CC BY
31
Труды ИБВВ РАН, вып. 89(92), 2020
Transactions of IBIW, issue 89(92), 2020
УДК: 57.084.1/574.522/594.6
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕРМОРЕЗИСТЕНТНОСТИ ДВУСТВОРЧАТЫХ МОЛЛЮСКОВ UNIO PICTORUM ПО КАРДИОАКТИВНОСТИ
В. Б. Вербицкий1, А. Н. Шаров2, С. В. Холодкевич2
1 Институт биологии внутренних вод им. И.Д. Папанина РАН, 152742, пос. Борок, Ярославская обл., Некоузский р-н, e-mail: [email protected] 2 Санкт-Петербургский научно-исследовательский центр экологической безопасности РАН, 197110, г. Санкт-Петербург, улица Корпусная, 18, e-mail: [email protected]
До настоящего времени отсутствовали данные по терморезистентности у пресноводных двустворчатых моллюсков Unio pictorum из-за методической сложности определения момента наступления теплового шока, так как при наступлении любых неблагоприятных условий моллюски замыкают раковину и могут находиться в таком положении от нескольких часов до нескольких суток. При этом физиологическое состояние моллюска по внешним признакам определить нельзя и часто раковина раскрывается уже после гибели организма. Нами предложено использовать метод оценки кардиоактивности для определения уровня терморезистентности у U. pictorum по критерию критического температурного максимума. Выявлена поведенческая реакция (замыкание раковины), коррелирующая с физиологической реакцией (резкое падение частоты сердечных сокращений - ЧСС) в момент наступления теплового шока, определяемого методом критического температурного максимума (КТМЧсс). Предшествующую замыканию раковины поведенческую реакцию втягивания ноги можно рекомендовать использовать как реакцию, сигнализирующую о приближении момента теплового шока. Оценка терморезистентности моллюсков U. pictorum после трехнедельного пребывания в модельных мезокосмах в присутствии цианотоксинов и элодеи позволила выявить их биологически значимые эффекты на жизнедеятельность моллюсков (снижение уровня КТМЧСС), что позволяет также рекомендовать показатель снижения терморезистентности, оцениваемый по КТМЧСС, как один из надежных биомаркеров для оценки токсичности водной среды.
Ключевые слова: критический температурный максимум, терморезистентность, частота сердечных сокращений, цианобактерии, цианотоксины, элодея, Unio pictorum.
DOI: 10.24411/0320-3557-2020-10005
ВВЕДЕНИЕ
Терморезистентность считается важным физиологическим и экологическим показателем, который позволяет по физиологическим температурным реакциям отдельных организмов судить о величине температурной пластичности популяции. Одним из наиболее широко используемых индексов для определения терморезистентности организма является критический температурный максимум (или КТМ).
В последние годы, в связи с климатическими флуктуациями, растет число публикаций, посвященных термотолерантности различных эктотермных организмов, в том числе морских двустворчатых моллюсков [Compton et al., 2007; Xing et al., 2019]. Пресноводные моллюски в этом отношении остаются менее изученными. Одна из причин этого заключается в методической сложности определения момента наступления теплового шока, так как при наступлении любых неблагоприятных ус-
ловии моллюски замыкают раковину и могут находиться в таком положении от нескольких часов до нескольких суток. При этом физиологическое состояние моллюска по внешним признакам определить нельзя и часто раковина раскрывается уже после гибели организма.
В данной работе мы использовали в качестве критерия терморезистентности двустворчатых моллюсков критический температурный максимум (КТМ), определяемый по изменению частоты сердечных сокращений (КТМЧСС) моллюска, измеряемой с помощью оригинального волоконно-оптического метода [КМоакеуюЬ й а1., 2017].
Цель работы - апробация метода определения терморезистентности по показателям кардиоактивности на пресноводных двустворчатых моллюсках Unio pictorum и проверка его чувствительности в хроническом эксперименте по изучению влияния на моллюсков циано-токсинов и элодеи.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Определение терморезистентности двустворчатых моллюсков. Терморезистентность по значениям КТМЧСС оценивали у пресноводных моллюсков перловиц (Unio picto-rum), отловленных в Рыбинском водохранилище в июле 2018 г.
Моллюсков одного размера, в количестве 16 экз., помещали в прозрачную проточную кювету, подключенную к термостату. Начальная температура воды в кювете и термостате совпадала с температурой воды, из которой моллюски были отловлены. Термостат вклю-
чали в режим повышения температуры с постоянной скоростью 0.15°С в 1 мин.
