CC BY
9Patti B., Bonanno A., Basilone G., Goncharov S., Mazzola S., Buscaino G., Cuttitta A., Garcia Lafuente J., Garcia A., Palumbo V., Cosimi G. 2004. Interannual fluctuations in acoustic biomass estimates and in landings of small pelagic ?sh populations in relation to hydrology in the Strait of Sicily. Chem.Ecol., 20. P. 365-375.
УДК 591.3
591.465 + 576.31_
Причины деформаций нотохорда молоди атлантической трески при культивировании в Северной Европе
Н.Г. Журавлева, Г.Г. Матишов (ММБИ КНЦ РАН);
О. Оттесен (Университет Буде, Норвегия); Т.М. Ларина (МГТУ)
Some factors causing deformity of notochord in juvenile Atlantic cod cultured in Northern Europe
N.G. Zhuravleva, G.G. Matishov (MMBI KSC RAN);
O. Ottesen (BUC, Norway); T.M. Larina (MSTU)
Во многих странах мира наблюдается развитие марикультуры проходных и морских рыб. Среди последних наиболее перспективным объектом является треска. Для совершенствования биотехнологий массового выращивания молоди трески важно выяснение причин её низкого качества. Смертность личинок вплоть до метаморфоза очень велика — она составляет не менее 50 %, обычно до 80 %. На стадии предличинки отход невелик, затем, вскоре после момента необратимого голодания, в течение 2-3-х дней погибают личинки, не начавшие питаться. Затем темп отхода стабилизируется, но перед метаморфозом он может вновь увеличиться из-за развития каннибализма.
Наиболее распространёнными аномалиями при инкубации икры и выращивании личинок являются: деформации нотохорда, жаберной крышки и головы [Totland et al., 2004; Grotmol et al., 2005]. Деформации нотохорда вызывают как снижение темпа роста молоди, так и их высокую смертность. Причинами изгиба (курватуры) нотохорда является давление на него переполненного плавательного пузыря [Журавлева и др., 2008], а также новообразования в плавательном пузыре [Журавлева и др., 2009]. Основными экологическими параметрами, которые вызывают аномалии развития личинок рыб, являются несоответствующая гидродинамика, интенсивность света или солёность, высокая или низкая температура [Johnson и Katavic, 1986]. Уродства и отклонения в развитии молоди рыб могут быть вызваны патогенными бактериями [Madsen, Dalsgaard, 1999].
В 2005-2007 гг. были выполнены исследования в рамках Международного проекта NorthCod, финансируемого Европейским Союзом, и в котором принимали участие ученые из Норвегии, Шотландии, Исландии, России. Координатором Проекта от России была Н.Г. Журавлева, ответственная за раздел «Деформации нотохорда у молоди трески».
Цель работы — гистологическими методами выяснить некоторые причины деформаций нотохорда и низкой выживаемости молоди трески.
Материал и методика
Материалом для исследований служила молодь атлантической трески Gadus morhua morhua Ь. Характеристика кормовых условий выращивания молоди приведена в табл. 1. Личинки трески были собраны на рыбоводных фермах Норвегии, Шотландии, Исландии, а также Оркнейских, Лофотенских островов и зафиксированы по 30 шт. в возрасте 1, 3, 5, 7, 10, 15, 20, 30, 40, 50, 60 суток. Для фиксации материала использовали 10 % нейтральный формалин и фиксатор Карновского. Для приготовления препаратов использовали общепринятые гистологические методики.
Таблица 1. Характеристика кормовых условий выращивания молоди трески на рыбоводных фермах
Рыбоводные фермы Коловратки, шт/мл Науплии Artemia salina, шт/мл Естественный зоопланктон (160-500 мкм), шт/мл
Шотландия Ardtoe, Viking Ltd 1-7 0,1-0,5
Норвегия Lofilab 0,1-0,5
Исландия IceCod 0,1-0,5
Оркнейские о-ва Nufish 1-7 0,1-0,5
Норвегия Morkvedbuchta 0,1-0,5
При анализе результатов исследования опирались на сведения по гистологическому строению кишечника молоди трески, приведенные в работах отечественных и зарубежных авторов [Журавлева, 1996; Morrison, 1987; Kjorsvik et al, 1991; Pedersen, Falk-Petersen, 1992].
Результаты и обсуждение
При обилии кормовых организмов в емкостях выращивания и переедании у молоди трески отмечено переполнение кишечника пищей (рис. 1). Перманентно переполненный пищей кишечник оказывает непосредственное и постоянное механическое давление на нотохорд, возникает его изгиб или курватура. Кровеносные сосуды и почки прижаты переполненным кишечником к нотохорду.
