CC BY
13РЕГУЛЯЦИЯ МЕТАБОЛИЗМА И ПРОДУКТИВНОСТИ
УДК 597.554:546.49:612.817
ВЛИЯНИЕ РТУТИ НА ПИЩЕВОЕ ПОВЕДЕНИЕ КАРПА Cyprinus carpió И ЭФФЕКТЫ СЕРОТОНИНА ПРИ ЗАГРЯЗНЕНИИ КОРМА РТУТЬЮ
Кузьмина В.В., Комов В.Т., Куливацкая Е.А.
Институт биологии внутренних вод им. И.Д.Папанина РАН, БорокЯрославской обл., Российская Федерация
Цель работы - изучить влияние присутствия ртути в корме на пищевое поведение карпа Cyprinuscarpio и эффекты периферически введенного серотонина на фоне повышенного уровня ртути. В первой серии опытов в корм рыб опытной и контрольной групп вносили мясной фарш с концентрацией Hg 0.17 и 0.001 или 0.09 и 0.001 мг/кг сырой массы соответственно. Во второй серии опытов за 1 ч до опыта рыбам контрольной (рыбы, не получавшие Hg) и опытной (рыбы, получавшие Hg) групп внутрибрюшинно или внутримышечно вводили 0.1 мл раствор гидрохлорида серотонина (5-НТ) в дозе 10 мкг/г массы тела (первый опыт). Во втором опыте рыбам контрольных групп, получавшим корм без ртути, внутрибрюшинно вводили 5-НТ или раствор Рингера, при этом рыбам опытных групп, получавшим корм, содержавший Hg, вводили 5-НТ. Наблюдения проводили на протяжении нескольких суток после инъекции 5-НТ. Показано, что наличие в корме Hg снижает эффекты 5-НТ на пищевое поведение рыб. Длительное потребление с кормом ртути уменьшает время, необходимое для достижения рыбами корма и увеличивает потребление корма (количество съеденных личинок хирономид за 3 минуты наблюдения). Серотонин (10 мкг/г массы тела), введенный внутри-брюшинно или внутримышечно, замедляет быстроту пищевой реакции, а также уменьшает потребление корма у рыб контрольной группы и в меньшей степени у рыб опытной группы, получавших корм, загрязнённый ртутью. Обсуждаются возможные механизмы влияния ртути и серотонина на пищевое поведение рыб.
Ключевые слова: рыбы, карп, ртуть, серотонин, пищевое поведение, двигательные реакции, потребление корма
Проблемы биологии продуктивных животных, 2016, 1: 53-64 Введение
Пищевое поведение рыб зависит как от внутренних, так и от внешних факторов (Кузьмина, 2005). Особого внимания заслуживает влияние на пищевое поведение ртути, поскольку ее интенсивное накопление в отдельных компонентах водных экосистем до настоящего времени остается проблемой глобального масштаба (Немова, 2005; Driscoll et al., 2013; Wiener, 2013). Это связано с исключительными миграционными способностями металла, а также высокой токсичностью соединений, особенно метилированных, которые на порядок более токсичны, по сравнению с неорганическими (Немова, 2005). При накоплении ртути в мышцах до концентраций 0.2-1.0 мг/кг сырой массы наблюдаются нарушения в функционировании различных физиологических систем рыб (Scheuhammer et al., 2007; Adams et al., 2010). Однако такие концентрации металла регулярно регистрируются в мышцах рыб, отловленных как из малых лесных ацидных озер, так и из больших озер и водохранилищ Севера и Северо-Запада России (Комов, Степанова, 2001; Гремячих, Комов, 2008).
Кроме того, известно, что в природных условиях более 90% MeHg поступает в организм рыб с пищей (Perret et al., 2012). На примере молоди атлантического лосося Salmosalar показано, что хроническое поступление ртути с пищей вызывает оксидативный стресс, повреждения в головном мозге и изменения в поведении (Berntssen et al., 2003). В сублетальных концентрациях ртуть в органической (MeHg) и неорганической (HgCl) форме приводит к снижению частоты охотничьих бросков фундулюса Fundulus heterolitus. При этом MeHg влияет на пищевое поведение фундулюса даже в том случае, если ее воздействию подвергалась икра. Инкубация икры в растворе, содержащем MeHg в концентрации 10 мкг/л, приводит к тому, что мальки фундулюса, пересаженные сразу после вылупления в чистую воду, охотятся на кормовые объекты менее успешно, чем контрольные особи (Weis, Khan, 1990). Выращивание черного толстоголова Pimephales promelas в воде, содержащей HgCl2, негативно влияет на эффективность нагула и скорость захвата жертвы, но не на способность к обучению и концентрацию нейротрансмиттеров в мозге (Grippe, Heath, 2003). В этих работах исследовалось влияние на пищевое поведение рыб ртути, растворенной в воде и действующей на экстракорпоральные сенсорные системы. При исследовании сеголеток карпа Cyprinus carpio показано, что при длительном поступлении Hg с кормом ухудшаются двигательные реакции и потребление корма: через 8 нед. время нахождения рыб в стартовой камере увеличивается на 20%, время достижения кормового пятна ~ в 5.6 раз, потребление корма уменьшается на 38% (Кузьмина и др., 2014).
