ИЗВЕСТИЯ РАН. СЕРИЯ БИОЛОГИЧЕСКАЯ, 2015, № 3, с. 326-330
КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ
УДК 599.323+591.132.6
ЦЕЛЛОБИОГИДРОЛАЗНАЯ АКТИВНОСТЬ В ПИЩЕВАРИТЕЛЬНОМ ТРАКТЕ ДВУХ ВИДОВ АФРИКАНСКИХ ГРЫЗУНОВ - ТРАВЯНЫХ МЫШЕЙ (Arvicanthis niloticus) И БОЛОТНЫХ КРЫС
(Otomys helleri)
© 2015 г. Ал. А. Варшавский, А. А. Варшавский
Институт проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова РАН, 119071 Москва, Ленинский просп., 33 E-mail: angmar1@yandex.ru Поступила в редакцию 16.05.2014 г.
У двух видов африканских грызунов (Arvicanthis niloticus и Otomys helleri), различающихся по морфологии пищеварительной системы и по типу питания, исследована симбионтная целлобиогидролаз-ная активность (ЦА) в пищеварительном тракте как показатель физиологической и экологической адаптации этих видов к фитофагии. Для A. niloticus показана достоверная зависимость ЦА от ожирения: в теле слепой кишки этого вида ЦА была значительно выше, чем в ампуле. Обсуждается возможное морфофизиологическое и экологическое значение выявленных особенностей симбионт-ного пищеварения.
DOI: 10.7868/S0002332915030121
Представители родов Arvicanthis и Otomys распространены по всей Африке южнее Сахары. В течение последних лет таксономия этих родов уточняется как по морфометрическим, так и по молекулярно- биологическим критериям (Taylor et al., 2011; Dobigny et al., 2013; Granjon et al., 2013). Грызунов рода Arvicanthis Воронцов по комплексу морфологических признаков отнес к "генерализованному" биологическому типу крыс и мышей, животных со смешанным типом питания, а род Otomys — к биологическому типу полевок (Воронцов, 1982). По морфологии толстого отдела кишечника болотные крысы конвергентно сближаются с Arvicola (Behmann, 1973). Судя по общим экологическим характеристикам и морфометрическим параметрам пищеварительного тракта, род Otomys занимает экологическую нишу, сходную с таковой серых полевок (Microtus) — высокоспециализированных зеленоядных грызунов. При этом, поскольку таксономически они отстоят весьма далеко от полевок (Mammal..., 2005; Lecompte et al., 2008), морфофизиологиче-ское и экологическое сходство болотных крыс и полевок следует считать конвергентным.
Резкая сезонная смена состояния кормовых ресурсов, обусловленная чередованием сухого и влажного периодов, вынуждает многих грызунов периодически использовать в пищу богатые клетчаткой вегетативные части растений. Млекопитающие не производят целлюлаз — ферментного комплекса, разлагающего целлюлозу до простых сахаров, доступных для усвоения. Для утилиза-
ции клетчатки, составляющей до 60% клеточных стенок растений (Рабинович и др., 2001), фитофаги используют целлюлазы микросимбионтов пищеварительного тракта. В этом смысле исследование такой физиологической адаптации травяных мышей и болотных крыс к усвоению клетчат-ковых кормов, как симбионтное пищеварение, представляет несомненный интерес. Целлобио-гидролазная активность (ЦА) симбиотических микроорганизмов характеризует возможность использования целлюлозы организмом хозяина.
Цель работы — исследование ЦА в пищеварительном тракте травяных мышей и болотных крыс как показателя физиологической и экологической адаптации этих видов к фитофагии.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Живоловками были отловлены взрослые особи болотных крыс Otomys Не11еп (пять самцов и три самки) и травяных мышей ArvicantНis тШшш (четыре самца и четыре самки). Для эфиопских популяций последнего вида нередко используется синонимичное название ArvicantНis dembeensis. Травяные мыши были пойманы в Рифтовой долине (Эфиопия) в конце сухого сезона. Место отлова — центральный участок регионального природного парка Дера Дильфекар (Эега ЭШекаг) — представляет собой небольшое, диаметром ~3 км, поднятие с высотами от 1600 до 1700 м (координаты 8°20'30" с.ш., 39°19'40'' в.д.). Болотные крысы были отловлены в горах Арси, расположенных
ЦЕЛЛОБИОГИДРОЛАЗНАЯ АКТИВНОСТЬ
327
восточнее Рифтовой долины, на южной оконечности хребта Галема (Galema), на высоте ~3300 м. (координаты 7°31' с.ш., 39°19' в.д. Пойманные грызуны содержались в неволе 7—12 сут. В этот период их кормили травой, как зеленой, так и сухой, морковью и овсяными хлопьями. Две травяные мыши (самцы) и три болотные крысы (две самки и самец) были внутрибрюшинно инъецированы колхицином для подготовки к взятию проб костного мозга, нужных для хромосомного анализа.
У всех отловленных зверьков из ампулы и тела слепой кишки были отобраны пробы химуса в стандартные пластиковые пробирки (Eppendorf, Германия), содержавшие по 2 мл 80%-ного глицерина. Из каждого отдела в зависимости от степени его наполнения отбирали в 2—3 повторностях. Пробы инкубировали при температуре ~5°С не менее месяца. ЦА определяли флуориметриче-ским методом (Синицын и др., 1990; Варшавский, 2006) на анализаторе "Флюорат-02-Пано-рама" (Россия).