Поскольку эпителий кишечника личинки растянут пищей, эпителиальные клетки располагаются в один ряд и имеют кубическую форму, а в некоторых местах ширина основания эпителиальной клетки превышает её высоту. Нарушается структура, следовательно, и функции выделительной и кровеносной систем. В брюшной полости накапливается полостная жидкость. Покровный эпителий на вентральной стороне тела также растянут скопившимся транссудатом и переполненным пищей кишечником, клетки его становятся кубическими либо плоскими, напоминающими клетки мезоте-лия. Скопившийся транссудат вместе с кишечником прижимает почки к хорде, в результате чего почки сдавливаются, а нотохорд изменяет форму. По первому типу гибель личинок происходит в результате травмирования основных систем — кровеносной, выделительной, нервной, а также всех других органов и тканей.
Рис. 1. Часть сагиттального среза тела личинки трески в возрасте 35 дней. Переполнение кишечника личинки трески пищей: 1 — эпителий кишечника; 2 — кишечник, переполненный пищей; 3 — транссудат в абдоминальной полости; 4 — изгиб нотохорда; 5 — плавательный пузырь; 6 — покровный эпителий. Гематоксилин Гарриса, эозин. Ув.: ок.10 х об.10.
Оркнейские острова
Если подобное явление носит дискретный характер, оно не приводит к гибели особей, но увеличивает возможность появления личинок с деформациями но-тохорда. Деформация и изгиб нотохорда являются следствием давления на него переполненного пищей кишечника и скопившегося в абдоминальной полости транссудата. Молодь с деформированным нотохордом остается жизнеспособной, но отстает в своем росте и развитии.
Следующей причиной возникновения деформаций нотохорда является повреждение слизистой оболочки кишечника неадекватной пищей. Это второй тип повреждения кишечника, когда слишком крупные ракообразные, захваченные и проглоченные личинкой, своими острыми конечностями нарушают целостность эпителиального пласта стенки кишечника (рис. 2, 3).
Рис. 2. Часть сагиттального среза кишечника личинки трески в возрасте 28 дней: 1 — эпителий кишечника; 2 — крупные ракообразные в кишечнике. Гематоксилин Гарриса, эозин. Ув.: ок.10 х об.90. Норвегия. Будё
Рис. 3. Часть сагиттального среза кишечника личинки трески в возрасте 28 дней: 1 — крупные ракообразные в кишечнике; 2 — эпителий кишечника. Гематоксилин Гарриса, эозин. Ув.: ок.10 х об.90. Норвегия. Будё
В районе повреждения стенки кишечника наряду с детритом отмечены погибающие клетки эпителиального происхождения (рис. 4). В клетках эпителия кишечника в районе повреждения сохраняется значительный полиморфизм ядер. Часть эпителиальных клеток уплощается вблизи повреждения. Ядрышки в этих клетках иногда прилежат к ядерной оболочке, но чаще располагаются в центральном участке.
В районе повреждения кишечника развивается комплекс защитно-регенера-ционных процессов, приводящих к ликвидации нанесенного дефекта. Эпителиальный слой через некоторое время восстанавливается полностью, особенно в тех случаях, когда его нарушения незначительны и не затрагивают базальной мембраны (рис. 5). Таким образом, при незначительных ранениях эпителиальной выстилки кишечника через некоторое время наступает полное восстановление нарушенных структур. Вместе с тем следует отметить, что сопряжено протекающее с восстановительными процессами перманентное воспаление брюшной полости и накопление транссудата могут привести к деформациям нотохорда в виде умеренного или сильного изгиба. То есть продолжительное клинически выявляемое воспаление брюшной полости, совместимое с жизнью, ведет к кифозу позвоночника у молоди трески. Молодь с деформациями нотохорда, а затем позвоночника имеет низкие темпы роста и развития. Такая некондиционная молодь не может быть использована для дальнейшего товарного выращивания.
При третьем типе, когда отмечаются значительные повреждения слизистой кишечника или желудка (рис. 6, 7, 8) грубой пищей, и нарушается не только эпителиальный слой клеток, но и подлежащая базальная мембрана, что приводит к значительному накоплению транссудата в абдоминальной полости и гибели особей.
