CC BY
153
БИОЛОГИЯ. ВЕТЕРИНАРИЯ.
УДК 591.525:597.553
МОРФОФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ АДАПТАЦИИ CARASSIUS AURATUS GIBELIO BLOCH. В БИОИНДИКАЦИИ
состояния пресноводных экосистем
Е.М. Романова, доктор биологических наук Е.В. Спирина, кандидат биологических наук
ФГОУ ВПО «Ульяновская государственная сельскохозяйственная академия» [email protected], тел. (88422) 55-95-38
Ключевые слова: морфофизиологические адаптации, токсическая нагрузка, защитные функции, загрязнение, «энергетическая плата», антропогенные факторы, средовой стресс, популяция, онтогенез.
Key words: morphological and physiological adaptations, toxic load, the protective function, pollution, energy charges, human factors, environmental stress, population, ontogenesis.
Проведена оценка состояния карася серебряного в популяциях, подверженных антропогенному воздействию различной природы. Состояние особей в популяциях оценивали при помощи морфофизиологического метода. В популяциях, подверженных воздействию антропогенных факторов, обнаружены нарушения гомеостаза, свидетельствующие об изменении состояния организма.
Живая природа нашей планеты переживает тяжелый экологический кризис, который начинается на региональном уровне и заканчивается глобальным системным кризисом биосферного уровня.
Для обеспечения устойчивого развития необходима комплексная экспресс оценка экологического состояния окружающей среды, применительно к экосистемам разного уровня сложности. Водная среда является одной из основных сред жизни, а сама вода основным компонентом биосистем. Современная экология все больше ориентируется на естественные средства диагностики с использованием видов-биоиндикаторов. Биоиндикация позволяет оценить степень и интенсивность воздействия загрязнителей, отражает динамику деградации экосистем в интегральной форме.
Одним из методов биоиндикации является метод морфофизиологических индикаторов. Он позволяет провести оценку адаптивной реакции организмов. Большую популярность в исследованиях метод морфофизиологических индикаторов приобрел в 60-е годы в связи с разви-
тием идей С.С. Шварца [1] об экологических закономерностях микроэволюции.
В соответствии с концепцией С.С. Шварца [1], любое изменение условий жизни животных прямо или косвенно связано с изменением энергетического баланса, что неизбежно приводит к соответствующим морфофункциональным сдвигам (увеличению относительных размеров сердца и почек, повышению концентрации гемоглобина в крови и др.). При изменениях в образе жизни или в любых экстремальных условиях, животные несут большие энергетические затраты. Закономерности подобного характера выражены столь отчётливо, что они возводятся в ранг «законов». Способность повышать энергетический обмен для выживания в стрессовой ситуации выработана у животных в процессе эволюционного развития и является важнейшей их преадаптацией к изменению условий среды [1].
Целью работы явился поиск наиболее информативных параметров Carassius auratus gibelio Bloch. для оценки экологического состояния водоемов.
Материалы и методы
Материал для данной работы был собран в течение летних месяцев 20082009 гг. на территории Ульяновской области в Тереньгульском, Карсунском, Чердаклинском районах и в районе Железнодорожной Майны. Нами было изучено девять популяций карася серебряного. Шесть из них обитают в водоемах: пруд р.п. Тереньга, «Гусиное озеро» с. Рыновские Хутора Тереньгульского района, пруд «Паника» и р. Золотая с. Белозерье Карсунского района, озера «Озерки», «Татурайкино» Чердаклинского района, испытывающие на себе примерно одинаковое антропогенное воздействие. На берегах расположены населенные пункты, по берегам раскинулись сельскохозяйственные угодья. В качестве экологически чистых водоемов использовались: пруд с. Молвино Тереньгульского района, пруд с. Уренбаш Чердаклинского района, «Белое озеро» с. Загвозкино Ж/Д Майны. Состав надводной растительности одинаков: камыш, тростник, рогоз.
