню на інтенсивність його споживання (Q, мкг Омг-1 сирої масиг-1) та екскрецію амонійного азоту (EN, мкг NH-N мг-1 сирої масиг-1), атомне відношення O:N, яке характеризує використання метаболічних субстратів, частоту локомоторних актів (F, Гц); розвинуту кінцівками силу тяги (R, дін), загальний час, витрачений на рух (Т, % часу спостереження).
Обсяг отриманого матеріалу подано у таблиці 1.
Інтенсивність дихання і екскреції визначали за відносною зміною концентрації кисню та амонійного азоту у дослідних (з тваринами) та контрольних
Таблиця 1
Характеристика матеріалу дослідження
|
Вид |
Стать, стадія розвитку |
Фізіологічний стан |
Період дослід-жень |
Темпе- ратура утриму- вання, С |
Конц. О у культурі(1) і в середовищі перебування(2), мг-1л-1 |
Конц. О в умовах досліду, мг-1л-1 |
Кількість дослідів
|
|||||
|
Q |
ЕN |
O:N |
F |
R |
T |
|||||||
|
Moina |
Самки |
Неаклімовані |
XI/94- X/95 |
±1 |
-10(1) |
.32-8.35 |
|
|
|
|||
|
micrura |
Самки |
Аклімовані |
II-X/95 |
±1 |
.4± 0.5(1) |
.16-10.4 |
|
|
||||
|
Самки |
Наркотизова-ні |
X/95 |
±1 |
.4; 8-10(1) |
.30-9.89 |
|
-- |
-- |
-- |
|||
|
Calanus |
Самки |
Мігруючі |
XI/94- IV/96 |
±0.5 |
.5-10.4(2) |
.38-10.36 |
|
|
||||
|
euxinus |
V копеподіти |
Мігруючі |
XI/94- IV/96 |
±0.5 |
.5-10.4(2) |
.53-10.2 |
|
|
||||
|
V копеподіти |
Діапаузуючі |
X-XI/96 |
±0.5 |
.3-0.5(2) |
.23-8.8 |
|
|
-- |
||||
|
Самки и V копеподіти |
Наркотизова-ні |
X-XI/96 |
±0.5 |
.5-10.4(2) |
.53-4.8 |
|
-- |
-- |
-- |
Примітка. Q - інтенсивність споживання кисню; ЕN - інтенсивність екскреції амонійного азоту; O:N –атомне відношення спожитого кисню до виділеного азоту; F - частота локомоції; R - сила тяги плавальних кінцівок; T- загальний час, витрачений на рух.
цільноскляних шприцах об’ємом 2.5 мл. У кожний дослідний шприц поміщали в середньому по 10 активних і до 20 наркотизованих M. micrura, 3-5 активних і до 10 наркотизованих V копеподитів C. euxinus, а також 2-3 активних і 5-7 наркотизованих самок калянусів. Експозиція тривала близько 3 годин. Для досягнення необхідної концентрації кисню профільтровану воду через мембранний фільтр “Sartorius”з діаметром пор 0.8 мкм, продували газоподібним азотом.
Концентрацію кисню визначали за допомогою оксіметра з імпульсним гальванічним датчиком та вимірювальною камерою (Светличный, Уманская, 1991), яку заповнювали чотирма порціями води через голку шприца. Злив проби використовували для визначення вмісту амонійного азоту за методом Сэджи-Солорзано (Omori, Ikeda, 1984).
Базальний обмін визначали шляхом наркотизації: моїн - 1% розчином уретану, а калянусів - курареподібним деполяризуючим м’язовим релаксантом дитиліном. Рачкiв, яких готували до досліду, утримували у воді з наркотантами до повної втрати ними моторної активності, але до збереження серцевих скорочень.
Механічні параметри локомоції досліджували у рачків, прикріплених до датчика сили (Светличный, 1990). Концентрацію кисню у досліді знижували градієнтно (5-6 разів) на протязі 60-120 хвилин, поки тварини не починали ціпеніти. Протягом цього часу виконували безперервну реєстрацію їх активності на стрічці самописця та періодичну - на комп’ютерному накопичувачі інформації. Отримані дані після стандартного статистичного аналізу, представлено у вигляді середніх та їх відхилень (x±SD).
