ЭКОЛОГИЯ, 2015, № 1, с. 71-76
УДК 574.24,595.324
ОЦЕНКА ЛЕТУЧЕСТИ И ТЕРМИЧЕСКОЙ СТАБИЛЬНОСТИ ВЕЩЕСТВ, СТИМУЛИРУЮЩИХ САМОК MOINA MACROCOPA (CLADOCERA) К ОБРАЗОВАНИЮ ПОКОЯЩИХСЯ ЯИЦ
© 2015 г. Т. С. Лопатина*, Е. С. Задереев*, **
*Институт биофизики СО РАН 660036 Красноярск, Академгородок, 50/50 **Сибирский федеральный университет 660041 Красноярск, пр. Свободный, 79 e-mail: egor@ibp.ru Поступила в редакцию 09.07.2013 г.
В экспериментах с одиночно культивируемыми самками Moina macrocopa оценивали летучесть и термическую стабильность веществ, содержащихся в собственных продуктах жизнедеятельности и вызывающих образование покоящихся яиц самками этого вида. Показано, что вещества, стимулирующие гаметогенез у M. macrocopa, относятся к нелетучим соединениям: эффективность действия среды, содержащей собственные продукты метаболизма, не снижается при ее многочасовой продувке инертным газом аргоном. Длительный нагрев до 80°C также не деактивирует способность продуктов жизнедеятельности вызывать смену способа размножения. Эффективность среды с продуктами жизнедеятельности снижалась при кипячении. Однако в том случае, если удается исключить возможное окисление целевых веществ и их связывание с солями металлов, продукты жизнедеятельности сохраняют способность вызывать смену способа размножения и после кипячения.
Ключевые слова: ветвистоусые ракообразные, диапауза, химические коммуникации, сигнальные химические вещества.
БО1: 10.7868/80367059715010102
В последнее время отмечается растущий интерес к исследованиям химических взаимодействий среди планктонных ракообразных, что связано с расширением возможностей идентификации химических сигналов, воздействующих на поведение и физиологию планктонных организмов (Pohnert et al., 2007). В большом количестве исследований продемонстрированы этологические, морфологические или физиологические реакции у рачков на химические вещества, содержащиеся в продуктах метаболизма гидробионтов (Задереев, 2002; Larsson, Dodson, 1993). Такие химические сигналы могут содержать информацию о состоянии популяции и при оптимальных абиотических факторах влиять не только на индивидуальные характеристики, но и на популяционную динамику ракообразных (Van Donk, 2007). Несмотря на большое число подобных работ, данные о химической природе самих действующих веществ или о значимости данного типа взаимодействий для функционирования природных экосистем крайне скудны.
Одним из примеров химических взаимодействий между гидробионтами является участие продуктов метаболизма в регуляции смены способа размножения у ветвистоусых ракообразных. Многим представителям кладоцер свойственен
переход от партеногенетического к гаметогенети-ческому способу размножения. Индукция диа-паузы у ракообразных возникает в ответ на действие ряда сигнальных факторов — как абиотических, так и биотических, в том числе под действием веществ, входящих в состав продуктов метаболизма гидробионтов (Задереев, Губанов, 1995; Ban, Minoda, 1994; Stelzer, Snell, 2003; Walton, 1985). Переход к гаметогенезу чаще всего сопровождается эмбриональной диапаузой у га-метогенетического потомства, которая позволяет популяции переживать неблагоприятные условия среды обитания. Так, диапаузирующие образования сохраняют жизнестойкость даже при полном промерзании или высыхании водоема (Alekseev, 2007) и могут обладать такой устойчивостью в течение длительного периода времени (Brendonck, De Meester, 2003). Покоящиеся стадии способны накапливаться на дне водоемов в виде так называемых банков покоящихся яиц. Накопление покоящихся организмов в водных экосистемах влияет на экологическую динамику сообществ и биотическое разнообразие в целом (Brendonck, De Meester, 2003; Caceres, 1998б; Ellner, Hairston, 1994), а также обсуждается в качестве одного из механизмов, поддерживающих
совместное обитание видов (Задереев, Прокоп-кин, 2007; Caceres, 1998a; Hairston, Van Brunt, 1994; Snyder, Adler, 2011).
Сложность идентификации веществ, ответственных за химические взаимодействия в водных экосистемах, как указывается в обзорной работе Похнерта с соавт. (Pohnert et al., 2007), может быть связана с их низкими концентрациями, вероятностью синергического эффекта нескольких активных веществ, а также с недостатками методов определения целевых компонентов. Прежде чем приступать к идентификации химических соединений, ответственных за химические коммуникации, целесообразно выполнить предварительные исследования по определению общих свойств этих веществ. Для подобных экспериментов также должна быть отработана методика проверки эффективности действия данных веществ.
В нашем случае в ходе многолетних экспериментов были определены условия, при которых под действием продуктов жизнедеятельности происходит смена способа размножения у самок представителя ветвистоусых ракообразных Moina macrocopa, а также отработана методика тестирования одиночных самок, которая позволяет охарактеризовать данный эффект количественно (Задереев, Губанов, 1996; Zadereev, Lopatina, 2007). Таким образом, зафиксирован повторяемый эффект действия продуктов жизнедеятельности на физиологический параметр жизненного цикла исследуемого вида, что характеризует этот эффект количественно, и позволяет перейти к следующему этапу исследований по идентификации химических сигнальных веществ.