Также известно, что под влиянием длительной экспозиции рыб в воде, содержащей Hg, происходит нарушение синтеза серотонина (5-НТ) и значительное снижение его концентрации в мозге (Tsai et al., 1995). Однако 5-НТ широко представлен в организме рыб, причем в кишечнике его концентрация значительно выше, чем в мозге и остальных тканях - более 1500 и менее 160 нг/г соответственно (Caamaño-Tubío et al., 2007). Одна из функций 5-НТ - инги-бирование потребления пищи (De Pedro et al., 1998; Кузьмина, 2005; Кузьмина, Гарина, 2013; Kuz'mina, 2015). Долгое время считалось, что 5-НТ ингибирует потребление корма только при его центральном введении. Действительно, при изучении влияния 5-НТ на потребление корм карасем Carassius auratus аноректический эффект наблюдался только в случае его ин-травентрикулярного (в желудочек мозга) введения (De Pedro et al., 1998). Позднее было показано, что введение 5-НТ peros снижает потребление корма у морского окуня Dicentrarchus labrax (Rubio et al., 2006). 5-НТ, введенный внутрибрюшинно, влияет на различные аспекты пищевого поведения карпа, в частности, снижает скорость пищевой реакции, время группового и одиночного питания, а также потребление корма (Кузьмина, Гарина, 2013). Эти данные существенно расширили представления о механизмах влияния 5-НТ на пищевое поведение рыб. Вместе с тем до последнего времени аноректическое действие 5-НТ на рыб исследовалось без учета влияния антропогенных факторов. Сведения о влиянии MeHg, входящей в состав корма, на эффекты 5-НТ, участвующего в регуляции пищевого поведения рыб, отсутствуют.
Цель работы - изучить влияние присутствия ртути в корме на пищевое поведение карпа и эффекты серотонина, введенного внутрибрюшинно или внутримышечно на фоне повышенного уровня ртути.
Материал и методы
Объект исследования: карп обыкновенный Cyprinus carpio L. В начале октября сеголетки карпа были перевезены из пруда экспериментальной базы «Сунога» в лабораторию. Во всех случаях до начала опытов рыб содержали в проточном 200 л аквариуме и кормили два раза в неделю (5% от массы тела) желированным кормом с преобладанием белковых компонентов (17.3 % белка, 1.7% жира и 0.1 % углеводов в расчете на сырую массу). Было проведено две серии экспериментов. В первом опыте первой серии экспериментов рыб, разбитых на две экспериментальные группы (по 5 особей в каждой), в начале ноября пересадили в непро-
точные аквариумы объемом 40 л (площадь дна 30^60 см) с принудительной аэрацией (температура воды 20±2°С). С этого момента в корм рыб опытной группы вносили фарш из мышц серой цапли Ardea cinerea, содержавший Hg в концентрации 0.66 мг/кг. В корм рыб в контрольной группе вносили фарш из мышц минтая Theragra chalcogramma, содержавший Hg в концентрации 0.014 мг/кг. В пересчете на сырую массу корма эти величины были значительно ниже указанных значений: 0.17 и 0.001 мг/кг в опыте и контроле соответственно. Длительность первого опыта - 216 ч, второго опыта - 28 сут. Во втором опыте первой серии рыб пересадили в такие же непроточные аквариумы (по 5 особей в каждый) в начале февраля. В течение 1.5 мес. рыб кормили контрольным кормом, в который вносили фарш минтая, содержавший Hg в концентрации 0.001 мг/кг. После этого в корм рыб опытной группы вместо фарша минтая вносили фарш из мышц американской норки Neovison vison с содержанием Hg 0.52 мг/кг (в пересчете на сырую массу корма: 0.09 и 0.001 мг/кг в опыте и контроле соответственно). Поскольку содержание Hg в корме рыб контрольных групп было крайне низким, его рассматривали, как чистый (далеев тексте - «не содержащий ртути»).