У каждого моллюска на створки в область сердца наклеивали цианакрилатным клеем миниатюрные датчики с двумя гибкими оптическими волокнами, соединенными с системой регистрации и обработки сигналов сердца [КЪоМкеу^ et а1., 2017] (рис. 1).
Рис. 1. Экспериментальная установка c моллюсками в кювете с прикрепленными к ним оптоволок-нами для регистрации ЧСС.
Fig. 1. Experimental setup with mollusks in a cuvette with optical fibers attached to them for recording heart rate.
Терморезистентность оценивали как критическую температуру наступления теплового шока по критерию критического температурного максимума (КТМ). Так как методика определения КТМ у пресноводных двухстворчатых моллюсков ранее отсутствовала, было проведено предварительное исследование по
Таблица 1. Варианты эксперимента
Table 1. Various treatments
определению критериев достижения КТМ. Максимальное значение температуры воды, после которого начинается снижение ЧСС, визуально сопровождающееся закрытием раковины, было принято в качестве маркера терморезистентности моллюсков, или критического температурного максимума (КТМ) [Уег-Ь^ку ег а1., 2019].
Измерения были проведены в 4-х по-вторностях. По результатам каждого опыта находили среднюю величину КТМ и ошибку средней (±SE). В общей сложности были протестированы 64 экз. U. pictorum.
Животных, после их возвращения к температуре акклимации, больше в опытах не использовали. После всех тестирований и измерения размеров, моллюски были возвращены в естественные места обитания.
Терморезистентность моллюсков
и. рШогыт в присутствии цианотоксинов и элодеи. Для проверки эффективности чувствительности биомаркера КТМЧСС нами была проведена оценка влияния цианотоксинов и элодеи на моллюсков U. pictorum в хроническом эксперименте, проведенном в июле 2018 г. в мезокосмах на экспериментальной прудовой базе "Сунога" ИБВВ РАН.
Использовали четыре варианта (по три повтора в каждом): I - контроль (без циано-бактерий и E1odea), II - контроль + плотные заросли элодеи (плотность 6.6 см3), III - контроль + заросли элодеи + цианобактерии и IV -контроль + цианобактерии (табл. 1).
Варианты Variant I II III IV
Мезокосмы 1, 2, 3 4, 5, 6 7, 8, 9 10, 11, 12
Mesocosms
Условия Контроль Элодея Элодея + цианобактерии Цианобактерии
Conditions
Равные количества фито- и зоопланктона (главным образом крупных Cladocera Daphnia longispina) были добавлены во все мезокосмы. Формирующие цветение виды цианобактерий из Рыбинского водохранилища (в основном Aphanizomenon flos-aquae, Microcystis aeruginosa и Gloeoitrichia sp.) были добавлены в III и IV варианты в количестве 3.5 ± 0.5 мг/л, что соответствует значениям, наблюдаемым в период летнего цветения в этом водоеме. Во время воздействия около 90% биомассы фитопланктона было представлено зелеными водорослями Volvox aureus, Closterium moniliferum
и Oocystis solitaria в I и II вариантах, в то время как в III и IV вариантах 63-88% приходилось на цианобактерии A. flos-aquae. В вариантах с цианобактериями выявлено наличие токсичных микроцистинов LR (24-53% от суммы токсинов, или 6.6-66.5 мкг/л). [Verbitsky et al., 2019]. Двустворчатые моллюски Unio pictorum (длиной 45-55 мм) были собраны в Рыбинском водохранилище и помещены в каждый мезо-косм в количестве 13 особей. Такие плотности сопоставимы с их значениями в естественной среде обитания.
Мезокосмы подвергались воздействию в течение 20 дней, с 19/07/2018 по 07/08/2018 г., после чего подопытных животных собирали для оценки биомаркеров терморезистентности и частоты сердечных сокращений. Измерение КТМЧСС проводили согласно описанной выше методике.