РЕЗУЛЬТАТИ ДОСЛІДЖЕНЬ ТА ЇХ ОБГОВОРЕННЯ
Особливості адаптації до гіпоксії у Moina micrura (Cladocera). У насиченій киснем воді інтенсивність загального енергетичного обміну M. micrura (мал.1, А, Б) в середньому дорівнює 1.19 мкг О мг-1 г-1 у неаклімованиx (Mna) та 0.92 мкг О мг-1 г-1 - у аклімованих до гіпоксії (Ma) особин. Мінімальна концентрація О, при якій зберігається моторна активність рачків, дорівнює 0.4 та 0.2 мг л-1 відповідно. У діапазоні від максимальної величини (~10 мг л-1) до цих концентрацій О інтенсивність загального обміну (Qt) у Ma зменшується в 18.5, а у Ма - в 6.5 рази. Хоча Ма виявляє залежний тип обміну, діапазон концентрацій кисню, який вони витримують, ширший, а загальний енергетичний обмін в умовах гіпоксії (0.4-0.5 мг Ол-1) в 6.2 рази перевищує обмін Mna.
У відмінності від загального обміну, характер змін і абсолютні показники базального обміну (Qb), які визначені у наркотизованих організмів з двох субкультур, виявились близькі (мал.1, В). У дослідженому діапазоні концентрацій кисню вони зменшуються у середньому від 0,33 до 0.053 мкг О мг-1 г-1.
Активний обмін (Qa), розрахований за різницею між середніми значеннями загального та базального обміну, при пониженні концентрації O від 7.8 до 0.47 мг л-1 зменшується у 80 разів у Мna і лише в 1.8 рази - у Ма(мал. 1,Г). При цьому в насиченій киснем воді Qa виявився в 2.6-3.4 рази вище Qb, що близько відношенню активного обміну до базального у Daphnia magna S t r a u s и Simocephalus vetulus (O.F. Mller), який досягає 2-4, за даними Т. Г. Філіппової і А. Л. Постнова (1988) та 1.4-4.1- за даними М. Б. Іванової и Р. З. Клековського (1972).
Таким чином, високий рівень загального енергообміну аклімованих моїн в умовах гіпоксії обумовлений відносно слабкою залежністю їх активного обміну від концентрації кисню.
Оцінка структури активного обміну, яка виконана на підставі виміру механічних параметрів локомоції особин, що прикріплюються у воді до датчика сили, показала, що в оптимальних умовах витрати метаболічної енергії на локомоцію (Q) cкладають біля 3% активного обміну. При зменшенні концентрації Oсила тяги, яка створена плавальними кінцівками, знижується в 2 рази, а тривалість локомоції зростає в 2,7 рази при 1,1 мг O л-1 і різко понижується при сублетальних концентраціях, при цьому частка (Q) в активному обміні у Мna зростає до 80%, очевидно, в зв’язку з пригніченням їх фільтраційної активності, а у Ма - тільки до 13%. Можна припустити, що аклімація до гіпоксії дозволяє моїнам зберегти запас потужності, необхідний для здійснення фільтраційного живлення.
Інтенсивність екскреції амонійного азоту (EN), яка досягає 0.079 у Мna та 0.056 мкг NH-N мг-1 г-1 у Ма , знижується відповідно в 4.2 и 2.7 рази (мал. 2).
У наркотизованих моїн відзначено відносно невелику зміну EN, тоді як екскреція, яка супроводжує активний обмін, знижується у більшій мірі - в 8.9 рази у Мna та у 2.8 рази у Ма.
Середньостатичний рівень O:N у Ma іМna при нормоксичних концентраціях Оваріює в межах 14.6-24.8 (мал. 3), що характерно для змішаного, білково-ліпідного типу катаболізму (Ikeda, 1974; Раймонт, 1988). При зменшенні вмісту Онижче критичного рівня (0.5 мг л-1 у Ма і 1.5 мг л-1 у Мna) величини O:N достовірно (p<0.01) знижуються у них від 20.2 до 8.5 и від 23.4 до 5.0 відповідно. Це свідчить про те, що в умовах гострого дефіциту кисню катаболізм моїн здійснюється за рахунок білка, причому більша його частка (до 64%) у Мnа використовується анаеробно.
У наркотизованих моїн показник O:N в межах діапазону толерантних концентрацій кисню змінюється у середньому від 37.5 до 8.5 незалежно від ступеня аклімації рачків. Основні аклімаційні зміни атомного відношення O:N виявляються в активному обміні моїн. У неаклімованих особин O:N різко знижується від 19.1 до 1.1, що свідчить про те, що при сублетальних концентраціях кисню їх активний обмін на 90% відбувається за рахунок анаеробного використання білка. Навпаки, у аклімованих особин індекс O:N зростає до 26, що відповідає змішаному білково-ліпідному типу катаболізму.