В первой серии опытов длина тела рыб контрольной группы перед началом опытов по влиянию Hg на их пищевое поведение составляла (M±m): 7.8±0.1 см, рыб опытной группы -8.7±0.5 см, масса - 8.8±0.5 и 11.4±0.8 г соответственно. Во второй серии опытов длина тела и масса рыб контрольной и опытной групп перед началом опытов была одинаковой: 6.8±0.1 см и 5.5±0.1 г соответственно. За два дня до начала опытов прекращали кормление рыб. Опыты проводили один раз в сутки, начиная с 9 ч. Последовательно исследовали 5 экз. рыб (при межгрупповом сравнении по /-критерию,п=5). Смену воды в аквариумах производили за 1 ч до начала опытов.
До начала опытов свободно плавающих рыб обеих групп в течение 1-й недели приучали потреблять корм у передней стенки аквариума. Затем в течение 2-х недель рыб приучали питаться в условиях эксперимента. Для моделирования бентосного типа питания одну особь помещали в камеру из прозрачного оргстекла с перфорациями (стартовый отсек), размером 1 *5*6 см, которую устанавливали у задней стенки аквариума такого же размера. Передняя стенка камеры могла подниматься. У противоположной стенки аквариума помещали корм (в первой серии опытов - 30, во второй - 20 экз. замороженных личинок хирономид Chironomus sp., индивидуальная масса 7.5 и 42.6 мг соответственно). Когда передняя стенка камеры поднималась, рыбы могли выходить из камеры для поиска и потребления корма. Регистрировали три параметра - время нахождения рыб в стартовом отсеке после подъема передней стенки камеры (ti), время, необходимое для достижения рыбами корма - латентное время питания (t2) (величина, обратно пропорциональная скорости пищевой реакции) и потребление корма (R, количество съеденных личинок хирономид, в дальнейшем л.х., за 3 мин наблюдения).
В первом опыте второй серии за 1 ч до опыта рыбам контрольной (рыбы, не получавшие Hg) и опытной (рыбы, получавшие Hg) групп с помощью инсулинового шприца внутри-брюшинно или внутримышечно вводили в районе брюшного плавника 0.1 мл раствор гидрохлорида серотонина (5-НТ) производства Sigma, в дозе 10 мкг/г массы тела, приготовленного на растворе Рингера для холоднокровных животных (109 мМ NaCl, 1.9 мМ KCl, 1.1 мМ CaCl2, 1.2 мМ NaHCO3). Во втором опыте второй серии рыбам контрольных групп, получавшим корм без ртути, внутрибрюшинно вводили 5-НТ или раствор Рингера, при этом рыбам опытных групп, получавшим корм, содержавший Hg, всегда вводили 5-НТ. Остальные условия были такими же, как в первой серии опытов. Длительность первого опыта - 53 и 72 ч, второго опыта - 24 ч.
Параллельно у одноразмерных рыб в выборках по 5 контрольных и опытных рыб в начале и конце каждого эксперимента определяли концентрацию общей ртути в образцах мышечной массы, взятой в районе спинного плавника. Определение концентрации общей ртути в образцах мышечной массы проводили в двух повторностях методом беспламенной атомной абсорбции (анализатор ртути РА-915+ с приставкой ПИРО-915+, компьютерная программа RA915P, ООО "ЛЮМЕКС", Санкт-Петербург). Точность аналитических методов измерения
контролировали с использованием сертифицированного биологического материала БОЯМ-2 и БОЬТ-2 (Институт химии окружающей среды, Оттава, Канада).
Результаты и обсуждение
Влияние ртути на динамику двигательных реакций и потребление корма. После двухнедельного тренинга, когда латентное время питания становилось коротким, начинали регистрацию показателей. При этом наблюдались различия в пищевом поведении рыб в контрольной и опытной группах. В первом опыте первой серии были отмечены значительные изменения всех показателей по отношению к контролю. В конце наблюдений значения 11 у рыб контрольной и опытной групп снизились по сравнению с начальными значениями в 2.4 и 2.2 раза: от 4.4±0.6 до 1.8±0.2 с, и от 2.6±0.5 до 1.2±0.2 с соответственно (рис. 1). Величина 12 в контрольной группе уменьшилась в 4.3 раза (от 26.4±3.4 до 6.2±0.5 с), а в опытной группе -в 2.9 раза (от 15.2±4.1 до 5.3±0.8 с). Значения Я в контрольной группе увеличились в 1.5 раза (от 16.9±1.6 до 24.8±1.3 л.х.), а в опытной группе - в 1.3 раза (от 23.2±1.6 до 30 л.х.). При этом показатели, характеризующие двигательную активность рыб, в опытной группе лишь в отдельных случаях заметно отличались от аналогов в контроле. Величины Я, напротив, в течение всего периода наблюдений были существенно выше (здесь и далее Р<0.05 по ¿-критерию) у рыб, получавших с кормом повышенное количество И§. Содержание И§ в мышцах у рыб в контрольной и опытной группах в период наблюдений составляло 0.25±0.02 и 0.80±0.05 мг/кг соответственно.