Исследуемые переменные выражали в виде среднего арифметического и их стандартного отклонения (SD). Различия между вариантами оценивались в пакете ANOVA с
РЕЗУЛЬТАТЫ
Маркер терморезистентности двустворчатых моллюсков. Известно, что в определенных пределах частота сердечных сокращений (ЧСС) моллюсков имеет прямую зависимость от температуры воды [Sharov, Kholodkevich, 2015]. Однако нами было отмечено, что при повышении температуры воды с постоянной скоростью 0.15°С/мин увеличение ЧСС происходило до определенной максимальной точки, после чего регистрировалось быстрое и резкое снижение частоты сердечных сокращений (рис. 2). Этот момент сопровождался закрытием раковины моллюска, а предшествовало ему втягивание ноги. При продолжении нагрева воды, ЧСС опять начинало незначительно расти до момента следующего резкого падения этого показателя.
Моллюски, пересаженные из кюветы в воду с исходной температурой после первого снижения ЧСС, примерно через час восстанавливали исходный уровень ЧСС и в дальнейшем продолжали нормальную жизнедеятельность. У моллюсков, пересаженных после второго падения ЧСС, регистрировали летальный эффект, который сопровождался раскрытием створок, вытягиванием ноги и потерей сигнала сердцебиения.
Таким образом, в качестве критической температуры наступления теплового шока у Unio pictorum, т.е. в качестве маркера их терморезистентности, мы предлагаем считать температуру, при которой наблюдается первое резкое снижение ЧСС, визуально сопровождающееся закрытием его раковины. Аналогичный критерий предложен и для морских гребешков Chlamys farreri [Xing et al., 2019]. В качестве предшествующей реакции, сигнализирующей о приближении момента теплового шока, выступает реакция втягивания ноги.
Оценка терморезистентности моллюсков U. pictorum при воздействии цианоток-синов и элодеи. Было показано, что среднее значение КТМЧСС у моллюсков U. pictorum в контроле (I) составляло 35°С, что на 1.9°С выше, чем во II и IV вариантах (рис. 3).
использованием множественных тестов для средних значений (MRT), теста ранговой корреляции Спирмена, теста Крускала-Уоллиса для медиан (K-W-тест) и теста на дисперсию для стандартных отклонений (F-тест). Статистически значимые различия между двумя распределениями переменных были приняты при p <0.05 (уровень значимости 95.0%). Все расчеты были выполнены с использованием статистического пакета R [R Development Core Team, 2018].
ИССЛЕДОВАНИЯ
/ • t J \ -Д-HRl
/ £ • / 1 .......HR2 1 / 1 / 1 ----HR3
7 / 1 1
1 1 —♦—HR4 1 1
ß V / • 1 Температура
♦ . •„-*.* / pffiifSy1 / 1
i. \ f-- ^A'-A i i i i i i i i i i
0:00 0:30 1:00 1:30 2:00 2:30 3:00 3:30 4:00 4:30 5:00
Время, ч:мин
Рис. 2. Динамика частоты сердечных сокращений (ЧСС) у четырех особей Unio pictorum при плавном повышении и последующем снижении температуры воды. HR1-HR4 - величина ЧСС у 4-х особей U.
pictorum.
Fig. 2. Dynamics of heart rate (HR) in four Unio pictorum individuals with a gradual increase and subsequent decrease in water temperature. HR1-HR4 -heart rate in 4 individuals of U. pictorum.
35
30
25
Рис. 3. Средние значения и стандартная ошибка критического температурного максимума (КТМ) моллюсков Unio pictorum в различных вариантах эксперимента. I - контроль, II - элодея, III - элодея + цианобактерии, IV - цианобактерии.
Fig. 3. Mean values and their standard errors (vertical bars) of the critical thermal maximum (CTM) in the mollusk Unio pictorum in various treatments. I - control, II - elodea, III - elodea + cyanobacteria, IV -cyanobacteria.
Средние значения КТМЧСС моллюсков во II, III и IV вариантах колебались от 31 до 33°С. Наибольший эффект обнаружен при совместном влиянии двух факторов (элодеи и цианобакте-рий) в варианте III - КТМЧСС в среднем достигал 31.5±2.5оС.
Согласно трем различным статистическим критериям, существенные различия в уровнях КТМЧСС отсутствовали между вари-
антами II и III, II и IV, III и IV. В то же время контрольный вариант (I) значительно отличался от варианта с элодеей (II) по F-тесту и от варианта с цианотоксинами (IV) по тесту Кру-скалл-Уоллиса для медиан. Максимальные различия (в трех разных тестах) были отмечены между контролем и вариантом с комбинированным действием элодеи и цианотоксинов (I и III) (табл. 2).