Объектом исследования карась (С. auratus gibelio Bloch.) был выбран не случайно. Во-первых, это ценный промысловый вид для наших мест. Во-вторых, он исключительно нетребователен к условиям обитания. Он может существовать при
довольно низком содержании кислорода (до 0,1 мг/л) и при понижении температуры вплоть до замерзания. Карась (С. auratus gibelio Bloch.) - рыба бентосоядная: его пищей являются личинки хирономид и других насекомых, моллюски, черви, гам-марус, большую роль играет растительная пища. Обитает в литоральной зоне водоема с илистым грунтом и зарослями подводных растений [2].
Рыб отлавливали в первой половине лета с помощью сетей и удочки. Для выявления физиологического состояния карася рассчитывали индексы органов [3]. С помощью электронных весов определялся общий вес тела особей, затем проводилось вскрытие животных, изъятие внутренних органов (сердца, жабр) и взвешивание их на электронных весах с точностью до 0,001 г. Индекс органа определялся по формуле: I = x/y*1000 (%о); х
- вес органа; у - общий вес тела. Также рассчитывался индекс упитанности, применяемый в ихтиологии [4], по формуле: масса тела*100 / длина тела3.
Результаты и их обсуждение
Абсолютный вес органа связан с весом тела. Поэтому чаще исследователи используют не абсолютные, а относительные показатели данного признака. Все вышеперечисленные причины дела-
у
/ / I / .
с- с
# if #
ж
&
I □ индею сердца |
Рис. 1. Индекс сердца C. auratus gibelio Bloch.
4
з
2
1
0
45
40
35
30
25
20
15
10
5
о
nh -
nsT
4?
-о
<ч0 ф
■с? # ^ -
4* <* о£
&
* /
Рис. 2. Индекс жабр C. auratus gibelio Bloch.
ют использование относительных показателей веса органов или индексов более целесообразным, в том числе и в целях индикации состояния среды обитания животных.
Мы исходили из следующих предположений: 1) антропогенное загрязнение вод создаёт «экстремальность» условий обитания для живых организмов; 2) токсические вещества являются дополнительной нагрузкой на организм и способны изменять уровень метаболизма; 3) для выживания в условиях действия загрязнения особи должны нести энергетические затраты по детоксикации, что должно отразиться на их морфофизиологических показателях.
Следует отметить, что рыбы, живущие в водоёмах характеризуются большей зависимостью от факторов среды в силу высокой роли в водных экосистемах процессов экологического метаболизма и большей интенсивностью распространения загрязняющих веществ.
С целью оценки уровня обмена веществ серебряного карася были определены индексы сердца (рис. 1).
Установлено, что чем большая работа совершается сердцем в единицу времени, тем больше выражена его гипертрофия. Это связано с тем, что под влиянием нагрузок в сердечной муску-
латуре происходит образование белков, что влечет за собой увеличение массы и объема этого органа [5].
Величина сердечного индекса четко коррелированна как с размерами тела, так и со степенью энергетических затрат. Поэтому любые изменения условий среды, требующие повышения уровня метаболизма животных, приводят к интенсификации функций этого органа, и, соответственно, к увеличению его размеров.
В условиях экологического оптимума индекс сердца рыб наименьший [5]. При токсической нагрузке у рыб происходит наращивание массы органа - величина индекса увеличивается. При исследовании морфофизиологических индексов было обнаружено достоверное превышение индекса сердца животных в антропогенно-трансформированных водоемах (пруд р.п. Тереньга, пруд «Паника», р. Золотая) по сравнению с экологически чистыми водоемами (пруд с. Молвино, «Белое озеро») (р<0,05).
Имеются многочисленные экспериментальные данные о том, что в условиях токсических нагрузок учащается ритм дыхания, появляется тахикардия и увеличивается потребление кислорода, что создаёт нагрузку на сердце и может объяснить причину наращивания его массы. Таким образом, индекс сердца связан с
ІП
І
прудр.п. пруд «Панша» р. Золотая озеро «Гусиное пруц«Озеріи» прз-Д о. «Белое озеро» прз-д о.
Тереньга «Татурайкино» озеро» Уренбаш Мотвино
Рис. 3. Упитанность С. auratus gibelio Bloch.
уровнем метаболизма рыб. С.С. Шварц [1] подчеркивал, что интенсификация обмена веществ ведет к увеличению размеров сердца, и эта закономерность характерна для рыб, подвергающихся действию токсических веществ. Действие факторов антропогенно-трансформированных водоемов на организм приводит к мобилизации защитных функций и ускорению обмена веществ, что в свою очередь обусловливает нагрузку на сердце и вызывает его адаптивные перестройки.