Рис. 1. Влияние ртути на двигательные реакции и потребление корма у карпа в первой серии опытов. Обозначения: по горизонтали -продолжительность опыта, ч; по вертикали: а - потребление корма Я (количество личинок хирономид, съеденных за 3 мин наблюдения): б - время достижения кормового пятна, 12; в - время пребывания рыб в камере, /1; 1 -низкое содержание ртути в корме; 2 - высокое содержание ртути в корме. * Р<0.05 по ¿- критерию.
Во втором опыте первой серии, проводившимся в течение 28 сут. значения 1 в опытной группе всегда были выше, чем в контрольной. Величины у рыб опытной группы изменялись разнонаправленно по отношению к контролю, но эти изменения носили характер тенденции. Величины Я у карпов в опытной группе, так же, как и в первом опыте этой серии, всегда были выше, чем в контрольной. Однако и в этом случае наблюдалась лишь устойчивая тенденция увеличения показателя (рис. 2). Содержание И§ в мышцах в контрольной и опыт-
ной группах в начале опыта составляло 0.17±0.02 и 0.67±0.05, а в конце опыта - 0.22±0.03 и 0.80±0.06 мг/кг соответственно.
Рис. 2. Влияние ртути на потребление корма Я (количество личинок хирономид, съеденных за 3 мин наблюдения) у карпа во второй серии опытов. Обозначения: по горизонтали - продолжительность опыта, сут.; по вертикали
- Я. 1 - низкое содержание ртути в корме; 2
- высокое содержание ртути в корме.
Влияние ртути, содержащейся в корме рыб, на эффекты серотонина. В первом опыте второй серии введение 5-НТ в течение первых 5 ч у рыб обеих групп не приводило к существенному изменению величин 1 по отношению к значениям, полученным в конце предыдущих наблюдений, условно называемых «интактные рыбы»: 1.8±0.2 и 1.2±0.2 в контроле и опыте соответственно. Существенное (Р<0.05) уменьшение значений этого показателя у рыб, получавших корм с повышенным содержанием И§, было отмечено только в конце эксперимента - 0.9±0.2 и 0.5±0.1 с (рис. 3). Величины 1;2 через 1 ч после инъекций у рыб обеих групп были несколько выше, чем у интактных рыб (6.2±0.5 и 5.3±0.8 с), затем последовательно снижались, достигая минимума через 24 ч (3.8±0.3 и 3.3±0.3 с в контроле и опыте соответственно). После этого значения 1;2 в контрольной группе последовательно увеличивались, а в опытной оставались на прежнем уровне. Величины Я у рыб обеих групп через 1 ч после инъекций снизились от 24.8±1.3 и 30±0.0 до 22.8±0.3 и 22.2±1.8 л.х. в контроле и опыте соответственно. При этом уже через 5 ч эти показатели возвращались к норме и поддерживались приблизительно на постоянном уровне в течение всего периода наблюдений.
После устойчивого возвращения к норме значений Я рыбам внутримышечно вводили раствор Рингера и 5-НТ. Внутримышечное введение 5-НТ не оказало существенного влияния на величину и динамику Я по отношению к результатам предыдущего опыта, однако двигательные реакции в течение первых суток опыта были более медленными, а значения 12 не возвращались к норме в конце периода наблюдений. При этом чаще наблюдалось существенное уменьшение значений 1 (Р<0.05) и увеличение Я (Р<0.05) у рыб, получавших корм с повышенным содержанием И§.