Таблица 2. Статистические показатели, оценивающие разницу между вариантами Table 2. Statistical indicators that evaluate the difference between various treatments
Варианты MRT-тест F- тест K-W тест
Variants
I и II 1.9 0.04 (0.01)* 8.0 (0.88)
I и III 3.5* 0.02 (0.003)* 1.0 (0.007)*
I и IV 1.9 0.20 (0.15) 0 (0.01)*
II и III 1.59 0.52 (0.61) 6.0 (0.66)
II и IV 0.03 5.16 (0.15) 12.5 (0.92)
III и IV -1.57 9.90 (0.05) 13.0 (0.54)
Примечание. Р-значение приведено в скобках. * - обозначает статистически значимую разницу при p <0.05. Note. The p-value - in parentheses given. * - indicates a statistically significant difference at p <0.05.
ОБСУЖДЕНИЕ
Маркер терморезистентности двустворчатых моллюсков. КТМ определяется у разных видов при различных температурах. Физиологические реакции на повышение температуры воды сходны для разных таксонов [Hutchison, 1961; Becker, Genoway, 1979; Вербицкий, Березина, 2009 (Verbitsky, Berezina, 2009); Galbraith et al., 2012]. По этой причине величина КТМ считается отличным показателем не только для оценки тепловых требований водных организмов, но и их общего физиологического состояния и стрессоустойчивости [Paladino et al., 1980; Lutterschmidt, Hutchison, 1997; Angilletta, 2009; Somero, 2010; Rezende et al., 2011; Huey et al., 2012].
Метод КТМ широко используется для определения терморезистентности у эктотермов: у ракообразных - от низших до креветок и крабов, у насекомых - двукрылых, жуков, муравьев и др., у рыб, земноводных и рептилий [Pörtner, Knust, 2007; Allen et al., 2012; Verble-Pearson et al., 2015; Vinagne et al., 2015; Salachan, Sorensen, 2017; Rusch et al., 2019].
Однако, у двустворчатых моллюсков КТМ определяли в основном у морских видов, используемых в марикультуре [Xing et al., 2019]. Проведенное нами исследование на пресноводном виде Unio pictorum позволило подтвердить поведенческую реакцию (захлопывание раковины), коррелирующую с физиологической реакцией (резкое падение частоты сердечных сокращений), используемую при тестировании морских видов. Так как
КТМ - это показатель не летальный, а определяющий значение температуры теплового шока, наблюдаемые при нагреве реакции должны быть обратимы. Все протестированные нами особи восстановили исходный уровень ЧСС в течение 1.0-1.5 ч. На основании этого температуру, при которой наблюдается захлопывание раковины, мы использовали в качестве поведенческиого биомаркера терморезистентности для Unio pictorum.
Терморезистентность моллюсков
U. pictorum при воздействии цианотоксинов и элодеи. Массовое развитие цианобактерий в природных водоемах представляет глобальную проблему, которая обостряется в условиях изменчивого климата и эвтрофикации водоемов. Цианобактерии способны синтезировать внутриклеточные цианотоксины, защищающие их от поедания водными животными, но эти токсины могут быть опасны для здоровья человека.
Цианотоксины продуцируются разными видами цианобактерий. После выделения из клетки они присутствуют в воде и биомассе планктона несколько недель [Gagala, Mankiewicz-Boczek, 2012].
Токсичные эффекты цианотоксинов (в том числе, микроцистинов) на физиологические показатели беспозвоночных и водные растения широко обсуждаются в литературе [Wood, 2016,]. Они выражаются в снижении выживаемости и репродуктивного потенциала водных организмов, увеличении амплитуды
колебаний популяционных показателей. Однако, из-за высокой вариации физиологической и биохимической чувствительности между видами, трудно дать общий вывод об их влиянии на какой-то определенный параметр.
Согласно данным Кравцовой
с соавторами (2010), элодея практически не изучена как фактор влияния на беспозвоночных.