Особливості адаптації до гіпоксії у Calanus euxinus (Сopepoda). Інтенсивність дихання мігруючих особин на п’ятій копеподитній стадії розвитку (CVА) і самок не має достовірних відмінностей, що дозволило розглянути їх як єдину екологічну групу. Загальний обмін калянусів цієї екогрупи при високих і середніх концентраціях кисню змінюється незначно, в межах 0.4-0.5 мкг О мг-1г-1 (мал. 4). Однак, у діапазоні низьких концентрацій О (2.3-0.8 мг л—) киснева залежність обміну різко посилюється, що було з’ясовано раніше у дослідах С. Маршалл и А. Орр (Marshall, Orr, 1972). При цьому інтенсивність дихання у них достовірно (p<0.001) знижується до 0.19 мкг О мг-1 г-1. В цілому, в межах толерантного діапазону концентрацій кисню обмін мігруючих рачків знижується в 2.6 рази.
У копеподитів, що перебувають у фазі діапаузи (CVD) у гіпоксичних шарах, де концентрація кисню становить 0.3-0.5 мг л-1 (Флинт, 1989), загальний обмін змінюється у середньому в 3.1 рази, що співпадає з результатами експериментів, виконаних М.Є. Виноградовим з співавторами (1992), проте його рівень в 1.7-2.2 рази нижче, ніж у мігруючих калянусів.
У наркотизованих СVAі самок при зменшенні концентрації розчиненого кисню інтенсивність дихання достовірно (p<0.001) знижується приблизно у 4 рази. У середньому вона в 2-5 разів нижче, ніж у інтактних активних особин. Зона незалежного типу обміну у них не виражена.
Активний обмін, розрахований так саме, як і у M. micrura, за різницею між інтенсивністю дихання інтактних і наркотизованих особин, при зміні концентрації кисню від 9.3 до 0.64 мг О л-1 знижується в 2 рази від 0.3 до 0.15 мкг О мг-1 г-1. При цьому його частка у загальному енергетичному обміні зростає від 60% в умовах нормоксії до 93% при гіпоксії.
Оскільки рівномірна плавба за рахунок гребних рухів ротовими придатками є основним способом поступального руху калянусів (Павлова, 1987), особливий інтерес дослідників викликає адаптивна реакція на рівні цього типу локомоції.
Дослідження особин, що були закріплені на датчику сили, свідчить, що при зниженні концентрації кисню, частота режиму локомоції достовірно (p<0.001) зменшується в 1.9-2.2 рази, а сила тяги, що створюється ротовими придатками - в середньому в 2.2 рази. Навпаки, час, витрачений рачками на локомоцію, при зменшенні концентрації кисню зростає і при 1.0 мг О л-1 рухливість мігруючих особин стає майже безперервною. Очевидно, така етологічна реакція є засобом компенсації зниженої швидкості плавби.
Інтенсивність екскреції амонійного азоту у досліджених CVA і самок незакономірно варіює в межах 0.022-0.04 мкг NH-N мг-1 г-1 (мал. 5, А).
У наркотизованих особин екскреція достовірно (p<0.001) знижується від 0.013 до 0.0045 мкг NH-N мг-1 г-1, тоді як екскреція, як наслідок активного обміну, зростає незначно від 0.018 до 0.022 NH-N мг-1 г-1 (мал. 5, Б). Можна припустити, що в умовах гіпоксії енергія білка, який катаболізують мігруючі калянуси, використовується в основному для забезпечення рухової активності. Екскреція азоту у CVD при концентраціях кисню, характерних для умов їх перебування, виявилась приблизно у 3.6 рази нижча за CVA.
Середні значення атомного відношення O:N у CVA і самок в умовах нормоксії знаходяться в межах (17-21), які відповідають змішаному білково-ліпідному типу катаболізму. При низьких концентраціях Орівень О:N у мігруючих калянусів різко знижується до 8.4, тоді як у CVD досягає 16.7- 26.4 (мал. 5, В). Таким чином, при дефіциті кисню енергетичний обмін мігруючих калянусів може здійснюватись тільки за рахунок катаболізму білка. Рачки з різко зниженим рівнем обміну, що знаходяться в стадії діапаузи, можуть в умовах гіпоксії утилізувати як білок так і ліпіди.