Поскольку в первом опыте второй серии экспериментов наиболее значительное изменение Я отмечалось лишь в течение первых часов после введения 5-НТ, во второмопыте наблюдения проводились только в течение первых суток после внутрибрюшинного введения 5-НТ. Введение 5-НТ в обеих группах приводило к существенному увеличению 11 в опыте по отношению к контролю. Величины 1 в опытной группе изменялись разнонаправленно по отношению к контролю. У рыб обеих групп через 1 ч после инъекций потребление корма значительно снижалось по сравнению с нулевой точкой - от 5.5±0.5 и 4.8±0.8 до 2.0 и 3.3±0.6 л.х. в контроле и опыте соответственно (рис. 4а), при этом степень снижения Я у контрольных и опытных рыб существенно различалась. В контрольной группе величина Я через 1 ч после инъекции снижалась в 2.8 раза (Р<0.05), а в опытной группе - лишь в 1.5 раза. При этом уже через 5 ч значения показателя в опытной группе возвращались к норме, а в контроле не достигали уровня интактных рыб (нулевая точка) в течение всего периода наблюдений. При этом после введения 5-НТ значения Я в опытной группе всегда были выше, чем в контроле. Важно отметить, что в случае введения контрольным рыбам раствора Рингера вместо5-НТ столь
значительные изменения между опытом и контролем не наблюдались (рис. 4б). Значения Я через 1 ч после инъекции по сравнению с нулевой точкой снижались от 3.6±0.6 и 4.2±0.4 до 2.6±0.6 и 2.0±0.4 л.х. в контроле и опыте соответственно. При этом в опытной группе величинаЯ уменьшалась в 2.1 раза, у рыб контрольной группы - лишь в 1.4 раза, причем значения восстанавливались уже через 5 ч после инъекции.
Рис. 3. Влияние серотонина на пищевое поведение карпа, получавшего ртуть с кормом, в первой серии опытов. Обозначения осей как на рис. 1. а и б - (1, в и г - /2, д и е - Я; а, в и д - внутрибрюшин-ное введение серотонина, б, г и е - внутримышечное введение серотонина. 1 - контроль (раствор Рингера); 2 - опыт (серотонин).
Таким образом, в проведенном эксперименте получены результаты, свидетельствующие об улучшении всех исследованных характеристик у рыб, получавших с кормом ртуть. Эти данные оказались неожиданными, так как тяжелые металлы обычно негативно влияют на пищевое поведение рыб (Sandheinrich, Atchison, 1989; Касумян, 2001).Особо следует отме-
тить, что ртуть в большей степени влияла на аппетит, чем на двигательные характеристики. Этот факт может свидетельствовать о том, что Н модифицирует работу систем, регулирующих потребление корма вследствие недостаточного количества поступающих в кровь утили-зонов (сигнальных молекул, информирующих «пищевой центр» о состоянии сытости), что может быть вызвано негативным влиянием ионов на транспорт нутриентов в кишечнике рыб.
Я-1
ЕЗ-2
I
I
□-г
о 1
24
24
Рис. 4. Влияние серотонина на потребление корма, содержащего ртуть, у карпа во второй серии опытов. Обозначения осей как на рис. 1. а: 1 - контроль, внутрибрюшинное введение серотонина рыбам, получавшим корм, не содержащий ртуть, 2 - опыт, внутрибрюшинное введение серотонина рыбам, получавшим корм, содержащий ртуть; б: 1 - контроль, внутрибрюшинное введение раствора Рингера рыбам, получавшим корм, не содержащий ртуть, 2 - опыт, внутрибрюшинное введение серотонина рыбам, получавшим корм, содержащий ртуть.
При этом возможно блокирование транспортных каналов путем замещения ионов Са2+ ионами Hg2+. Также не исключено блокирование ионами Hg2+ интерорецепторов, в частности хеморецепторов, расположенных в эпителии кишечника и выполняющих ту же функцию, что и утилизоны (Кузьмина, 2005). Возможно и опосредованное влияние ионов Hg2+ на синтез металлотионеинов при участии эндокринной системы. В частности, при исследовании карася Carassiuscuvieri доказано увеличение интенсивности синтеза металлотионеинов под влиянием неблагоприятных факторов внешней среды, обусловленное высвобождением глюкокорти-коидов (Muto et al., 1999).
Известно, что металлотионеины - низкомолекулярные термостабильные белки, отличающиеся большим содержанием цистеина, и глутатион выполняет важную роль в гомеоста-тировании и детоксикации тяжелых металлов (Коновалов, 2001). Кроме того, возможна аккумуляция Hg2+ небелковыми соединениями (Столяр и др., 2003). Действительно, при исследовании плотвы Rutilus rutilus выявлено отчетливое увеличение концентрации металлотионеи-нов в печени после семидневной экспозиции рыб в среде, содержащей медь, цинк и кадмий (Paris-Palacion et al., 2000). Поскольку ионы Hg2+ обладают большей стимулирующей активностью, чем эти металлы (Коновалов, 2001), можно предположить, что выявленный феномен обусловлен увеличением содержания металлотионеинов в печени.
