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 2015 ГОДУ
В 2015 году продолжена научная работа по проекту, выполнены все запланиованные исследования и получены следующие результаты:

Мережа на смолтов р. Индера
Мережа на смолтов р. Индера
В 2015 году (весна, лето, осень) проведены полевые работы по сбору молоди лосося Salmo salar L., кумжи Salmo trutta L. и горбуши Oncorhynchus gorbusha L. различных возрастов и стадий жизненного цикла (пестрятки, смолты)из разных по экологическим и гидрологическим условиям биотопов лососевых рек (Республика Карелия, Мурманская обл.).Пробы молоди лососевых рыб большей частью проанализированы на биохимический статус, в том числе гормональный, часть данных ("осенние" пробы 2015 г.) находится в стадии обработки. Поставлен эксперимент по эмбриональному развитию лосося в лабораторных условиях, а также получены пробы развивающейся икры из "нерестовых бугров" в естественном водоеме (р. Варзуга). Как и в 2014 г. исследование показателей локомоторной компоненты реореакции молоди рыб 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).

Завершены экспериментальные работы по исследованию биохимического статуса разновозрастной молоди атлантического лосося, собранной в осенний сезон в 2014 году и проведен анализ большинства проб молоди лосося, горбуши, кумжи, а также кормовых беспозвоночных лососевых рыб, собранных в разные сезоны 2015 года.

В исследуемых организмах определяли состав общих липидов (ОЛ), запасных липидов – триацилглицеринов (ТАГ) и эфиров холестерина (ЭХС), структурных липидов – фосфолипидов (ФЛ) и ихфракций (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), химотрипсиноподобной активности протеасомы, 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). Изучен гормональный статус (тироксин (Т4) и трийодтиронин (Т3), а также тестостерон и эстрадиола-17β в сыворотке крови кумжы разного возраста. Полученные результаты обработаны общепринятыми методами вариационной статистики с использованием регрессионного, дисперсионного, компонентного и дискриминантного методов. Часть биопроб молоди горбуши, собранных осенью 2015 г. в настоящее время обрабатывается. Следует еще раз отметить, что исследовали биохимический статус лососевых рыб, обитающих в природных водоемах, где организмы испытывают воздействие комплекса экологических, трофических и гидрологических факторов.

В 2015 году получены следующие научные результаты.

1. Определена степень пространственно-временной стабильности существования микробиотопа и реофильного сообщества рыб. Обнаружено, что в границах одного микробиотопа может быть до десятка, а иногда и нескольких десятков стаций молоди лосося или кумжи. 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. Изменение показателей локомоторной компоненты реореакции у пестряток (1+, 2+) было также связано с температурным режимом. Биохимические исследования показали, что реализация адаптивной стратегии регуляции роста и развития при низких температурах достигается не только за счет увеличения уровня аэробного метаболизма, но также путем экономного расходования пластических и энергетических ресурсов организма рыб, выбора наиболее приемлемых и выгодных энергетических субстратов и снижения процессов синтеза структурных и запасных веществ.

2.Показана взаимосвязь биохимических и молекулярно-генетических механизмов регуляции обмена с особенностями роста и развития молоди лососевых рыб, дана характеристика метаболических предпосылок формирования размерной разнокачественности, возрастной и субпопуляционной структуры молоди лосося и кумжи разных возрастных групп (0+, 1+, 2+, 3+, 4+) и стадий жизненного цикла (пестрятки, смолты)лосося и кумжи. Обнаружено, что активное расселение сеголеток лосося из нерестовых гнезд по микробиотопам с разными гидрологическими и кормовыми условиями происходит после выклева, в июне, при прогреве воды до 9 – 13 0С. Среди всех изученных возрастных группмолодь возраста 0+ и 1+,находящаяся ещё на этапе выбора жизненной стратегии, выделяется как по уровню показателей биохимического метаболизма, так и по степени различий между фенотипическими группировками, обитающими в биотопах с различными экологическими, трофическими и гидрологическими условиями. Обнаружены некоторые различия между молодью лосося и кумжи, свидетельствующие о видоспецифичности биохимических адаптаций при формировании фенотипической разнокачественности в процессе раннего роста и развития в условиях разнородности биотопов. Получены новые данные об участии гормонального статуса (тироксина (Т4) и трийодтиронина (Т3), а также тестостерона и эстрадиола-17β в механизмах физиолого-биохимических адаптаций энергетической и репродуктивной систем молоди кумжи в процессе раннего развития. На основании полученных данных о динамике тиреоидных и половых стероидных гормонов в крови молоди лососевых рыб разработан подход к оценке их физиологического статуса.

