ИЗВЕСТИЯ РАН. СЕРИЯ БИОЛОГИЧЕСКАЯ, 2015, № 3, с. 302-309
= ЭКОЛОГИЯ =
УДК 574.24:591.69:597.556:577.15
ЭКОЛОГО-БИОХИМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПАРАЗИТО-ХОЗЯИННЫХ ОТНОШЕНИЙ В ТРАНСФОРМИРОВАННЫХ ВОДОЕМАХ (НА ПРИМЕРЕ ЦЕСТОДЫ Triaenophorus nodulosus И ЕЕ ХОЗЯИНА ЩУКИ ОБЫКНОВЕННОЙ Esox lucius)
© 2015 г. Р. У. Высоцкая, М. Ю. Крупнова, Е. П. Иешко, Л. В. Аникиева, Д. И. Лебедева
Институт биологии Карельского научного центра РАН, 185910, Петрозаводск, ул. Пушкинская, 11 E-mail: rimma@bio.krc.karelia.ru Поступила в редакцию 20.10.2014 г.
Изучена активность лизосомальных ферментов цестоды Triaenophorus nodulosus и ее хозяина — щуки в водоемах с разной степенью техногенной трансформации (Северная Карелия). Отмечено, что под влиянием отходов железорудного производства у хозяина повышается активность кислой фосфата-зы, нуклеаз, Р-галактозидазы и снижается активность Р-глюкозидазы, катепсина D. Показано, что у цестоды, как правило, изменение активности одноименных ферментов имеет противоположную направленность. Установлено, что при снижении техногенной нагрузки для большинства изученных показателей гельминта намечается тенденция приближения к соответствующим значениям в чистом озере. Предположено, что в процессах биохимической адаптации паразита и хозяина к минеральному загрязнению среды ведущую роль играет хозяин.
DOI: 10.7868/S0002332915030145
Паразиты — естественные компоненты всех природных сообществ, играющие важную роль в процессах регуляции состава сообществ и поддержании их устойчивого функционирования (Беэр, 2004). Взаимоотношения паразитов с окружающей средой значительно сложнее, чем у сво-бодноживущих организмов. Это обусловлено тем, что существование паразитов связано с обитанием в двух средах: организме хозяина (среда первого порядка) и внешней среде (среда второго порядка). Накопленные к настоящему времени данные свидетельствуют о высокой сбалансированности отношений в паразито-хозяинных системах. Взаимная адаптация направлена на установление динамического равновесия между составляющими компонентами. Паразитические организмы морфофункционально и биохимически хорошо приспособлены к своему хозяину (Шишова-Касаточкина, Леутская, 1979; Сидоров и др., 1989). Ответная реакция хозяина на присутствие в нем паразита также разнообразна и проявляется на разных уровнях, включая иммунологические реакции и физиолого-биохимические сдвиги в метаболизме (Давыдов, Микряков, 1988; Извекова, 2001; Sajid, McKerrow, 2002; Высоцкая и др., 2003; Dzik, 2006).
Эколого-биохимические исследования представляют особую ценность при изучении воздействия человека на природные водоемы. Они поз-
воляют установить изменения в обмене веществ организма, наступающие до проявления физиологических, морфологических и других отклонений от нормы, выявить границы адаптивных способностей, определить степень устойчивости и чувствительности видов (Сидоров, Немова, 2000). Результаты исследований свидетельствуют о значительных изменениях многих биохимических показателей рыб в трансформированных водоемах (Немова, Высоцкая, 2004; Биота..., 2012). Изменения в среде обитания хозяина существенно сказываются на биохимическом статусе гельминта (Сидоров и др., 1989; Высоцкая и др., 2010). Важную роль в приспособительных и защитных реакциях обитателей водоемов играют ферменты лизосом (Высоцкая, Немова, 2008). Многие аспекты сложных метаболических взаимодействий в паразитарных системах, которые рассматриваются как надорганизменные конструкции, изучены недостаточно. В частности, не исследованы биохимические механизмы адаптивных реакций организмов, обеспечивающие поддержание общего гомеостаза в условиях усиливающегося антропогенного воздействия.