Важно отметить, что максимальное увеличение концентрации металлотионеинов в печени ювенильных особей кижуча Oncorhynchus kisutch наблюдается через 4 (M^artsr, Roch, 1983) или 6 недель (M^artsr et al., 1982), канального сомика Ictalurus punctatus - через 6 недель (Perkins et al., 1997) после начала экспозиции в растворе сульфата меди, затем отмечается стабилизация (M^artsr et al., 1982) или снижение их уровня (Perkins et al., 1997). Следовательно, в течение 6 мес., предшествующих проведению первой серии опытов, в опытной группе концентрация металлотионеинов в печени и, возможно, в кишечнике могла увеличиться в значительно большей степени, чем у рыб контрольной группы.
Кроме того, следует отметить, что в наших опытах впервые получены данные, свидетельствующие о влиянии Hg на эффекты 5-НТ. Ранее было известно о существенном снижении у рыб количества потребляемого корма при центральном (интравентрикулярном) (Pe-droetal. 1998) и периферическом (внутрибрюшинном) введении 5-НТ (Кузьмина, Гарина, 2013). При этом подчеркивалось, что в регуляции потребления корма, помимо прямых механизмов, могут участвовать непрямые механизмы, в частности через воздействие 5-НТ на моторику желудочно-кишечного тракта, а также его взаимодействие с инсулином, холецистоки-нином и другими гормонами (De Pedro et al., 1998; Кузьмина, Гарина, 2013). Действительно, при изучении интенсивности питания у обыкновенного карася Carassius carassius показано, что под действием инсулина первоначально потребление корма снижается (максимум через 24 ч), а затем повышается (максимум через 216 ч), причем величина эффекта зависит от дозы гормона (Кузьмина, Гарина, 2001). Помимо этого есть сведения о тесном взаимодействии се-ротонинергической системы и гипоталамо-гипофизарно-адреналовой оси у рыб (Bernier, Peter, 2006), а также взаимодействии 5-НТ и кортикотропин-рилизинг фактора (Pedro et al., 1998; Lowry, Moore, 2006).
Устойчивая тенденция увеличения потребления корма после введения 5-НТ также может быть обусловлена снижением концентрации 5-НТ в мозге рыб. Это предположение подтверждается данными о том, что при длительной экспозиции рыб в воде, содержащей ионы Hg2+, нарушается синтез 5-НТ и значительно снижается его уровень в мозге (Tsai et al., 1995). Более того, показано, что присутствие в воде ионов другого тяжелого металла - меди (0.22, 0.34 и 0.84 мкмоль/л) вызывает существенное уменьшение концентрации моноаминов (дофамина и 5-НТ) в различных отделах мозга, особенно 5-НТ в переднем мозге (De Boeck et al., 1995). Последнее имеет особое значение, так как повреждение у костистых рыб переднего мозга, являющегося центром обработки мультисенсорной информации, ведет к расстройству координации важнейших систем организма (Андреева, Обухов, 1999).
Таким образом, наличие в корме ртути увеличивает у рыб быстроту пищевой реакции и потребление корма. Введённый внутрибрюшинно или внутримышечно 5-НТ (10 мкг/г массы тела), снижает время пребывания рыб в стартовой камере, замедляет быстроту пищевой реакции и уменьшает потребление корма у рыб в контроле и опыте. Следовательно, антропогенное загрязнение водных экосистем ртутью влияет на механизмы, регулирующие пищевое поведение рыб. При этом уменьшается влияние на пищевое поведение одного из важнейших ингибиторов питания - 5-НТ, что приводит к увеличению количества потреблённого корма. Расширяя сведения о периферическом действии 5-НТ на различные характеристики пищевого поведения карпа, полученные данные существенно дополняют представления о зависимости эффектов этого моноамина от присутствия в пищертути и, возможно, других тяжелых металлов.
Авторы выражают глубокую благодарность Е.В. Щедровой за проведение измерений концентрации ртути в корме и мышцах рыб. Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований, проект 13-04 00248.
ЛИТЕРАТУРА
1. Андреева Н.Г., Обухов Д.К. Эволюционная морфология нервной системы позвоночных. - СПб: Лань, 1999. - 381 с.