Настоящая работа посвящена изучению первичной идентификации веществ, вызывающих диапаузу и образование покоящихся яиц у самок M. macrocopa (Straus, 1820). Основными задачами работы было определить, являются ли эти вещества летучими, а также термическую стабильность этих веществ.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Объектом исследования был вид M. macrocopa, обладающий коротким жизненным циклом и высокой скоростью партеногенетического размножения. Популяция M. macrocopa предоставлена д.б.н. А.В. Макрушиным в покоящемся состоянии вместе с грунтом из временного пересыхающего пруда в окрестностях Института биологии внутренних вод РАН (п. Борок). После реактивации диапаузирующей стадии рачков успешно культивировали в течение нескольких месяцев в лабораторных условиях.
В качестве корма во всех экспериментах использовали зеленую одноклеточную водоросль Chlorella vulgaris, которую выращивали в накопительном режиме культивирования в колбах объемом 500 мл на среде Тамия. Перед использовани-
ем в качестве кормового субстрата водоросли центрифугировали для сгущения при скорости 3000 об/мин. Для экспрессного определения концентрации клеток хлореллы в среде использовался счетчик частиц CASY TTC (Германия). Вес, соответствующий 109 клеток водорослей, используемых в экспериментах, равен 1.2 х 10-2 мкг сухого веса хлореллы.
Все эксперименты проводили с использованием среды, содержащей продукты жизнедеятельности, которые стимулируют самок к образованию покоящихся яиц, — воды скоплений (Задереев, Губанов, 1995). Воду скоплений готовили следующим образом. В среду культивирования (отстоянная водопроводная вода) на одни сутки помещали группу животных, выделяющих в процессе жизнедеятельности вещества, оказывающие влияние на подопытный объект. Для приготовления воды скоплений использовали одноразмерных самок (1 мм). Плотность популяции составляла 1 животное/мл (200 мкг/мл). Количество корма, вносимое в среду культивирования, рассчитывали по формуле для необходимого суточного рациона особей (Гиляров, 1987):
I = 0.0746W08,
где I — необходимый суточный рацион особи (мг), W — вес особи (мг).
По истечении суток (24 ч) животных изымали, а среду, в которой они находились, после фильтрации использовали для тестирования подопытного объекта. Фильтрация воды скоплений происходила в два этапа: вначале через стекловоло-конные фильтры (Whatman, GF/F), а затем через мембранные фильтры (диаметр пор 0.45 мкм). Перед фильтрацией все фильтры промывали в дистиллированной воде. После фильтрации воду скоплений использовали в качестве экспериментальной среды для тестирования одиночных юве-нильных самок M. macrocopa.
Общая методика экспериментов по изучению природы химических веществ, содержащихся в воде скоплений, заключалась в специфичной обработке воды скоплений и последующем тестировании ее способности стимулировать одиночных самок к смене способа размножения.
Для экспериментов с одиночными самками использовали стаканчики с объемом среды 20 мл. Эксперименты проводили в термостате с постоянными температурой (26° C) и фотопериодом (16 ч день : 8 ч темнота). Количество животных в каждом из исследованных типов воздействия составляло 15 самок M. macrocopa. Для получения подопытных животных для всех экспериментов одноразмерных партеногенетических самок культивировали в нелимитирующих развитие пищевых условиях (концентрация пищи в среде >200 тыс. кл/мл (Задереев, Губанов, 1995)), т.е. объекты исследования находились в одинаковых условиях с момента рождения. Затем из первого
ОЦЕНКА ЛЕТУЧЕСТИ И ТЕРМИЧЕСКОЙ СТАБИЛЬНОСТИ ВЕЩЕСТВ
73
потомства выбирали одноразмерных самок (0.6— 0.7 мм), которых помещали в экспериментальные условия.
Целью первого этапа исследований являлось разделение действия летучих и нелетучих веществ на индукцию смены способа размножения у тестируемых животных. Летучие вещества выделяли путем пропускания через воду скоплений инертного газа аргона с последующим концентрированием выделенных веществ в среде, изначально не содержащей продукты жизнедеятельности. Эксперимент включал четыре типа воздействия на животных: 1) контрольная среда; 2) среда, содержащая продукты жизнедеятельности; 3) среда, в которой должны остаться только нелетучие продукты жизнедеятельности, и 4) среда, которая должна содержать только летучие продукты жизнедеятельности.
Среда, содержащая продукты жизнедеятельности, представляла собой приготовленную по стандартной методике воду скоплений. Среда, в которой предположительно остались только нелетучие продукты жизнедеятельности, была приготовлена посредством пропускания через воду скоплений чистого инертного газа аргона при постоянном перемешивании жидкости. Газ при помощи трубки отводился в воду, не содержащую продуктов жизнедеятельности (отстоянная водопроводна
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.