Экологическая биохимия животных
Экологическая биохимия животных
Экологическая биохимия животных
История и современное состояние Научная деятельность Научно-экспериментальная база
Экологическая биохимия животных

Сотрудники

Публикации

РНФ

РФФИ

Международные проекты

Конференции

Фотогалерея

Полезные ссылки




СВЕДЕНИЯ О ДОСТИГНУТЫХ КОНКРЕТНЫХ НАУЧНЫХ РЕЗУЛЬТАТАХ В 2014 ГОДУ
В 2014 году по проекту выполнены все запланированные работы и получены следующие результаты:

Ефремов Д.А., смолтовая ловушка на горбушу
Ефремов Д.А., смолтовая ловушка на горбушу
В августе-октябре 2014 года проведены полевые работы по сбору проб молоди лосося Salmo salar L. и кумжи Salmo trutta L. возраста 0+, 1+ и 2+ из разных по экологическим и гидрологическим условиям биотопов реки Варзуга (басс. Белого моря) для последующего экспериментального исследования. Изучена локомоторная компонента реореакции молоди лососевых рыб разных возрастных групп в осенний период при различных температурах. Проведен анализ биохимического статуса молоди рыб в процессе раннего развития. Полученные результаты свидетельствуют о значении эколого-биохимических адаптаций в механизмах регуляции раннего развития молоди лосося и формировании фенотипических различий в речной период жизни. Следует отметить, что биохимические механизмы раннего развития рыб исследовали в условиях природных водоемов, где организмы испытывают сезонные воздействия целого ряда факторов. В литературе такие сведения немногочисленны, а основные исследования связаны с изучением биохимического метаболизма лососевых рыб, как объектов аквакультуры. На основе обзора источников литературы и собственных данных показана важная роль липидного, белкового, углеводного и энергетического метаболизма в процессе индивидуального развития организма рыб семейства Salmonidae.

Отлов молоди лосося производили в главном русле реки Варзуга – на Собачьем пороге, а кумжи – во впадающем в этот приток одноименном ручье Собачьем. Кроме того, собрали молодь лосося, которая в одном притоке образует две генерации. Одна из них родилась в реке Ареньга (приток реки Варзуги) и скатилась в порог под водопадом в этом притоке (генерация «А»), а другая – после выклева в главном русле реки Варзуга переместилась в устье того же притока Ареньга (генерация «Б»). Обе генерации имели равные размерно-весовые характеристики. Полевые работы проводились и на других реках бассейна Белого моря и Онежского озера. Собран биологический материал, в том числе и кормовые объекты зообентоса, часть данных проанализирована, другая часть обрабатывается.

Дана характеристика типов биотопов по характеру распределения ихтиофауны, струй потока, скоростям течения, уклонам, микро и макрорельефу дна, фракционному составу грунта, площадям и другим показателям. Также они имеют различное значение в жизненных циклах резидентной и мигрантной реофильной ихтиофауны. Выполнены круглосуточные измерения температуры воды в главном русле реки Варзуга и ее притоках Показано, что весной вода прогревается на 1,5 - 2,2°С выше, чем в русле реки, летом в притоках температура воды ниже, что обеспечивает лучшие условия для питания, роста и развития у холодноводной молоди лосося и кумжи.
Исследование показателей локомоторной компоненты реореакции молоди лосося и кумжи проводили в специально сконструированной гидродинамической установке. Определяли пороговую скорость течения – чувствительность к потоку (Vпор.), способность удерживаться на месте за счет гидродинамических качеств тела и без включения локомоции (Vакт.), краткосрочно выдерживаемую максимальную скорость потока (Vкрит ). Результаты исследований свидетельствуют о том, что молодь кумжи в природе меньше тратит энергии при удержании на грунте в условиях повышенных придонных скоростей потока, что обеспечивает увеличение выбора доступных по градиенту скоростей течения биотопов, а значит и широту вариации кормовых условий, определяющих темп роста. Выявленные по показателям локомоторной компоненты реореакции устойчивые различия сравниваемых двух видов молоди лосося и кумжи косвенно свидетельствуют о том, что молодь кумжи имеет лучшую обеспеченность кормовым ресурсом (беспозвоночными организмами), лучше противостоит бурному и мутному потоку, используя гидродинамические качества своего тела и реореакцию.