Очевидно, что воздействие загрязнения водоемов оказывает влияние на значение индекса сердца. Это связано с тем, что метаболизм животных в условиях загрязнения протекает с большей интенсивностью, что и позволяет им выживать в неблагоприятных условиях. Поэтому индекс сердца серебряных карасей - признак, который целесообразно использовать в биоиндикации водоемов.
Жабры - играют в организме рыб важную физиологическую роль как орган дыхания. Однако, к сожалению, в литературе данные по относительному весу этого органа встречаются редко. Более высокие индексы жабр серебряного карася наблюдаются в зонах загрязнения, возможно, что под действием токсичных веществ, содержащихся в воде, защитная функция жабр проявляется в разрастании и утолщении их эпителия, что
отражается на их относительной массе. С другой стороны, многочисленными экспериментами доказано, что воздействие токсичных веществ или других стрессов приводит к учащению ритма дыхания, гипервентиляции жабр и повышению потребления рыбами кислорода [6, 7]. Ускорение метоболизма, повышение потребления кислорода под действием токсичных веществ приводит к возрастанию физиологической роли жабр, что создает дополнительную нагрузку на орган и в результате увеличивается относительная их масса. С целью оценки метаболизма были определены индексы жабр (рис. 2).
У карасей пруда р.п. Тереньги наблюдается увеличение индекса жабр, достоверно отличающихся от экологически чистых водоемов (пруд с. Молвино, «Белое озеро») (р<0,05), поэтому данный индекс можно использовать для биоиндикации водоема.
Жиронакопление тесно связано со всеми физиологическими процессами в организме рыб, поэтому может быть индикатором адаптивных изменений в организме. В работах Г. В. Никольского [4], С.С. Шварца [1] жиронакопление рассматривается как один из механизмов образования энергетического «депо» при воздействии на популяцию неблагоприятных природных факторов.
Расчёт отношения массы тела к дли-
0
не показал, что упитанность животных из антропогенно-трансформированного водоема существенно выше, по сравнению с животными из экологически чистых водоемов (рис. 3).
М.И. Шатуновским [8] показано, что у молоди рыб в критические периоды жизни, например, при зимовке или скате, проходных и полупроходных рыб в море, повышается содержание липидов в красных мышцах, жабрах, кишечнике, увеличивается содержание фосфолипидов и высоко насыщенных жирных кислот лино-ленового ряда. А.Ф. Кирилов [9] приводит факты, что в процессе адаптации сига к новым условиям водохранилища он создает значительные запасы энергетических субстратов, в результате повышаются упитанность и количество внутреннего жира. Ю.Г. Юровицким и В.С. Сидоровым [10] показано, что у ряпушки из озера, куда попали гербициды, во всех системах организма отмечено повышение уровня содержания фосфолипидов.
Можно предположить, что под влиянием хронического загрязнения среды стимулируется включение механизмов регуляции роста и жиронакопления рыб, поскольку для выживания в экстремальных условиях организм должен обладать определенным энергетическим резервом.
Характер изменения липидного статуса рыб при остром кратковременном воздействии токсических веществ резко отличается от хронического воздействия. В первом случае происходит ярко выраженная клеточная патология, при которой повышается концентрация лизолицитина; во втором случае происходит реабилитация организма за счет синтеза липидов [10].
Таким образом, биохимические механизмы объясняют различия в процессах жиронакопления рыб в условиях острой и хронической интоксикации, раскрывают причины увеличения показателей упитанности и количества внутреннего жира. С экологической точки зрения способность особей перестраивать обмен веществ в
сторону отложения жиров вместо расхода пластических веществ на рост является одним из механизмов реагирования на стрессовую ситуацию и выживания, который в условиях загрязнения приобретает адаптивную ценность.
Основываясь на общебиологи-
ческом законе реакций биосистем на стрессовую ситуацию и концепции С.С. Шварца о том, что любые дополнительные энергетические затраты ведут к увеличению массы внутренних органов, приходим к заключению - мобилизация защитных функций организма, проявляющаяся в увеличении индексов сердца, жабр, упитанности, свидетельствует о дополнительной «энергетической плате» организма, связанной с детоксикацией и его выживанием в условиях загрязнения.
