УДК 595.324.5:577.345+595.5-116
ЭНДОГЕННАЯ РЕГУЛЯЦИЯ ДЛИТЕЛЬНОСТИ ЭМБРИОНАЛЬНОЙ ДИАПАУЗЫ И РИТМИКИ ВЫХОДА МОЛОДИ ИЗ ПОКОЯЩИХСЯ ЯИЦ POLYPHEMUS PEDICULUS (BRANCHIOPODA, ONYCHOPODA)
© 2010 г. Л. Г. Буторина
Институт биологии внутренних вод РАН, пос. Борок Ярославской обл. 152742, Россия
e-mail: butorina@ibiw.yaroslavl.ru Поступила в редакцию 22.05.2006 г.
После исправления 10.04.2010 г.
Установлены достоверные различия длительности эмбриональной диапаузы, ее отдельных периодов и ритмики выхода молоди из яиц Polyphemuspediculus, перешедших в состояние покоя в теле га-могенетических самок в разные месяцы вегетационного сезона при разной длине светового дня. Выявлена зависимость скорости развития яиц, интенсивности и ритмики выхода молоди из кладок от сезонно-циклического изменения фотопериода среды обитания самок. Продолжительность периода покоя, реактивации яиц и степень асинхронного выхода молоди из кладок снижаются, а длительность развития и сроки появления первых рачков возрастают вместе с сокращением длины светового дня, при которой яйца переходят в теле самок в состояние покоя. Достоверные различия продолжительности диапаузы появляются при разнице светового дня в 1 ч для яиц длинного дня, 3 ч для яиц уменьшающегося и 5—7 ч для яиц короткого дня. Наиболее значительные изменения претерпевает длительность периода реактивации. Кладки длинного светового дня характеризуются разнообразием ритмики развития яиц и максимальной растянутостью выхода молоди.
Ключевые слова: Polyphemus pediculus, фотопериод, покоящиеся яйца, эмбриональная диапауза, длительность периодов развития, ритмика выхода молоди.
Среди факторов, влияющих на ход сезонного развития беспозвоночных, особое значение имеет продолжительность светового дня. Ее сезонные и годовые изменения отличаются устойчивостью и астрономической точностью (Данилевский, 1961). Они являются причиной сезонного изменения климата и основным регулятором сезонного цикла развития животных. Фотопериод среды не влияет непосредственно на рост и питание животных. Воспринимаемый специальными рецепторами или непосредственно возбуждающий нервную систему, он косвенно регулирует во времени приспособленность организмов к сезонным изменениям других жизненно важных условий (Данилевский, 1961). Фотопериодическая реакция животных на сезонно-циклические изменения долготы светового дня относится к числу наиболее общих экологических адаптаций и составляет основу эмбриональной диапаузы. Ее воздействие особенно резко проявляется на сезонно-циклических адаптациях.
Изменения фотопериода среды существования вызывает у насекомых подготовку и переход в диапаузу, возникновение полиморфизма, реми-грантов, определяет пол формирующегося зародыша и, следовательно, демографический состав и доминирование тех или иных особей в популяциях (Данилевский, 1961). Фотопериодическая
реакция самок ВгапсЫороёа влияет на пол вынашиваемых зародышей, приводит к смене или усилению одной из форм размножения, подготовку и переход в состояние покоя, изменению числа производимых покоящихся яиц (Винберг, 1936; Жукова, 1953; Алексеев, 1990; Ушатинская, 1990; Мекзееу, 1998; Ьа^, Мекзееу, 2004).
Покоящиеся яйца многих ВгапсЫороёа, как и других беспозвоночных, оплодотворяются, растут и переходят в состояние физиологического покоя внутри тела самки (Данилевский, 1961; Буторина, 1968; Алексеев, 1990; Ушатинская, 1990). От нее яйца получают питательные вещества, здесь же формируются желток и защитные оболочки. Условия существования самки и прежде всего фотопериод оказывают опосредованное, а возможно и прямое влияние на вынашиваемые ею покоящиеся яйца. Характер и степень этих воздействий до сих пор не выяснены. В задачу исследования входило выявление различий в длительности состояния физиологического покоя, скорости реактивации и развития яиц, перешедших в диапаузу в теле самок в разные месяцы вегетационного сезона при разной длине светового дня, а также определение продолжительности выхода и количества молоди, появляющейся из кладок этих яиц. В качестве объекта использован широко распространенный пресноводный пред-
ставитель Branchiopoda — Polyphemuspediculus (L.) Müller. Его активные особи находятся в планктоне водоемов Ярославской обл. постоянно с конца апреля по октябрь, а гамогенез протекает в популяции ежедневно на протяжении периода открытой воды, начиная с середины мая (Буторина, 1971, 1997).
МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА
Для получения покоящихся яиц P. pediculus производили сбор зоопланктона сачком (газ № 65—86) в прибрежье выростных прудов экспериментальной базы Института биологии внутренних вод РАН, пос. Борок Ярославской обл. Пробу доставляли в лабораторию в течение 10— 15 мин. Ее разбор, отбор гамогенетических самок вида со зрелыми, готовыми к откладке покоящимися яйцами, постановку экспериментов и контроль за состоянием яиц в экспериментах осуществляли под бинокуляром МБИ-1 при увеличении 8 х 2 и 8 х 4.