ЗАКЛЮЧНА ЧАСТИНА
Проведені дослідження дозволяють виділити певні загальні принципи адаптивної реакції на зміну кисневого режиму у планктонних ракоподібних. Внутрішній гіпоксійний стан, викликаний дефіцитом кисню у середовищі, призводить до зниження загального, базального і активного обміну. При цьому доступного кисню рачкам виявляється недостатньо для катаболізму енергоємких ліпідів і єдиним джерелом енергії стає білок, використання якого може відбуватись навіть в умовах анаеробіозу (Хочачка, Сомеро, 1977; Shulman, Love, 1999).
Лімітуючий вплив гіпоксії на рівні нервово-м’язової діяльності виявляється подібно температурному ефекту. Чим менше кисню надходить до м’язів, тим менше сила, частота та потужність локомоторних актів, які забезпечують основні життєві функції - пошук та споживання їжі. Однак, зниження ефективності локомоції рачки можуть, у тій чи іншій мірі, компенсувати збільшенням тривалості руху. У моїн відносно невисока в оптимальних умовах тривалість стрибкоподібної плавби збільшується приблизно на 20% при зниженні концентрації О до рівня 1.1 мг л-1, що є критичним для багатьох ракоподібних (Сущеня, 1972), а потім різко знижується. Глибоку гіпоксію ці рачки можуть певний час зносити в стані заціпеніння. Екологія калянусів не припускає припинення локомоторної діяльності. Концентруючись вдень у гіпоксичних шарах, вони вимушені активно протидіяти пасивному опусканню (Флинт, 1989; Svetlichny, et al., 1998) в аноксичні шари, які стикуються з сірководневою зоною. Цілком імовірно, що саме через те компенсаторна етологічна реакція на гіпоксію виявляється у них сильніше. При сублетальних концентраціях кисню локомоторні дії ротовими кінцівками стают безперервними, забезпечуючи калянусам повільне, але рівномірне спливання.
Адаптація до гіпоксії у V копеподитів калянусів, які вступили у фазу діапаузи, заснована на тих самих принципах кисневої залежності метаболізму і моторної активності. Однак, у діапаузуючих калянусів відбувається ще більше, ніж у мігруючих, зниження параметрів локомоції, енергетичного обміну та різке, багаторазове зменшення екскреції азоту. Основними субстратами метаболізму, поряд з білком, у них стають ліпіди, для окислення яких, очевидно, достатньо розчиненого у воді кисню.
У моїн адаптація до тривалого життя у середовищі з низьким вмістом кисню спрямована на зберігання високого рівня енергетичного обміну за рахунок підвищення кисневої ємкості крові. При цьому вилучений із води кисень утилізується в основному в процесах активного обміну, тоді як базальний обмін моїн залишається залежним від концентрації кисню в навколишньому середовищі.
ВИСНОВКИ
4. Лімітуючий вплив концентрації кисню на механічні параметри локомоції моїн виявляється у збільшенні тривалості локомоторних актів та зниженні сили тяги, створеної плавальними кінцівками. Час, який витрачається на рух, досягає максимальних значень при концентрації ~1.1 мг О л-1 і знижується при кисневих екстремумах.
. У мігруючих копеподитів і самок Calanus euxinus зменшення концентрацій кисню до значень, характерних для їх денного життя, знижує загальний енергетичний обмін у середньому в 2.6 рази, проте не впливає на інтенсивність екскреції амонійного азоту. Зниження у середньому від 18 до 8 атомного відношення O:N, яке відбувається при цьому, вказує на те, що єдиним субстратом енергетичного обміну в умовах гіпоксії у них є білок.
. Базальний енергетичний обмін калянусів складає у середньому близько 25-30% від загального. Належна до нього інтенсивність екскреції амонійного азоту знижується приблизно в 2.9 рази пропорційно зменшенню концентрації кисню. Завдяки цьому в умовах гіпоксії основна частка білка, що включається у катаболізм, може приймати участь у процесах активного обміну.
. Метаболічна енергія локомоції ротовими придатками складає 80-90% активного обміну мігруючих калянусів. При зниженні концентрації кисню до найменших значень толерантного діапазону (0.5-0.8 мг О л-1) сила і частота локомоторних дій цими кінцівками зменшується в 1.9-2.3 рази, проте час, витрачений на рух, зростає. Така етологічна реакція дозволяє рачкам компенсувати зниження швидкості руху в умовах гіпоксії.
. У V копеподитів, які перебувають у фазі діапаузи, рівень енергетичного обміну у середньому в 1.9 рази, а екскреція амонійного азоту - в 4.1 рази нижче, ніж у мігруючих. При концентраціях кисню 0.44-0.84 мг О л-1 величини атомного відношення O:N у них коливаються в межах 16.7-26.4, які характерні для змішаного білково-ліпідного типу катаболізму.