2. Гремячих В.А., Комов В.Т. Особенности накопления ртути в мышцах окуня // В сб.: Состояние экосистемы озера Неро в начале XXI века (Ред. В.И. Лазарева). - М.: Наука. 2008. - С. 263-275.
3. Касумян А.О. Воздействие химических загрязнителей на пищевое поведение и чувствительность рыб к пищевым стимулам // Вопросы ихтиологии. - 2001. - Т. 41. - № 1. - С. 82-95.
4. Комов В.Т., Степанова И.К. Ртутное загрязнение // В сб.: Экологические проблемы Верхней Волги (Ред. А.И. Копылов). - Ярославль: ЯГТУ. - 2001. - С. 239-243.
5. Коновалов Ю.Д. Реакция белоксинтезирующей системы рыб на наличие в их организме катионов ртути, кадмия, меди и цинка // Гидробиологический журнал. - 2001. - Т. 37. - № 1. - С. 95-105.
6. Кузьмина В.В. Физиолого-биохимические основы экзотрофии рыб. - М.: Наука, 2005. - 300 с.
7. Кузьмина В.В., Гарина Д.В. Влияние глюкозы, инсулина и адреналина на некоторые аспекты пищевого поведения рыб // Журнал эволюционной биохимии и физиологии. -2001. - Т. 37. - № 1. - С. 116-120.
8. Кузьмина В.В.,Гарина Д.В. Влияние периферически введенного серотонина на пищевую и двигательную активность карпа Cyprinus carpio L. // Биология внутренних вод. - 2013. - №1. - С. 73-81.
9. Кузьмина В.В., Тарлева А.Ф., Гарина Д.В., Комов В.Т. Влияние метилртути, поступающей с кормом, на пищевое поведение и концентрацию серотонина в мозге сеголеток карпа Cyprinus carpio // Токсикологический вестник. - 2014. - № 2. -С. 46-50.
10. Немова Н.Н. Биохимические эффекты накопления ртути у рыб. - М.: Наука, 2005. - 164 с.
11. Столяр О.Б., Курант В.З., Хоменчук В.А., Грубинко В.В. Характеристка низкомолекулярных серосодержащих соединений гепатопанкреаса карпа при интоксикации медью и цинком // Гидробиологический журнал. - 2003. - Т. 39. - № 4. - С. 91-98.
12. Adams D.H., Sonne C., Basu N., Dietz R., Nam D-H., Leifsson P.S., Jensen A.L. Mercury contamination in spotted seatrout, Cynoscion nebulosus: An assessment of liver, kidney, blood, and nervous system health // Sci. Total Environ. - 2010. - Vol. 408. - P. 5808-5816.
13. Bernier N.J., Peter R.E. The hypothalamic - pituitary - interregnal axis and the control of food intake in teleost fish // Compar. Biochem. Physiol. - 2001. -Vol. 129B. - P. 639-644.
14. Berntssen M.H.G., Atland A., Handy R.D. Chronic dietary mercury exposure causes oxidative stress, brain lesions, and altered behaviour in Atlantic salmon (Salmo salar) parr //Aquat. Toxicol. -2003. - Vol. 65. -P. 55-72.
15. Caamaño-Tubío R.I., Pérez J., Ferreiro S., Aldegunde M. Peripheral serotonin dynamics in the rainbow trout (Oncorhynchus mykiss) // Compar. Biochem. Physiol. - 2007. - Vol. 129C. - P. 245-255.
16. Grippo, M.A., Heath, A.G. The effect of mercury on the feeding behavior of fathead minnous (Pimephales promelas) // Ecotox. Environ. Safety. - 2003. - Vol. 55. - P. 187-198.
17. De Boeck, G., Nillson G.E., Elofsson U., Vlaeminck A., Blust R. Brain monoamine levels and energy status in common carp (Cyprinus carpio) after exposure to sublethal levels of copper // Aquatic Toxicol. -1995. - Vol. 33. - P. 265-277.
18. De Pedro N. Pinillos M.L., Valenciano A.I., Alonso-Bedate M., Delgado M.J. Inhibitory effect of serotonin on feeding behavior in goldfish: Involvement of CRF // Peptides. - 1998. - Vol. 19. - No. 3. - P. 505-511.
19. Driscoll C.T., Mason R.P., Chan H.M., Jacob D.J., Pirrone N. Mercury as a global pollutant: Sources, pathways, and effects // Environ. Sci. Technol. - 2013. - Vol. 47. - P. 4967-4983.