В мезокосмах с элодеей (варианты II и III) концентрация кислорода в воде была значительно ниже (в среднем 5.1 и 5.2 мг/л), чем в контроле (7.3 мг/л) и в варианте IV (7.6 мг/л). Значимые различия (р <0.01) были также в величине рН, электропроводности и нитратов в воде ^егЬ^ку ег а1., 2019]. Такие изменения в окружающей среде часто встречаются в плотных зарослях элодеи [КигЬагоуа ег а1., 2017]. Мы полагаем, что снижение концентрации кислорода в зарослях элодеи усилило отрицательное влияние цианотоксинов на моллюсков, проявившееся в снижении их термостойкости, что подтвердил коэффициент ранговой корреляции Спирмена (к.к. = 0.59, Р = 0.05). Аналогичный отрицательный эффект был отмечен и на сердечно-сосудистой активности моллюсков (к.к. = -0.76, Р = 0.012). С понижением концентрации кислорода в воде время восстановления сердечного ритма после нагрузки увеличивается. Тест Крускалл-Уоллеса также показал наличие достоверной связи между содержанием кислорода в воде и анализируемыми показателями состояния моллюсков.
Таким образом, на пресноводном моллюске Unio pictorum апробирован метод определения уровня терморезистентности по критерию критического температурного максимума (КТМЧСС), используемый у морских двустворчатых моллюсков. Поведенческая реакция (замыкание раковины), коррелирующая с физиологической реакцией (резкое падение частоты сердечных сокращений) в момент наступления теплового шока, может быть использована в качестве критерия для определения критического температурного максимума у пресноводных Б1уа1у1а. Предшествующую замыканию раковины поведенческую реакцию втягивания ноги можно рекомендовать использовать как реакцию, сигнализирующую о приближении момента теплового шока.
Оценка терморезистентности моллюсков U. pictorum в присутствии цианотоксинов и элодеи позволила выявить их биологически значимые эффекты на жизнедеятельность моллюсков, что позволяет также рекомендовать показатель снижения терморезистентности, оцениваемый по КТМЧСС, как один из надежных биомаркеров для оценки токсичности водной среды.
В дальнейшем планируется продолжить исследования на других видах пресноводных двустворчатых моллюсков и различных факторах воздействия.
Данная работа выполнена в рамках госбюджетных тем Министерства Высшего образования и науки РФ: AAAA-A18-118012690101-2 и AAAA-A18-118012690096-1.
БЛАГОДАРНОСТИ
Авторы благодарят С.А. Курбатову, И.Ю. Ершова, Н.А. Березину, О.А. Малышеву и Р.А. Федорова за помощь в организации и проведении полевого эксперимента.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ Вербицкий В.Б., Березина Н.А. Тепловая и соленостная устойчивость эврибионтного бокоплава Gmelinoides fasciatus (Stebbing) при разных условиях акклимации // Журнал общей биологии. 2009. Том 70, № 3. С. 269-276.
Шаров А.Н., Холодкевич С.В. О некоторых особенностях использования пресноводных двустворчатых моллюсков при проведении экотоксикологических исследований на основе мониторинга их кардиоритма волоконно-оптическим методом // Принципы экологии. 2015. Т. 4. № 2. С. 23-30. Allen J.L., Clusella-Trullas S., Chown S.L. The effects of acclimation and rates of temperature change on critical thermal limits in Tenebrio monitor (Tenebrionidae) and Cyrtobagous salviniae (Curculionidae) // Journal of Insect Physiology. 2012. Vol. 58. 669-678. Angilletta M.J. Thermal Adaptation. A Theoretical and Empirical Synthesis. Oxford University Press, Oxford. 2009. 289 p.
Becker C.D., Genoway R.G. Evaluation of the critical thermal maximum for determining thermal tolerance of freshwater fish // Environ. Biol. Fishes. 1979. Vol. 4. P. 245-256. Compton T.J., Rijkenberg M.J.A., Drent J., Piersma T. 2007. Thermal tolerance ranges and climate variability: A comparison between bivalves from differing climates. J. Exp. Mar. Biol. and Ecol. Vol. 352 200-211. Gagala I., Mankiewicz-Boczek J. The Natural Degradation of Microcystins (Cyanobacterial Hepatotoxins) in Fresh Water-the Future of Modern Treatment Systems and Water Qality Improvement // Polish Journal of Environmental Studies. 2012. Vol. 21. P. 1125-1139.
Galbraith H.S, Blakeslee C.J., Lellis W.A. Recent thermal history influences thermal tolerance in freshwater mussel species (Bivalvia: Unionoida) // Freshwat. Sci. 2012. Vol. 31. P. 83-92.
Huey R.B., Kearney M.R., Krockenberger A., Holtum J.A.M., Jess M. and Williams S.E. Predicting organismal vulnerability to climate warming: roles of behaviour, physiology and adaptation // Phil. Trans. R. Soc. B. 2012. Vol. 367. P. 1665-1679. doi: 10.1098/rstb.2012.0005
Hutchison V.M. Critical thermal maxima in salamanders // Physiol. Zool. 1961. Vol. 34. P. 92-125.