Таким образом, адаптивную ценность в условиях антропогенно-трансформированных водоемов приобретают перестройки организма, связанные с их способностью повышать уровень метаболизма в соответствии с эво-люционно определенными механизмами повышения жизнеспособности, их преа-даптацией к неблагоприятным условиям. Увеличение массы внутренних органов позволяет особи выдерживать напряжённый энергетический баланс. Особи, способные выдерживать дополнительные энергетические затраты на детоксикацию проникающих в организм слабых доз ядов, приобретают преимущества для выживания в условиях антропогенно-трансформированных водоемов.
Литература:
1. Шварц С.С. Экологические закономерности эволюции.- М.: Наука, 1980.277 с.
2. Комплексный глобальный мониторинг состояния биосферы. - Л.: Гидрометеоиздат, 1986. - Т. 3. - 247 с.
3. Шварц С.С., Смирнов В.С., Добринский Л.Н. Метод морфофизиологических индикаторов в экологии наземных позвоночных. - Свердловск: Наука, 1968. - 387 с.
4. Никольский Г.В. Экология рыб. -М: Наука, 1974. - 367 с.
5. Ковылина Н.В. Использование озерной лягушки (R. ridibunda Pall.) для оперативной индикации техногенного загрязнения водотоков: Автореф. дисс... канд. биол. наук. - Волгоград: ВГПУ, 1999.
- 16 с.
6. Л у к ь я н е н к о В . И . Ихтиотоксикология. - М.: Агропром, 1983.
- 383 с.
7. Карпович Т.А., Лукьяненко В.И. Влияние токсикантов на кардиореспира-торнуюсистемурыб.//Экспериментальная водная токсикология. - Рига: Зинатне,
1988. - С. 5-36.
8. Шатуновский М.И. О некоторых особенностях липидного обмена в раннем патогенезе рыб // Изв. РАН. - Сер. биологич., 1993. - №1. - С. 16-20.
9. Кирилов А.Ф. Стратегия экологической адаптации сига в экстремальных условиях. - Новосибирск: Наука, 1983. -106 с.
10. Юровицкий Ю.Г., Сидоров В.С. Эколого-биохимический мониторинг и эколого-биохимическое тестирование в районах экологического неблагополучия // Изв. РАН. - Сер. биологич., 1993. - №1.
- С. 74-82.
УДК 619: 612: 636: 4
ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ МИКРОБОСИНТЕЗИРУЕМОЙ БИОДОБАВКИ
В СВИНОВОДСТВЕ
О.Н. Марьина, кандидат биологических наук, старший преподаватель Технологический институт - филиал ФГОУ ВПО «Ульяновская ГСХА», Россия
тел. 89272712631
Н.А. Любин, доктор биологических наук, профессор ФГОУ ВПО «Ульяновская государственная сельскохозяйственная академия»
тел. 89084763745
Е.М. Марьин, кандидат ветеринарных наук, старший преподаватель, ФГОУ ВПО «Ульяновская государственная сельскохозяйственная академия»
тел. 89272712659 С.Н. Хохлова, кандидат биологических наук, доцент,
ФГОУ ВПО «Ульяновская государственная сельскохозяйственная академия»
Ключевые слова: бета-рост, свиньи, каротин, обмен веществ, белок.
Key words: beta-growth, pigs, carotin, a metabolism, fiber.
По результатам исследований крови установлено, что применяемая добавка в корм супоросным свиноматкам способствует усилению гемопоэза у поросят. Это свидетельствует об оптимизации обменных процессов у беременных животных, которые оказали положительное влияние на развитие плода.
В экспериментальных исследованиях изучались показатели белкового обмена в сыворотке крови суточных поросят и отъемного возраста при использовании препарата в-рост в условиях промышленного комплекса. В результате проведенных исследований установлено повышение уровня общего белка, альбуминов и глобулинов при снижении уровня концентрации мочевины, остаточного азота, и активности АЛаТ, АСаТ в сыворотке крови опытных животных.______________________________