На основе анализа собственных и литературных данных, сформирована и обоснована система показателей биохимического метаболизма, которая достаточно полно охватывает важнейшие метаболические пути превращения макромолекул, обеспечивающие поддержание необходимого гомеостаза молоди лосевых рыб в процессах раннего развития. Исследования биохимического статуса молоди лосося включали определение параметров липидного и жирнокислотного состава, активности ферментов углеводного и энергетического обмена, некоторых показателей синтеза белка и внутриклеточного протеолиза, активности лизосомальных нуклеаз. В исследуемых организмах определяли состав общих липидов (ОЛ), запасных липидов – триацилглицеринов (ТАГ) и эфиров холестерина (ЭХС), структурных липидов – фосфолипидов (ФЛ) и их фракций (фосфатидилсерина (ФС), фосфатидилэтаноламина (ФЭА), фосфатидилинозитола (ФИ), фосфатидилхолина (ФХ), лизофосфатидилхолина (ЛФХ), сфингомиелина (СФМ), холестерина (ХС) и жирных кислот (ЖК) – насыщенных, мононенасышенных (МНЖК), полиненасыщенных (ПНЖК) общих липидов. При изучении параметров энергетического и углеводного обмена определяли активность ключевых ферментов, катализирующих процессы аэробного и анаэробного синтеза АТФ, гликолиза, цикла трикарбоновых кислот, образования глицерофосфата из промежуточных продуктов распада углеводов и пентозо-фосфатного пути окисления углеводов: лактатдегидрогеназы (ЛДГ, EC 1.1.1.27), малатдегидрогеназы (МДГ, EC 1.1.1.37), глицерофосфатдегидрогеназы (1-ГФДГ, EC1.1.1.8) глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы (Г-6-ФДГ, EC 1.1.1.49), альдолазы (EC 4.1.2.13), цитохром с оксидазы (ЦО, EC 1.9.З.1). Определяли концентрации нуклеиновых кислот (отношение РНК/ДНК), уровень экспрессии генов тяжелой цепи миозина, MyoD, Myf-5, миогенина. Исследована активность внутриклеточных протеолитических ферментов: кальцийзависимых нейтральных протеиназ цитозоля (EC 3.4.22.17; клан цистеиновых протеиназ СА, семейство С2 -кальпаины) и кислых протеиназ лизосом - катепсинов В (EC 3.4.22.1) и D (EC 3.4.23.5.), а также лизосомальных кислой ДНКазы (EC 3.1.4.6) и кислой РНКазы (EC 3.1.4.23).

Выявленная положительная взаимосвязь активности исследуемых ферментов, индекса РНК/ДНК, концентрации белка, показателя уровня экспрессии гена миозина, уровня экспрессии гена MyHC с возрастом и массой молоди лосося свидетельствует о том, что метаболизм исследуемых рыб характеризуется повышенным уровнем углеводного и энергетического обмена и синтеза белка в мышцах, а также высоким уровнем общего энергообеспечения печени и интенсификацией процесса превращения углеводов и белков в промежуточные продукты и предшественники биосинтетических реакций. В частности, у таких особей увеличивается образование глицерофосфата (предшественника структурных и запасных липидов), а также пентоз и восстановленного НАДФ для реакций биосинтеза нуклеиновых кислот и других соединений. При этом активность внутриклеточных протеолитических ферментов в скелетных мышцах лосося отражает динамику внутриклеточного протеолиза и скорость обменных процессов в процессе раннего развития молоди исследуемых рыб. Установлена взаимосвязь в изменении активности кальпаинов и некоторых показателей липидного статуса (фосфатидилинозитола, арахидоновой кислоты, отношения насышенности/ненасыщенности жирных кислот), которые могут косвенно влиять на активацию кальцийзависимого протеолиза через изменение микровязкости мембраны, открытие ионных каналов для поступления в клетку кальция.