Kravtsova L.S., Izhboldina L.A., Mekhanikova I.V., Pomazkina G.V., Belykh O.I. Naturalization of Elodea canadensis Mich. in Baikal Lake // Russ. J. Biol. Invasions. 2010. Vol. 2. P. 2-17.
Kurbatova S.A., Yershov I.Yu., Borisovskaya E.V. Effect of hydrophyte thickets density on zooplankton // Inland Wat. Biol. 2017. Vol. 10. P. 83-91.
Kholodkevich S., Kuznetsova T., Sharov A, Kurakin A., Lips U., Kolesova N., Lehtonen K. Applicability of a bioelec-tronic cardiac monitoring system for the detection of biological effects of pollution in bioindicator species in the Gulf of Finland // J. Mar. Syst. 2017. Vol. 171. P. 151-158.
Luttterschmidt W.L., Hutchison V.M. The critical thermal maximum: data to support the onset of spasms the definitive end point // Can. J. Zool. 1997. Vol. 75. P. 1553-1560.
Paladino F.V., Spotila J.R., Schubauer J.P. Kowalski K.T. The critical thermal maximum: a technique used toelucidate physiological stress and adaptation in fishes // Rev. Can. Biol. 1980. Vol. 39. P. 115-122.
Portner H.O., Knust R. Climate Change Affects Marine Fishes Through the Oxygen Limitation of Thermal Tolerance // Science. 2007. Vol. 315. P. 95-07. DOI: 10.1126/science. 1135471.
R Core Team. R: a language and environment for statistical computing / R Core Team // Vienna, Austria: R Foundation for Statistical Computing, 2018.
Rezende E.L., Tejedo M., Santos M. Estimating the adaptive potential of critical thermal limits: methodological problems and evolutionary implications // Funct. Ecol. 2011. Vol. 25. P. 111-121.
Rusch T.W., Adutwumwaah A., Beebe L.E.J., Tomberlin J.K., Tarone A.M. The upper thermal tolerance of the secondary screwworm, Cochliomyia macellaria Fabricius (Diptera: Calliphoridae) // J. Therm. Biol. 2019. Vol. 85. P. 102405.
Salachan P.V., Sorensen J.G. Critical thermal limits affected differently by developmental and adult thermal fluctuations // Journal of Experimental Biology. 2017. Vol. 220. P. 4471-4478. Doi: 10.1242/jeb.165308.
Somero G.N. The physiology of climate change: how potentials for acclimatization and genetic adaptation will determine 'winners' and 'losers' // J. Exp. Biol. 2010. Vol. 213. P. 912-920.
Verbitsky V.B., Kurbatova S.A., Berezina N.A., Korneva L.G., Meteleva N.Yu., Makarova O.S., Sharov A.N., Ershov I.Yu., Malysheva O.A., Russkikh Y.V., Chernova E.N., Borisovskaya E.V. Responses of Aquatic Organisms to Cyanobacteria and Elodea in Microcosms // Doklady Biological Sciences. 2019. Vol. 488. P. 1-5.
Verble-Pearson R.M., Gifford M.E., Yanoviak S.P. Variation in thermal tolerance of North American ants // J. Therm. Biol. 2015. Vol. 48. P. 65-68.
Vinagne C., Leal l., Mention V., Flores A.A.V. Effect of warming rate on the critical thermal maxima of crabs, shrimp and fish // J. Therm. Biol. 2015. Vol. 47. P. 19-25. Doi: 10.1016/j.jtherbio.2014.10.012.
Wood R. Acute animal and human poisonings from cyanotoxin exposure — A review of the literature // Environment International. 2016. Vol. 91. P. 276-282. Doi: 10.1016/j.envint.2016.02.026.
Xing Q., Zhang L., Li Yu., Zhu X., Li Ya., Guo H., Bao Zh. and Wang S. Development of novel cardiac indices and assessment of factors affecting cardiac activity in a bivalve mollusc Chlamys farreri. Front. Physiol. March 2019. Vol. 10. Doi: 10.3389/fphys.2019.00293
REFERENCES
Allen J.L., Clusella-Trullas S., Chown S.L. 2012. The effects of acclimation and rates of temperature change on critical thermal limits in Tenebrio monitor (Tenebrionidae) and Cyrtobagous salviniae (Curculionidae) // Journal of Insect Physiology. Vol. 58. 669-678.