В том месте, где произошло повреждение стенки кишечника, обнаруживаются значительное скопление остатков дегенерирующих клеток и некротизирован-
Рис. 4. Часть сагиттального среза тела личинки трески в возрасте 22 дней. Переполнение кишечника личинки трески пищей: 1 — повреждение эпителия кишечника; 2 — складки кишечника; 3 — пища в кишечнике. Гематоксилин Гарриса, эозин. Ув.: ок.10 х об.90. Лофотенские острова
Рис. 5. Часть сагиттального среза личинки трески в возрасте 42 дней: 1 — восстановление поврежденной стенки кишечника; 2 — пища. Гематоксилин Гарриса, эозин. Ув.: ок.10 х об.20. Лофотенские острова
Рис. 6. Часть сагиттального среза тела личинки трески в возрасте 42 дней: 1 — повреждение слизистой кишечника и базальной мембраны; 2 — детрит погибших клеток. Гематоксилин Гарриса, эозин. Ув.: ок.10 х об.20. Лофотенские острова
Рис. 7. Часть сагиттального среза тела личинки трески в возрасте 22 дней: 1 — скопление остатков дегенерирующих клеток; 2 — некротизи-рованные мышечные волокна; 3 — поврежденный участок складки кишечника. Гематоксилин Гарриса, эозин. Ув.: ок.10 х об.40.
Лофотенские острова
ные мышечные волокна. Здесь происходит как бы расплавление коллагеновых и увеличение количества аргирофильных волокон (см. рис. 7).
Мышечные волокна, расположенные по краю повреждения, дистрофически изменены. Наблюдается фрагментация саркоплазмы, частичный лизис ядер. Мышечные волокна выглядят разрыхленными. В подлежащей соединительной ткани, расположенной вблизи повреждения, выявляются ядра в состоянии пикноза (см. рис. 8).
Среди мышечных волокон встречаются скопления зернистых и незернистых гранулоцитов. При повреждениях целостности эпителиального пласта и базаль-ной мембраны в процесс воспаления вовлекается также подлежащая соединительная ткань (рис. 9).
В брюшной полости накапливается значительное количество транссудата и дебриса неизвестной природы. Чаще всего личинки с подобными нарушениями не способны к дальнейшему росту и развитию. Эти нарушения несовместимы с жизнью и приводят к гибели особи.
Рис. 8. Часть сагиттального среза тела личинки трески в возрасте 62 дней: 1 — повреждение слизистой кишечника; 2 — складки кишечника; 3 — науплии артемии. Гематоксилин Гарриса, эозин. Ув.: ок.10 х об.60. Шотландия
Рис. 9. Часть сагиттального среза тела личинки трески в возрасте 42 дней: 1 — воспаление подлежащей соединительной ткани; 2 — накопление транссудата; 3 — покровный эпителий; Гематоксилин Гарриса, эозин. Ув.: ок.10 х об.40. Оркнейские острова
Четвертый тип повреждения кишечника наблюдается, когда слишком крупные организмы, захваченные личинками, с трудом перемещаются по кишечнику, сильно растягивая эпителиальную выстилку, что в ряде случаев приводит к разрыву эпителиального слоя (рис. 10). Такого типа повреждения кишечника инициируют накопление отечной жидкости в абдоминальной полости. При этом содержимое кишечника попадает в абдоминальную полость и, как следствие, возникает воспалительный процесс, который всегда приводит к гибели особи. Подобное повреждение, названное нами непроходимостью и прободением кишечника, не совместимо с жизнью. Поэтому эти личинки не выживают ни при каких условиях и погибают.
Основные (типичные) нарушения в развитии кишечника и нотохорда личинок трески на фермах Севера Европы приведены в табл. 2.
Рис. 10. Часть сагиттального среза кишечника личинки трески в возрасте 28 дней: 1 — складки эпителия кишечника; 2 — крупные ракообразные; 3 — растянутый эпителий кишечника; 4 — место разрыва (прободение) стенки кишечника. Гематоксилин Ганзена, эозин.