В общих липидах молоди лосося всех возрастов преобладали запасные липиды в форме ТАГ, уровень которых достоверно не отличался у рыб разного возраста с небольшой тенденцией к снижению в возрасте 2+. Уровень ТАГ характеризует процесс накопления энергетических резервов, отражающих обеспеченность молоди пищей и может служить одним из механизмов, определяющих дальнейшую жизненную стратегию рыб, связанную с распределением сеголеток после выклева по разным биотопам, их физическими возможностями продвигаться против течения (реореакция). Снижение уровня ФЛ и запасных ЭХС у молоди 1+ по сравнению с 0+, возможно, связано (вызвано) активным использованием их в качестве структурных компонентов биомембран (ФЛ), стероидных гормонов и источников ЖК (ЭХС). У молоди из Собачьего порога обнаружено более высокое содержание ОЛ, за счет запасных ТАГ и ЭХС, а также показателя ТАГ/ФЛ. При этом сеголетки 0+ из Ареньгского порога по сравнению с таковыми из Собачьего порога отличались более низкими размерно-весовыми характеристиками. Эти различия могут быть вызваны количеством, видовым составом, доступностью пищи, температурными условиями, скоростью течения, глубиной, типом грунта и др., что, по-видимому, отразилось на более высоких ростовых показателях молоди из Собачьего порога.

Сравнили липидный статус двух генераций сеголеток (0+) лосося с равными размерно-весовыми характеристиками, разными по происхождению, которые стали обитать в одном притоке. Одна из них родилась в реке Ареньга (приток реки Варзуги) и скатилась в порог под водопадом в этом притоке (генерация «А»). Молодь другой генерации после выклева в главном русле реки Варзуга переместилась в устье того же притока Ареньга (генерация «Б»). Сравниваемые биотопы различались по гидрологии, трофике и температуре, что отразилось на липидном статусе молоди. У сеголеток (0+) двух генераций было установлено отсутствие достоверных различий в уровне ОЛ и суммы моноеновых жирных кислот (МНЖН). При этом выявлено повышенное содержание суммарных ФЛ у генерации «А» за счет увеличения концентрации ФХ, ФЭА, ФС, СФМ и снижения доли ЛФХ. Увеличение уровня суммарных ФЛ изменяет показатель соотношения ХС/ФЛ, что имеет значение для контроля микровязкости и текучести биомембран и влияет на их функциональную активность (Крепс, 1981; Еляков, Стоник, 1988). За счет повышенного содержания ФЛ у сеголеток генерации «А», этот показатель был несколько ниже по сравнению с таковым у молоди генерации «Б». Известно, что снижение показателя ХС/ФЛ в оптимальных пределах сопровождается повышением функциональной активности клеточных рецепторов, а также увеличением скорости транспорта ионов, метаболитов и воды (Болдырев и др., 2006). Эти результаты могут свидетельствовать о повышенной двигательной активности мальков генерации «А» в условиях интенсивного турбулентного потока порогового участка. Показаны различия в содержании полиненасыщенных жирных кислот (ПНЖК) у сеголеток двух генераций. У сеголеток генерации «А» установлено повышенное содержание ПНЖК метаболического семейства (ω-3), в основном за счет докозагексаеновой 22:6(ω-3) кислоты, что может быть обусловлено повышенной двигательной активностью. Количественные вариации фосфолипидов и их жирных кислот поддерживают необходимую для функционирования ферментов и ферментных ансамблей, «жидкостность» биомембран, что имеет значение при адаптациях к среде обитания.

При учете кормовой базы молоди лососевых рыб в 7 лососево-кумжевых реках бассейна Онежского и Ладожского озер выявлены беспозвоночные организмы 23 таксонов, из которых 20 представлены амфибиотическими насекомыми на стадии личинки. Структура кормовой базы для молоди лососевых рыб в реках существенно различается (доля кормных организмов в составе зообентоса варьирует от 0,28 до 1,00). В составе кормного макрозообентоса исследованных биотопов наблюдалось преобладание от одного до трех видов донных беспозвоночных, в жирнокислотном составе которых доминировали те или иные специфичные жирные кислоты. Обнаруженные вариации жирнокислотного состава в макрозообентосе исследованных пресноводных биотопов, свидетельствуют о различиях в качественном и количественном составе первичных продуцентов в этих биотопах, что отражается на переносе вещества и энергии в виде жирных кислот к консументам более высоких порядков в пищевой цепи «макрозообентос-молодь лососевых».

РНФ

  Последние изменения: 28 декабря 2015