3. Данные полевых и лабораторных исследований, полученные и проанализированные в 2015 г. подтвердили высказанные ранее предположения о том, что наличие фенотипических групп у сеголеток лосося, по-видимому, играет значительную роль в дальнейшей дифференциации молоди лосося. Биохимические исследования динамики показателей биохимического метаболизма в эмбриогенезе лосося, проведенные на объектах, развитие которых проходило в условиях лаборатории и в условиях водоема (нерестовых бугров), свидетельствуют о том, что предпосылки такой дифференцировки, скорее всего, закладываются еще в период эмбрионального развития,что определяет, по-видимому, дальнейшую стратегию развития молоди лосося. Наиболее значительные вариации биохимического статуса обнаружены на стадии пигментации глаз, одной из критических стадий эмбрионального развития рыб.В последствии эти биохимические различия могут стать основой для обеспечения необходимого уровня метаболизма при адаптациях молоди рыб при расселении и смене условий обитания, то есть, при их дифференцировке.

4. Дана биохимическая характеристика кормовой базы из кумжево-лососевой реки Индера (бассейн Белого моря) в нерестово-выростном участке. Липиды и жирные кислоты играют существенную роль в продуктивности северных экосистем, при этом значительная часть липидных компонентов поступает непосредственно из пищи и отражает видовой состав кормовых объектов. Установлено, что жирнокислотный состав исследованных видов макрозообентоса достоверно различался по содержанию всех идентифицированных жирных кислот (более 40), что позволяет сделать вывод о качестве корма и определить взаимосвязь с интенсивностью роста и развития молоди лосося и кумжи на определенных участках реки. Одной из причин различий в скорости роста рыб (в том числе, лосося и кумжи) заключается в разной кормности рек, отдельных участков и соответственно обеспеченности пищей молоди лосося. Некоторые виды зообентоса характеризуются сильно выраженной спецификой жирнокислотного состава. Исследованные беспозвоночные составляют основную массу питания молоди лососевых рыб в данный период (перед зимовкой) и поставляют им незаменимые ПНЖК (до 41% суммы ЖК) в основном 20:5(n-3), эйкозапентаеновая, 18:3(n-3), линоленовая, 18:2(n-6), линолевая, 20:4(n-6), арахидоновая, которые не могут синтезироваться в организме рыб denovo. Повышенная доля моноеновых жирных кислот в кормовых объектах рыб указывает на их высокую энергетическую ценность, что особенно важно для молоди, рост и развитие которой происходит в постоянно меняющейся среде обитания северных широт.

Таким образом, получены новые результаты, дополняющие полученные ранее данные овлиянии среды обитания ("ниш") на рост и развитие молоди лососевых рыб. Механизмы биохимических адаптаций молоди рыб к условиям среды, сложившимся в исследуемых микробиотопах включают изменения в энергетическом и пластическом обмене, при этом ведущая роль отводится именно энергетике метаболических процессов. Изучение механизмов и закономерностей регуляции процессов энергетического и пластического обмена в процессе роста и развития молоди рыб указывает на то, что изменение активности ферментов регулируется на различных уровнях – транскрипционном и пост-транскрипционном, за счет изменения уровня экспрессии соответствующих генов. Можно полагать, что метаболическая разнокачественность, формирующаяся на самых ранних этапах развития лососевых рыб, вследствие особенностей их расселения, питания и воздействия ряда других экологических факторов приводит к расхождению особей по уровню энергетического обмена. Особи, изначально имеющие более высокий уровень энергетического обмена, активнее питаются, растут и при достижении определенного размера и метаболического статуса становятся готовыми к началу смолтификации. У сеголеток (0+), обитающих в более благоприятном по условиям питания и температуре биотопах обнаружена сравнительно высокая метаболическая активность, в результате чего они быстрее растут и уже через 1,5 месяца их масса почти в 1,5 раза превышает массу сеголеток из прибрежья главного русла реки. Возможно,эта дифференцировка сеголеток в дальнейшем приведет еще к большим различиям молоди и, как следствие, их смолтификация произойдет в разном возрасте. Разнокачественность особей лососевых рыб по биохимическому статусу является одним из определяющих факторов их активного роста и развития, адаптационного потенциала, что обеспечивает поддержание жизнедеятельности и выживание вида. Исследуемые биохимические показатели можно использовать в изучении механизмов раннего развития лососевых рыб, оценке их темпов роста и физиологического состояния на разных стадиях жизненного цикла.

Семга_смолты
Семга_смолты
Кумжа_смолты (внизу) Кумжа, нагуливающаяся особь в эстуарии
Кумжа_смолты (внизу) Кумжа, нагуливающаяся особь в эстуарии

РНФ

  Последние изменения: 28 декабря 2015