Цестода ТпавпорНогиз пойЫозиз — широко распространенный паразит рыб Голарктики. Биология вида, жизненный цикл, специфичность на разных фазах развития хорошо изучены. Жизненный цикл гельминта характеризуется сменой не-
Гидрохимическая характеристика исследованных водоемов (Состояние..., 2007; Лозовик, Куликова, 2012)
Показатель Оз. Каменное Оз. Окуневое Оз. Костомукшское (хвостохранилище)
рН Щелочность, мг НСО3/л Минерализация, мг/л ^бщщ мкг/л ^рГ, мг N/л 5.8-6.9 1-9.7 10-11 5-7 0.56 7.38 (7.16-8.03) 157.6 (66.9-193) 450-500 10.66 (7-14.9) 1.81 8 (8-8.4) 147.3 (122-174.7) 757 12.53 (6-29) 3.1 (0.11-6.32)
NH+, мг N/л 0.1 0.08 0.04
NO-, мг N/л 0.006-0.022 4.56 9.25 (6.25-11.2)
Fe, мг/л Mn, мг/л Ni, мкг/л Li, мкг/л K+, мг/л 0.08 0.01 <1 0.2-0.4 1.1-2 0.4 0.27 19.2 38.9 112 (36.2-150) 0.19 (0.07-0.52) 0.05 (0.03-0.19) 5-20 98 147 (113.4-233.6)
SOj , мг/л 1.4-2.2 183.8 (112.5-290.5) 172.4 (110.5-269.3)
Ca2+, мг/л 1.5-2 46 (34.4-71.6) 30.9
скольких хозяев. Первые промежуточные хозяева личиночных стадий паразита — веслоногие рачки отряда Copepoda, вторые — разные виды рыб. Основным вторым промежуточным хозяином, как правило, является окунь Perca fluviatilis L. Окончательный хозяин T. nodulosus — щука обыкновенная Esox lucius L., в кишечнике которой паразит достигает половой зрелости (Куперман, 1973).
Цель работы — сравнительное изучение активности лизосомальных ферментов цестоды T. no-dulosus и ее окончательного хозяина (щуки) в водоемах с разной степенью антропогенной трансформации.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Исследования проведены на трех водоемах Северной Карелии, два из которых подвергаются загрязнению техногенными водами горно-перера-батывающего предприятия, а третий — чистое озеро, сохраняющее природное качество воды. Гидрохимическая характеристика озер приведена в таблице. Оз. Костомукшское — верхний водоем системы р. Кенти (частный водосбор р. Кеми) — преобразовано в технологический водоем (хво-стохранилище) и используется для хранения отходов (хвостов) и оборотных вод Костомукшско-го горно-обогатительного комбината (ГОК). Общая минерализация воды к настоящему времени составляет 757 мг/л. По ионному составу вода хвостохранилища относится к сульфатному классу группы калия. Фито- и зоопланктон водоема за время работы комбината были обеднены в каче-
ственном и количественном отношении. Рыбное население хвостохранилища представлено пятью видами, наиболее многочисленные из которых плотва и щука.
Оз. Окуневое — первое после хвостохранилища в озерно-речной системе Кенти—Кенто. В этом водоеме происходит разбавление техногенных вод хвостохранилища, в результате чего заметно меняются их гидрохимические показатели (таблица). В озере обитают четыре вида рыб (плотва, щука, уклейка и окунь), массовые из которых плотва, окунь, щука.
