CC BY
64
НЕКОТОРЫЕ БИОХИМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ РЕЧНЫХ БОБРОВ В СВЯЗИ С ОСОБЕННОСТЯМИ ЭКОЛОГИИ
А.Р.Унжаков, В.А.Илюха, В.В.Белкин
3
S-я <и а.
-е-
к
Si
Институт биологии Карельского научного центра РАН, г. Петрозаводск, e-mail: [email protected]
В Карелии обитают два вида речных бобров - канадский и европейский, которые не отличаются по особенностям экологии (Данилов, 2005), и трудноотличимы по экстерьерным признакам. Распространение и численность бобров в Республике Карелия изучены достаточно хорошо (см. статью: Каньшиев с соавт. в наст. сборнике), тогда как межвидовые отношения, связанные со взаимопроникновением в места обитания и совместным существованием, а также вытеснением одного вида другим (Савельев, 1984) выяснены пока неполностью.
Бобры обладают целым рядом специфических морфофизиологических особенностей, связанных с полуводным образом жизни. Установлено, что в природе продолжительность его пребывания под водой составляет до 15 минут (Лавров, 1981). В условиях эксперимента (Gilbert, Gofton, 1982) смерть у бобров наступала через 16 мин. от асфиксии, связанной с наркотическим действием СО2. В силу своей экологической специализации они обладают в той или иной мере выраженной естественной резистентностью к гипоксии. Хорошо известно (Хочачка, Сомеро, 1988), что адаптация к полуводному образу жизни у млекопитающих осуществляется не только на морфологическом и физиологическом, но и на биохимическом уровне. Бобры служат интересным модельным объектом для изучения механизма работы гликолитических ферментов в органах и тканях в различных условиях окружающей среды, в т.ч. при гипоксии.
Изменения в уровне потребления кислорода отражаются в перестройке изоферментного спектра лактатдегид-рогеназы (ЛДГ). В органах большинства млекопитающих присутствует пять изоферментов, каждый из которых является тетрамером, образованным в результате комбинации двух разных типов полипептидных цепей - субъединиц А и В, кодируемых двумя структурными генами (Корочкин и др., 1977). Обладая общей субстратной специфичностью, изоферменты ЛДГ различаются способностью катализировать пируваткиназную (восстановление пи-рувата в лактат с помощью «анаэробных» изоферментов, содержащих субъединицы А) или лактатдегидроге-назную (окисление лактата в пируват с помощью «аэробных» изоферментов, содержащих субъединицу В) реакцию.
Нами сделана попытка найти возможные различия у аборигенного и интродуцированного видов на биохимическом уровне.
Объектом исследования послужи-
ли европейский (9 экз.) и канадский (3 экз.) бобры, добытые в южной части Карелии. Образцы печени, почек, сердца, легких, селезенки и скелетных мышц замораживали и хранили при температуре -25°С до проведения анализов. Для исследования активности ферментов и содержания белка гомо-генаты тканей готовили на 0,05 М фосфатном буфере (рН 7,0), а затем центрифугировали при 6000д в течение 15 мин. Разделение изоферментов ЛДГ производили методом горизонтального энзимэлектрофореза на пластинках агарового геля с последующим окрашиванием и сканированием фореграмм (Кожевникова и др., 2000). Полученные данные обрабатывали общепринятыми методами вариационной статистики, сравнение проводили с применением непараметрического критерия Вилкоксона - Манна - Уитни (Ивантер, Коросов, 2003).
Как и ожидалось, у бобров выявлены общие для всех млекопитающих закономерности органоспецифичного распределения изоферментов ЛДГ У млекопитающих обычно выделяют три группы тканей, характеризующихся определенным набором изоферментов (Уилкинсон, 1968). К первой группе относят ткани сердца и почек, в которых преобладают аэробные фракции изоферментов - ЛДГ-1 и ЛДГ-2. Вторая группа органов содержит преимущественно анаэробные формы ЛДГ-4 и ЛДГ-5. К этой группе относят печень и скелетную мышцу. Третья группа объединяет, как правило, ткани легких и селезенки, в которых наибольшая доля приходится на гибридные фракции ЛДГ-2, ЛДГ-3, ЛДГ-4.
При сохранении общих закономерностей распределения изоферментов ЛДГ, характерных для большинства млекопитающих, в тканях легких бобров обнаружены некоторые видовые особенности. У европейского и канадского бобров в тканях легких выявлено относительно более высокое содержание аэробных форм ЛДГ, что свидетельствует о смещении равновесия гликолитических процессов у этих грызунов в сторону образования пирувата. Относительное процентное содержание В-субъединиц (60-66%) превышало таковое А-субъединиц (34-39%), что позволяет говорить о высокой интенсивности аэробных процессов в легких. Поэтому в отличие от большинства других млекопитающих легкие бобров следует относить к группе тканей, у которых преобладает аэробный метаболизм. Известно (Хочачка, Сомеро, 1988), что для легких лактат является даже более предпочтительным субстратом окисления, чем глюкоза. Возможно, что обнаруженная особенность в распределении изоферментов в этом органе у бобров связана с экологией вида, прежде всего с их полуводным образом жизни. Хорошо известно, что у животных, приспособленных к нырянию, происходят приспособления во всех органах, однако наиболее существенные различия между ныряющими и не ныряющими млекопитающими отмечаются для сердца, легких и мозга, которые продолжают оставаться на аэробном режиме метаболизма даже в условиях анаэробиоза (Хочачка, Сомеро, 1988). Полученные нами данные показывают также, что в тканях сердца у бобров выявляется высокое относительное содержание аэробных фракций ЛДГ-1 и ЛДГ-2, составляющих в сумме 83,5% и 83,7% от общей активности фермента соответственно. При этом в сердце практически отсутствовал изофермент ЛДГ-5, а относительное процентное содержание изоэн-зима ЛДГ-4 составило в экстрактах миокарда лишь 2,4-3,1%. Все это свидетельствует о значительном преобладании аэробного метаболизма в сердце бобров.