Статистический анализ проводился с использованием пакета R (R Core Team, 2013). При анализе результатов измерения ЦА у обоих исследованных видов учитывали возможное влияние таких факторов, как пол, генеративное состояние самок и отмеченное у трех самок травяных мышей повышенное содержание жира в подкожной ткани (далее — ожирение). Проверялось также и влияние колхицина. В связи с небольшими размерами выборки, неясным распределением и неоднородностью групповых дисперсий при статистической обработке использовались робастные непараметрические критерии.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Предварительный анализ показал, что обработка колхицином достоверно (тест Уилкоксона: W= 798.5, p = 0.03) снижает ЦА (рис. 1). Поэтому при расчете усредненных значений (медиан) и статистических тестах колхицинированные животные (две травяные мыши и три болотные крысы) не учитывались. У самцов и самок обоих видов значения ЦА существенно не различались; зависимости ЦА от генеративного состояния самок также отмечено не было.
Травяные мыши. Диапазон значений ЦА в слепой кишке травяных мышей колебался от 0.013 до 0.38 мкмоль/мин на 1 г химуса. Медиана была равна 0.133 мкмоль/мин на 1 г химуса. В теле слепой кишки у травяных мышей ЦА была значительно выше, чем в ампуле (тест Уилкоксона: W = 3, p = = 0.007); ожирение понижало уровень ЦА в каждом отделе примерно вдвое (тест Уилкоксона: W = 79.5, p = 0.005). Соотношение уровней ЦА в ампуле и в теле слепой кишки в зависимости от
св
о ^
S
X
0.3
0.2
0.1
0.06
0.033
- +
Обработка колхицином
Рис. 1. Влияние колхицина на целлобиогидролазную активность в слепой кишке травяных мышей и болотных крыс. Точки — выбросы; для рис. 1, 2, 4.
ожирения показано на рис. 2. Значения ЦА в ампуле слепой кишки травяных мышей без признаков ожирения на графике даны с учетом колхици-нированных особей в связи с малым размером выборки.
В пробах из слепой кишки одной особи (самка, ожирение, желтые тела, колхицином не обрабатывалась) значения ЦА достигали экстремальных результатов: 0.133 мкмоль/мин на 1 г химуса в ампуле и 0.747 мкмоль/мин на 1 г химуса в теле слепой кишки. Из расчетов они были исключены. Тем не менее мы считаем необходимым привести их здесь как характеристику возможностей цел-люлазного комплекса при пиковой нагрузке. Относительная длина слепой кишки у травяных мышей составляла 24—28% длины тела и 7—9% общей длины кишечника.
Болотные крысы. Диапазон значений ЦА в слепой кишке болотных крыс колебался от 0.007 до 0.213 мкмоль/мин на 1 г химуса. Медиана была равна 0.048 мкмоль/мин на 1 г химуса. ЦА в ампуле и в теле слепой кишки болотных крыс значимо не различаются (тест Уилкоксона: W = 124.5, p = = 0.39; рис. 3) в отличие от таковой у травяных мышей. Относительная длина слепой кишки у болотных крыс составляла 38—68% длины тела и 10—14% общей длины кишечника. В целом у болотных крыс в слепой кишке ЦА была достоверно (тест Уилкоксона: W = 421.5, p = 0.002) ниже, чем у травяных мышей (рис. 4).
ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
Травяные мыши широко распространены по всей территории Северной и Центральной Африки (Mammal..., 2005; Dobigny etal., 2013). Они населяют участки с густым травяным покровом в
0
Ампула слепой кишки Тело слепой кишки Ампула слепой кишки Тело слепой кишки
Отдел кишечника
Рис. 2. Влияние ожирения на целлобиогидролазную активность в слепой кишке травяных мышей. а — норма, б — ожирение.
0
широком спектре ландшафтов (Wube, Bekele, 2001) — от сухой саванны до влажных приречных лугов. По кормовым предпочтениям травяные мыши преимущественно зеленоядные, но при сезонном изменении влажности и смене растительных кормовых ресурсов они способны значительно варьировать свой рацион (Жарова и др., 1995).
Место отлова травяных мышей расположено в зоне распространения Сомали-Масайских ака-циево-коммифоровых листопадных кустарниковых зарослей (White, 1983). Растительность там сохраняется практически в естественном состоянии, участок огорожен и не стравливается скотом. Под разреженным акациевым пологом в куртинах кустарников и подроста много сухой высокой травы, среди которой в основном и ловились травяные мыши. В древесном ярусе преобладает
обильно плодоносящая FaidНerbia albida, семена которой охотно едят грызуны.
Норы и ходы травяных мышей скрываются в густой сухой траве и колючем кустарнике. Численность грызунов в местах концентрации и, соответственно, отлова была довольно высокой: 10—15 попаданий на 100 ловушко-суток. Место отлова представляет собой оптимальный для травяных мышей биотоп, где достаточно как волокнистых, так и концентрированных кормов.
В неволе травяные мыши предпочитали овсяные хлопья и морковь, траву поедали хуже, причем выбирали сухую, хотя получали также и зеленую. При их вскрытии кишечник был наполнен преимущественно овсяными хлопьями. Пищевые предпочтения травяных мышей при содержа-
Ампула слепой кишки Тело слепой кишки Отдел кишечника
а
с у
0.3
0.2
0.1
0.133
0.048
Arvicanthis niloticus
Вид
Otomys helleri
Рис. 3. Целлобиогидролазная активность в слепой кишке болотных крыс.
Рис. 4. Сравнение целлобиогидролазной активности в слепой кишке травяных мышей и болотных крыс.
0
ЦЕЛЛОБИОГИДРОЛАЗНАЯ АКТИВНОСТЬ
329
нии в неволе хорошо согласуются с ранее опубликованными данными (Жарова
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.