В качестве контроля выбрано оз. Каменное, которое входит в состав Костомукшского заповедника. Это олиготрофный водоем с очень чистой водой и разнообразными флорой и фауной (Первозванский, 1986). По ионному составу вода озера относится к гидрокарбонатно-кальциевому типу. Рыбное население в оз. Каменном представлено 15 видами, наиболее многочисленные из которых окунь, сиг, ряпушка и щука. Всего было исследовано 50 экземпляров щук из озер Косто-мукшского (21), Окуневого (15) и Каменного (14).
Определяли встречаемость и интенсивность заражения щуки T. nodulosus. Анализ параметров распределения численности цестоды проводили с использованием программы Quantitative Parasitology (Rozsa et al, 2000). Биохимический статус щуки и цестоды оценивали по активности лизосо-мальных ферментов (кислой фосфатазы, ДНКа-зы, РНКазы, Р-глюкозидазы, Р-галактозидазы, катепсина B, катепсина D). У щуки исследовали
печень, почки, жабры, мышцы и гонады. Для сравнения биохимических показателей хозяина и паразита использовали печень, поскольку именно этот орган принимает активное участие в адаптивных перестройках метаболизма в условиях загрязнения среды обитания. Цестод брали для анализа целиком. Гомогенаты готовили на 0.25 М растворе сахарозы с добавлением ЭДТА и 0.1%-ного неионного детергента тритона Х-100, который разрушает мембраны внутриклеточных органелл и способствует выходу из них ферментов. Пробы осветляли центрифугированием при 10000 % на центрифуге с охлаждением, после чего в надоса-дочной жидкости определяли указанные выше биохимические показатели.
При определении активности кислой фосфа-тазы (КФ 3.1.3.2) использовали специфичный для лизосомальной формы фермента субстрат, Р-гли-церофосфат натрия (Баррет, Хит, 1980). Активность фермента выражали в микрограммах неорганического фосфора, образующегося в результате гидролиза, количество которого рассчитывали после реакции с хромогенным реактивом (КаИоу-еоуа, Оёаук, 1969).
Активность кислых нуклеаз — ДНКазы (КФ 3.1.4.6) и РНКазы (КФ 3.1.4.23) - определяли методами Покровского и Арчакова (1968) и Левицкого с соавт. (1973) соответственно. Субстратами служили 0.1%-ные растворы дезоксири-бонуклеиновой кислоты (рН 5) и рибонуклеиновой кислоты (рН 5.2) в ацетатном буфере. Количество низкомолекулярных фрагментов нуклеиновых кислот, образующихся при их гидролизе нукле-азами, определяли спектрофотометрически при 260 нм. Активность ферментов выражали в условных единицах А^260.
Определение активности кислой Р-глюкози-дазы (КФ 3.2.1.21) основано на фотометрическом определении количества освободившегося в результате реакции «ара-нитрофенола (Покровский и др., 1971). Субстратом служил раствор па-ра-нитрофенил-Р,Э-глюкопиранозида в цитрат-ном буфере (рН 5). Для полноты оценки активности этого мембраносвязанного фермента в реакционную смесь вносили тритон Х-100.
Активность кислой Р-галактозидазы (КФ 3.2.1.23) определяли методом, предложенным Барретом и Хитом (1980). В качестве субстрата использовали пара-нитрофенил-Р,Э-га-лактопиранозид в цитратном буфере (рН 4). Активность обеих гликозидаз выражали в микромолях пара-нитрофенола, освободившегося в условиях реакции за единицу времени. Расчет проводили на 1 сырой массы ткани в 1 мин и на 1 мг белка.
Активность кислых протеаз определяли модифицированными спектрофотометрическими методами: катепсина В (КФ 3.4.22.1) — по расщеплению 0.065 М раствора этилового эфира №-бензо-
KT-L-аргинина в 0.1 М ацетатном буфере (рН 5), катепсина D (КФ 3.4.23.5) — по гидролизу 1%-но-го бычьего гемоглобина в 0.1 М ацетатном буфере при рН 3.6 (Алексеенко, 1968).
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.