Angilletta M.J. Thermal Adaptation. A Theoretical and Empirical Synthesis. Oxford University Press, Oxford. 2009. 289 p.
Becker C.D., Genoway R.G. 1979. Evaluation of the critical thermal maximum for determining thermal tolerance of freshwater fish // Environ. Biol. Fishes. Vol. 4. P. 245-256.
Compton T.J., Rijkenberg M.J.A., Drent J., Piersma T. 2007. Thermal tolerance ranges and climate variability: A comparison between bivalves from differing climates. J. Exp. Mar. Biol. and Ecol. V. 352 200-211.
Gagala I., Mankiewicz-Boczek J. 2012. The Natural Degradation of Microcystins (Cyanobacterial Hepatotoxins) in Fresh Water-the Future of Modern Treatment Systems and Water Qality Improvement // Polish Journal of Environmental Studies. Vol. 21. P. 1125-1139.
Galbraith H.S, Blakeslee C.J., Lellis W.A. 2012. Recent thermal history influences thermal tolerance in freshwater mussel species (Bivalvia: Unionoida) // Freshwat. Sci. Vol. 31. P. 83-92.
Huey R.B., Kearney M.R., Krockenberger A., Holtum J.A.M., Jess M. and Williams S.E. 2012. Predicting organismal vulnerability to climate warming: roles of behaviour, physiology and adaptation // Phil. Trans. R. Soc. B. Vol. 367. P. 1665-1679 doi: 10.1098/rstb.2012.0005.
Hutchison V.M. 1961. Critical thermal maxima in salamanders // Physiol. Zool. Vol. 34. P. 92-125.
Kravtsova L.S., Izhboldina L.A., Mekhanikova I.V., Pomazkina G.V., Belykh O.I. 2010. Naturalization of Elodea canadensis Mich. in Baikal Lake // Russ. J. Biol. Invasions. Vol. 2. P. 2-17.
Kurbatova S.A., Yershov I.Yu., Borisovskaya E.V. 2017. Effect of hydrophyte thickets density on zooplankton // Inland Wat. Biol. Vol. 10. P. 83-91.
Kholodkevich S., Kuznetsova T., Sharov A, Kurakin A., Lips U., Kolesova N., Lehtonen K. 2017. Applicability of a bioelectronic cardiac monitoring system for the detection of biological effects of pollution in bioindicator species in the Gulf of Finland // J. Mar. Syst. Vol. 171. P. 151-158.
Luttterschmidt W.L., Hutchison V.M. 1997. The critical thermal maximum: data to support the onset of spasms the definitive end point // Can. J. Zool. Vol. 75. P. 1553-1560.
Paladino F.V., Spotila J.R., Schubauer J.P. Kowalski K.T. 1980. The critical thermal maximum: a technique used toelu-cidate physiological stress and adaptation in fishes // Rev. Can. Biol. Vol. 39. P. 115-122.
Portner H.O., Knust R. 2007. Climate Change Affects Marine Fishes Through the Oxygen Limitation of Thermal Tolerance // Science. Vol. 315. P. 95-07. DOI: 10.1126/science. 1135471.
R Core Team. R: a language and environment for statistical computing / R Core Team // Vienna, Austria: R Foundation for Statistical Computing, 2018.
Rezende E.L., Tejedo M., Santos M. 2011. Estimating the adaptive potential of critical thermal limits: methodological problems and evolutionary implications // Funct. Ecol. Vol. 25. P. 111-121.
Rusch T.W., Adutwumwaah A., Beebe L.E.J., Tomberlin J.K., Tarone A.M. 2019. The upper thermal tolerance of the secondary screwworm, Cochliomyia macellaria Fabricius (Diptera: Calliphoridae) // J. Therm. Biol. Vol. 85. P. 102405. Doi: 10.1016/j.jtherbio.2019.102405.
Salachan P.V., Sorensen J.G. 2017. Critical thermal limits affected differently by developmental and adult thermal fluctuations // Journal of Experimental Biology. Vol. 220. P. 4471-4478. Doi: 10.1242/jeb.165308
Somero G.N. 2010. The physiology of climate change: how potentials for acclimatization and genetic adaptation will determine 'winners' and 'losers' // J. Exp. Biol. Vol. 213. P. 912-920.