Ув.: ок.10 х об.40. Норвегия. Будё
Таблица 2. Основные (типичные) нарушения в развитии кишечника и нотохорда трески на фермах Севера Европы
Выявленные Количество случаев выявленных нарушений
нарушения Оркнея Шотландия Исландия Лофотены Аквакомплекс Будё
Воспаление абдоминальной полости (накопление транссудата) 16 12 9 20
Повреждение эпителия, мукозы 3 3 2 15 3
Воспаление кишечника 4 1 1 12 2
Деформация нотохорда 4 5 1 11
Переполнение кишечника 1 1 2
Итого
57
26 20 21 4
Заключение
Как известно, пищевой спектр личинок трески в природных условиях включает 13 видов зоопланктонных организмов, но доминируют три вида: науплии Copepoda, Calanus finmarchicus и Oithona similis. Суточные рационы варьируют в широких пределах и снижаются по мере роста личинок. Индивидуальные величины суточных рационов личинок колеблются от 1,0 до 227 %. Минимальный суточный рацион личинок на разных этапах развития варьировал от 16 до 24,6 %. Соотношение фактических рационов к минимально необходимым рационам в некоторых случаях достигало 950,2 % [Карамушко, 1991]. По-видимому, именно этим можно объяснить перманентное переполнение кишечника молоди трески в условиях выращивания.
Показано также, что критический период в развитии нотохорда, когда возможна его наибольшая деформация, составляет два месяца от момента вылупления. На основании проведенных исследований установлено, что деформации ното-хорда у молоди трески в ряде случаев наблюдаются, когда в кишечнике отмечены крупные ракообразные, которые своими острыми конечностями могут травмировать эпителий стенки кишки, либо нарушать целостность мукозы. Последнее может приводить к асциту брюшной полости. Продолжительное клинически выявляемое воспаление брюшной полости, совместимое с жизнью, в дальнейшем ведет к кифозу позвоночника у молоди трески. Деформация и изгиб нотохорда может явиться следствием давления на него переполненного пищей кишечника. Это отмечено в случае обилия кормовых организмов в емкостях выращивания и переедания молоди трески. Это явление носит дискретный характер, оно не приводит к гибели личинок, но увеличивает возможность появления в этой группе деформаций нотохорда. Таким образом, на разных этапах выращивания молоди трески необходимо проведение гистологической экспертизы (гистологический мониторинг), что позволит своевременно оптимизировать диеты, режимы подачи пищи и условия содержания молоди, что приведет к увеличению выживаемости особей на ранних стадиях развития.
Литература
Журавлева Н.Г. 1996. Воспроизводство морских рыб — объектов марикультуры Заполярья. Ав-тореф. дисс. ... докт. биол. наук.— М.: 22 с.
Журавлева Н.Г., Оттесен О., Треашер Дж., Ларина Т.М. 2008. Развитие плавательного пузыря — критический период в раннем онтогенезе трески // Рыбное хозяйство. № 3.— С. 51-52.
Журавлева Н.Г., Оттесен О., Amin Anil B., Ларина Т.М. 2009. Новообразования в плавательном пузыре и деформации скелета молоди трески, выращиваемой в садках и бассейнах различных ферм на севере Западной Европы // Рыбное хозяйство. № 6.— С. 46.
Карамушко О.В. 1991. Питание и пищевые взаимоотношения личинок основных промысловых видов рыб Баренцева и Норвежского морей. Автореф. дисс. ... канд. биол. наук.— М.: 22 с.
Grotmol S., Kryvi H., Totland G.K. 2005. Deformation of the notochord by pressure from the swim bladder may cause malformation o the vertebral column in cultured Atlantic cod Gadus morhua larvae: a case study // Dis. Aquat. Org. V. 5. P. 121-128.
Johnson D.W., Katavic I. 1986. Survival and growth of sea-bass Dicentrarchus labrax larvae as influenced by temperature, salinity and delayed initial feeding // Aquaculture V. 52. P. 11-19.
Kjorsvik E., van der Meeren T., Kryvi H., Arnfinnson J., Kvenseth P.G. 1991. Early development of the digestive tract of cod larvae (Gadus morhua L.), during start-feeding and starvation // Journ. Fish. Biol. V. 38. P. 1-15.
Madsen L., Dalsgaard I. 1999. Vertebral column deformities in farmed rainbow trout (Oncorhynchus mykiss) // Aquaculture V. 171. P. 41-48.
Morrison C.M. 1987. Histology of the Atlantic cod, Gadus morhua: an atlas. Part 1. Digestive tract and associated organs. Can. Spec. Publ. Fish. Aquat. Sci. V. 98. Р. 219.
Pedersen T., Falk-Retersen I.B. 1992. Morphological changes during metamorphosis in cod (Gadus morhua L.), with particular reference to the development of the stomach and pyloric caeca // J. Fish. Biol. V .41. P. 449-461.
Totland G., Kryvi H., Grotmol S. 2004. Torskeyngel med «nakkeknekk» utgjer et av hovedprob-lemene i intensivt oppdrett i dag // Havbruksrapport. V. 2. N 3. P. 57-63.