. Виявлені особливості впливу концентрації кисню на метаболізм і моторну активність планктонних ракоподібних можуть бути застосовані для продукційно-енергетичних розрахунків харчових потреб, ефективності росту та розвитку гідробіонтів, які мешкають у мінливому кисневому режимі.
СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ РОБІТ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ
Губарева Е.С. Влияние концентрации кислорода на особенности метаболизма и локомоции планктонных ракообразных Moina micrura Hellich (Cladocera) и Calanus euxinus Hulsemann (Copepoda). - Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук по специальности 03.00.17.- гидробиология. - Институт биологии южных морей НАН Украины, Севастополь, 2000.
Исследованы особенности функциональной реакции на изменение концентрации кислорода у неакклимированных и акклимированных к гипоксии (с повышенным содержанием гемоглобина) черноморских эпилимнитических Moina micrura, выращенных раздельно в двух лабораторных культурах, а также батипелагических Calanus euxinus из двух природных экогрупп - совершающей суточные вертикальные миграции в гипоксические слои и диапаузирующей в них.
Показано, что внутреннее гипоксическое состояние, вызванное дефицитом кислорода в окружающей среде, у моин, неакклимированных к гипоксии, и мигрирующих калянусов приводит к снижению общего, базального и активного обмена, силы тяги, создаваемой плавательными конечностями, частоты и мощности их действия. Экскреция аммонийного азота у моин понижается меньше, чем энергетический обмен, а у калянусов почти не меняется. Это является следствием того, что доступного рачкам кислорода оказывается недостаточно для обычного в нормоксических условиях катаболизма смешанных белково-липидных субстратов и единственным источником энергии становится белок, в значительной степени используемый анаэробно.
Адаптация к длительному обитанию в среде с низким содержанием кислорода у моин направлена на сохранение высокого уровня энергетического обмена за счет повышения кислородной емкости крови. При этом извлекаемый из воды кислород утилизируется преимущественно в процессах активного обмена. У калянусов, диапаузирующих в условиях гипоксии, энергетический обмен и экскреция снижаются до уровней, позволяющих использовать доступный им кислород для аэробного катаболизма липидов и белка.
Ключевые слова: планктонные ракообразные, потребление кислорода, экскреция аммонийного азота, локомоция, концентрация кислорода.
Hubareva E. S. The effect of oxygen concentration on metabolism and locomotion characteristics of planktonic crustaceans Moina micrura Hellich (Cladocera) and Calanus euxinus Hulsemann (Copepoda). - Manuscript.
The dissertation work to obtain a degree of Candidate of Biological Sciences on speciality 03.00.17 - hydrobiology. - Insitute of Biology of the Southern Seas,
National Academy of Sciencies of Ukraine, Sevastopol, 2000.
Energy metabolism, ammonia excretion, utilization of metabolic substrates and locomotor activity were investigated at different oxygen concentrations in the Black Sea epilimnetic cladocerans Moina micrura, cultured in saturated and oxygen-deficient water, and bathypelagic copepods Calanus euxinus from two natural ecological groups –those migrating daily to hypoxic layers or those diapausing there. General and specific peculiarities of functional reaction to short- and long-term hypoxia were shown.
Key words: planktonic crustaceans, respiration, ammonia excretion, locomotion, oxygen concentration.
Губарева О.С. Вплив концентрації кисню на особливості метаболізму і локомоції планктонних ракоподібних Moina micrura Hellich (Cladocera) та Calanus euxinus Hulsemann (Copepoda). - Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук за спеціальністю 03.00.17 - гідробіологія.- Інститут біології південних морів НАН України, Севастополь, 2000.
Виконано дослідження впливу концентрації кисню на енергетичний обмін, екскрецію амонійного азоту, використання субстратів метаболізму та локомоцію у чорноморських епілімнітичних Moina micrura (Cladocera) вирощених в лабораторних культурах при нормо- і гіпоксії, та батіпелагічних Calanus euxinus (Copepoda) з двох природних екогруп, з яких одна здійснює добові вертикальні міграції у гіпоксичні шари, а друга переживає там стан діапаузи. Показані загальні та видоспецифічні особливості функціональної реакції рачків на коротко- та довгострокову гіпоксію.
Ключові слова: планктонні ракоподібні, споживання кисню, екскреція амонійного азоту, локомоція, концентрація кисню.
Підписано до друку 30.11.99.
Наклад 100 прим.
Надруковано НПЦ “Екосі - Гідрофізика”, Севастополь, вул. Леніна, 28.