Sharov A.N., Kholodkevich S.V. O nekotorykh osobennostyakh ispol'zovaniya presnovodnykh dvustvorchatykh mol-lyuskov pri provedenii ekotoksikologicheskikh issledovaniy na osnove monitoringa ikh kardioritma volokonno-opticheskim metodom [Some features of using heart rate monitoring of freshwater bivalve molluscs with a fiber-optical method for ecotoxicological research] // Principy ekologii. 2015. Vol. 4. № 2. P. 23-30. [In Russian].
Verbitsky V.B., Berezina N.A. 2009. Teplovaya i solenostnaya ustoychivost' evribiontnogo bokoplava Gmelinoides fasciatus (Stebbing) pri raznykh usloviyakh akklimatsii [Thermal and salinity stability of the eurybiontic amphipod Gmelinoides fasciatus (Stebbing) under different conditions of acclimation] // Zhurnal obshchey biologii. Tom 70, № 3. S. 269-276. [In Russian].
Verbitsky V.B., Kurbatova S.A., Berezina N.A., Korneva L.G., Meteleva N.Yu., Makarova O.S., Sharov A.N., Ershov I.Yu., Malysheva O.A., Russkikh Y.V., Chernova E.N., Borisovskaya E.V. 2019. Responses of Aquatic Organisms to Cyanobacteria and Elodea in Microcosms // Doklady Biological Sciences. Vol. 488. P. 136-140.
Verble-Pearson R.M., Gifford M.E., Yanoviak S.P. 2015. Variation in thermal tolerance of North American ants // J. Therm. Biol. Vol. 48. P. 65-68.
Vinagne C., Leal l., Mention V., Flores A.A.V. 2015. Effect of warming rate on the critical thermal maxima of crabs, shrimp and fish // J. Therm. Biol. Vol. 47. P. 19-25. Doi: 10.1016/j.jtherbio.2014.10.012.
Wood R. Acute animal and human poisonings from cyanotoxin exposure - A review of the literature // Environment International. 2016. Vol. 91. P. 276-282. Doi: 10.1016/j.envint.2016.02.026.
Xing Q., Zhang L., Li Yu., Zhu X., Li Ya., Guo H., Bao Zh. and Wang S. Development of novel cardiac indices and assessment of factors affecting cardiac activity in a bivalve mollusc Chlamys farreri. Front. Physiol. March 2019. Vol. 10. Doi: 10.3389/fphys.2019.00293
DETERMINATION OF THE BIVALVE UNIO PICTORUM CRITICAL TEMPERATURE MAXIMUM BY CARDIOACTIVITY
V. B. Verbitsky1, A. N. Sharov2, S. V. Kholodkevich2
lPapanin Institute for Biology of Inland Waters Russian Academy of Sciences, 152742, Borok, Nekouzski raion, Yaroslavl oblast, Russia, e-mail: [email protected]
2 St. St. Petersburg Center for Environmental Safety, RAS, 197110, St. Petersburg, Korpusnaya st., 18, Russia, e-mail: [email protected]
To date, there has been no data on the thermal resistance of freshwater bivalve mollusks Unio pictorum due to the methodological complexity of determining the moment of heat shock, since in the event of any adverse conditions, the mollusks close the shell and can be in this position from several hours to several days. At the same time, the physiological state of the mollusk cannot be determined by external signs, and often the shell opens after the death of the body. We proposed to use the method of assessing cardiac activity to determine the level of thermal resistance in U. pictorum by the criterion of critical temperature maximum. A behavioral reaction (shell closure) was found that correlates with a physiological reaction (a sharp drop in heart rate - heart rate) at the time of heat shock, determined by the method of critical temperature maximum (CTMHR). The
behavioral reaction of retracting the leg preceding closure of the shell can be recommended as a reaction signaling the approach of the moment of heat shock. An assessment of the thermal resistance of U. pictorum mollusks after a three-week stay in model mesocosms in the presence of cyanotoxins and elodea made it possible to reveal their biologically significant effects on the mollusk's vital activity (lowering the CTMHR level), which also makes it possible to recommend an indicator of a decrease in thermal resistance, estimated as one from reliable thermal resistance, biomarkers for assessing aquatic toxicity
Keywords: critical thermal maximum, thermal resistance, heart rate, cyanobacteria, cyanotoxins, elodea, Unio pictorum