Из общей массы зоопланктона отбирали гамо-генетических самок с крупными выводковыми камерами, верхняя часть которых окрашена в ярко-красные тона (Butorina, 1998). Такие самки уже не способны к копуляции, поскольку стенки их выводковых камер затвердевают и перекрывают половые отверстия. Яйца находятся в состоянии покоя и готовы к откладке (Butorina, 2000). Самок помещали в чашки Петри с прудовой водой, профильтрованной через двойной слой мельничного газа (№ 86). Они сразу или через 1— 3 ч откладывали покоящиеся яйца и погибали. На следующий день производили сбор отложенных яиц. Для экспериментов использовали стандартные чашки Петри, заполненные профильтрованной прудовой водой. В каждую чашку помещали 200—1000 покоящихся яиц, отложенных в один день разными самками. Таким образом в экспериментах создавали сборные кладки, характерные для вида в естественных условиях (Butorina, 2000).
Чашки с яйцами закрывали крышками и сразу устанавливали на верхнюю полку бытового холодильника ЗИЛ, Москва при температуре 2—6°С для охлаждения, которое необходимо для реактивации покоящихся яиц, развития и выход молоди (Буторина, 2003). Покоящиеся яйца, отложенные самками в разные месяцы вегетационного сезона, находились при одинаковых условиях внешней среды на протяжении всей диапаузы. Постановку экспериментов осуществляли один — два раза в месяц: в начале либо в начале и середине каждого месяца, начиная с июня по октябрь 1987 г. В течение месяца ставили 7—34 чашки Петри, а всего за вегетационный сезон — 83.
Эксперименты длились со дня откладки яиц вплоть до выхода последнего рачка из чашки.
Просмотр чашек Петри с яйцами осуществляли ежедневно на протяжении 3 лет. Отмечали состояние яиц, появление первых признаков развития, день выклева рачков, подсчитывали и вылавливали вышедших особей и мертвые яйца (Буторина, 2005). О гибели яиц свидетельствовало сильное, неравномерное сжатие эмбрионов, изменение цвета с темно-коричневого на светло-коричневый либо прозрачно-желтый, помутнение яиц. Раз в месяц в каждую чашку Петри подливали небольшое количество воды — летом профильтрованной прудовой, а зимой талой снеговой для компенсации неизбежного медленного испарения.
Длительность периода реактивации рассчитывали со дня установки чашки Петри с яйцами в холодильник до момента появления первых признаков формирования науплиуса. Срок от первых признаков формирования науплиуса до выхода зрелого рачка в воду составлял период развития и формирования эмбриона. Развитие яиц в любой чащке Петри проходило асинхронно (Буторина, 2005). Рачки выходили из яиц экспериментальных кладок группами или порциями. Порцию составляли рачки, вышедшие за одни сутки. Порции появлялись ежедневно или через некоторое время друг от друга. В совокупности порции образовывали волну выхода молоди. Она имела четко выраженный синусоидальный характер. Продолжительность волны (сут) устанавливали по времени между появлением первой и последней порций рачков. Отрезок времени (сут), когда выход молоди не наблюдался, обозначен как интервал. Интервалы между порциями значительно короче, чем между волнами (Буторина, 2005). Об интенсивности волны судили по ее продолжительности (сут), количеству составляющих порций, величине интервалов между порциями (сут), числу рачков в каждой порции и во всей волне, а о ее продуктивности — по количеству особей, приходящееся на одни сутки длительности волны (экз./сут). Общую продолжительность эмбриональной диа-паузы кладки рассчитывали со дня откладки яиц до выхода последнего рачка из последней волны.
Данные длительности реактивации яиц, развития и интенсивности выхода молоди из кладок, отложенных в разные месяцы вегетационного сезона, были подвергнуты статистической обработке, согласно методу вариационного анализа (Се-петлеев, 1968). Установлены среднемесячные арифметические величины, квадратичные отклонения, ошибки, коэффициенты вариации. Полученные данные отображены в таблицах и на графиках, построенных с помощью программ Microsoft Excel 2003. Об эндогенной регуляции длительности диапаузы и ритмики выхода молоди судили по разности среднемесячных показателей продолжительности развития яиц длинного светового дня и яиц более коротких световых
Рис. 1. Начальные периоды эмбриональной диапаузы Р. рвй1еы1ш: а — период пре-диапаузы в яичниках гамогенетиче-ской самки, б — период ингибирования в выводковой камере.
дней. Достоверность оценивали по критерию Стьюдента:
г = Х - Х (Сепетлиев, 1968, с. 142), где
о
Ц П! П 2
х — среднее арифметическое значение, 5 — среднее квадратическое отклонение, п — число наблюдений в сравниваемые месяцы перехода яиц в состояние покоя. Используя табличную величину ^ (Сепетлеев, 1968, с. 400) и число степеней свободы к = п1 + п2 — 2, определяли значимость различий среднемесячной продолжительности диапаузы и ее отдельных периодов у яиц, отложенных в разные месяцы вегетационного сезона при разной длине светового дня.
РЕЗУЛЬТАТЫ Периоды эмбриональной диапаузы
Оплодотворение, развитие и подготовка мик-тических яиц к переходу в диапаузу происходит в яичниках гамогенетической самки Р рв&еыШз. Именно здесь, а не в яйцеводах, как предпола
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.