Наряду с некоторыми особенностями в распределении изоферментов ЛДГ у бобров по сравнению с другими млекопитающими нами выявлены существенные видовые различия. Так, в изоферментном спектре тканей легких (рис. 1) у европейского вида, по сравнению с канадским, проявляется более высокий уровень аэробного изофермента ЛДГ-1. При этом, процентное содержание аэробного изоэнзима у европейского бобра составило 26,0 ± 4,4%, а у канадского - 15,0±3,7%.
При сравнительном анализе изоферментных спектров ЛДГ двух видов бобров обнаружено, что в изоэнзимном спектре почек у европейского бобра выявляется более высокое относительное содержание аэробной фракции ЛДГ-1 по сравнению с канадским. Существенные энергетические траты почек в значительной степени компенсируются за счет распада глюкозы, в превращении которой большую роль играют ферменты гликолиза, в частности лактат-дегидрогеназа. Ткани почек имеют высокую способность к аэробному метаболизму, что подтверждают данные о преобладании в изоферментном спектре ЛДГ у грызунов анодных форм фермента.
В распределении изоферментов ЛДГ в остальных изученных нами тканях
«
а о,
I
о
к £
к
к
О
к £
У §
а
а
J
1 г
с
S §
I
с
S §
к <8
t !?
Л
8.
Sä
Л
s 8
а,
£
и органах проявлялась типичная для других видов млекопитающих картина (рис. 1). В изоферментном спектре ЛДГ селезенки у европейского и канадского бобров преобладают гибридные фракции ЛДГ-2, ЛДГ-3, ЛДГ-4. Соотношение субъединиц В и А было равное.
Печень - орган, который даже в условиях нормальной обеспеченности кислородом характеризуется преобладанием анаэробных путей энергопродукции. Об этом свидетельствует доминирование катодных фракций ЛДГ и в печени речных бобров - суммарное содержание анаэробных А-субъединиц достигало почти 70%. Ткани скелетных мышц бобров имели относительно высокое содержание анаэробного изо-фермента ЛДГ-5 - 35,5-39,4% от общей активности. Известно, что для ныряющих животных характерны большие запасы кислорода в виде миоглобина скелетной мышцы. Так, у бобра запасы кислорода в виде миоглобина на 20% выше запасов кислорода в гемоглобине (Га-ланцев, 1977). При нырянии внутренние органы, а также скелетные мышцы способны поддерживать свою работу с помощью анаэробного гликолиза (Хо-чачка, Сомеро, 1988). При гипоксии анаэробные процессы компенсируют падение аэробного метаболизма.
Таким образом, у европейского и канадского бобров обнаружены общие для млекопитающих закономерности распределения изоферментов ЛДГ Однако у обоих видов бобров в тканях легких выявлено относительно более высокое содержание аэробных форм ЛДГ, что свидетельствует о смещении равновесия гликолитических процессов в сторону аэробного метаболизма. Примечательно, что именно у европейского бобра в тканях почек и легких наблюдалось преобладание аэробного изофермента ЛДГ-1. Надеемся, что дальнейшие исследования в этом направлении помогут дать однозначный ответ на вопрос: «Есть ли у одного из видов речных бобров преимущества на биохимическом уровне, обеспечивающие ему расширение ареала?»
Рис. 1. Изоферментные спектры лактатдегидрогеназы в органах бобров СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Галанцев В.П. 1977. Эволюция адаптаций ныряющих животных. Эколого- и морфофизиологические аспекты. - Л.: Наука. 191 с.
Данилов П.И. 2005. Охотничьи звери Карелии: Экология, ресурсы, управление, охрана. - М.: Наука. 340 с.
Ивантер Э.В., Коросов А.В. 2003. Введение в количественную биологию. -Петрозаводск. 304 с.
Кожевникова Л.К., Тютюнник Н.Н., Унжаков А.Р, Мелдо Х.И. 2000. Изофер-менты лактатдегидрогеназы при сезонных адаптациях хищных пушных зверей // Журнал эвол. биох. и физиол. Т. 36.№1. С. 24-29.
Корочкин Л.И., Серов О.Л., Пудовкин А.И. 1977. Генетика изоферментов. -М. 275 с.
Лавров Л.С. 1981. Бобры Палеарктики. Воронеж: Изд-во Воронежского университета, 272 с.
Савельев А.П. 1984. О взаимоотношениях канадских и европейских бобров на стыке ареалов // Вид и его продуктивность в ареале. Материалы 4-го Всес. совещ. Часть 1. - Свердловск. С.64.
Уилкинсон Дж. 1968. Изоферменты. - М. 224 с.
Хочачка, Сомеро, 1988. Стратегия биохимической адаптации. - М. 568 с.