20. Kuz'mina V.V. Effect of serotonin on exotrophy processes in fish// In: New Developments in Serotonin Research (Ed. Ming D. Li). - Hauppauge, USA: Nova Science Publ., 2015. - СЬ 5. - P. 89-122.
21. Lowry Ch. A., Moore F.L. Regulation of behavioral responses by corticotrophin-releasing factor // Gen. Compar. Endocrinol. - 2006. - Vol. 146. - P. 19-27.
22. McCarter J.A, Matheson A.T., Roch M., Olafson R. W., Buckley J.T.Chronic exposure of coho salmon (Oncorhynchus kisutch) to sublethal concentrations of copper: Distribution of copper between high-molecular-weight and low-molecular-weight proteins in liver cytosol and the possible role of metallo-thionein in detoxification // Compar. Biochem. Physiol. - 1982. - Vol. 72. - No 1. - P. 21-26.
23. McCarter J.A., Roch M. Hepatic metallothionein and resistance to copper in juvenile coho salmon (Oncorhynchus kisutch) // Compar. Biochem. Physiol. - 1983. - Vol. 74 C. - P. 133-138.
24. Muto N., Ren H-W., Hwang G-S., Tominaga S., Itoh N., Tanaka K. Induction of two major isoforms of metallothionein in crucian carp (Carassius cuvieri) by air-pumping stress, dexamethasone, and metals // Compar. Biochem. Physiol. - 1999. - Vol. 122 C. - Is. 1. - P. 75-82.
25. Paris-Palacios S., Biagianti-Risbourg S., Foley A., Vernet G. Metallothioneins in liver of Rutilus rutilus exposed to Cu2+. Analysis by metal summation, SH determination and spectrofluorimetry // Compar. Biochem. Physiol. - 2000. - Vol. 126 C. - Is. 2. - P. 113-122.
26. Perkins E. J., Griffin B., Hobbs M., Gollon J., Wolford L., Schlenk D. Sexual differences in mortality and sublethal stress in channel catfish following a 10 week exposure to copper sulfate // Aqut. Toxicol. - 1997. -Vol. 37. - No. 4. - P. 327-339.
27. Perrot V., Pastukhov M., Epov V., Soren S., Donard O., Amouroux D. Higher mass-independent isotope fractionation of methylmercury in the pelagic food web of lake Baikal (Russia) // Environ. Sci. Technol. -2012. - Vol. 46. - P. 5902-5911.
28. RubioV.C., Sanchez-Vazquez F.J., Madrid J.A. Oral serotonin administration affects the quantity and the quality of macronutrients selection in European see bass Dicentrarchus labrax L. // Physiol. Behavior. -2006. - Vol. 87. - P. 7-15.
29. Tsai C.L., Jang T.H., Wang L.H. Effects of mercury on serotonin concentration in the brain of tilapia, Oreochromis mossambicus // Neurosci Lett. - 1995. - Vol. 194. - No. 3. - P. 208-211.
30. Sandheinrich M.B., Atchison G.J. Sublethal copper effects on bluegill, Lepomis macrochiris, foraging behaviour // Can. J. Fish. Aquat. Sci. - 1989. - Vol. 46. - P. 1977-1985.
31. Scheuhammer A.M., Meyer M.W., Sandheinrich M.B., Murray M.W. Effects of Environmental Methyl-mercury on the Health of Wild Birds, Mammals, and Fish // AMBIO J. Human Environ. - 2007. - Vol. 36. - No. 1. - P. 12-19.
32. Wiener J. G.Mercury exposed: Advances in environmental analysis and ecotoxicology of a highly toxic metal // Environ. Toxicol. Chem. - 2013. - Vol. 32. - No 10. - P. 2175-2178.
33. Weis J.S., Khan A.A.Effects of mercury on the feeding behavior of the mummichog Fundulus heteroclitus from a polluted habitat // Mar. Environ. Res. - 1990. - Vol. 30. -No. 4. - P. 243-249.
REFERENCES
1. Adams D.H., Sonne C., Basu N., Dietz R., Nam D-H., Leifsson P.S., Jensen A.L. Mercury contamination in spotted seatrout, Cynoscion nebulosus: An assessment of liver, kidney, blood, and nervous system health. Sci. Total Environ. 2010, 408: 5808-5816.
2. Andreeva N.G., Obukhov D.K. Evolyutsionnaya morfologiya nervnoi sistemy pozvonochnykh (Evolutionary morphology of the vertebrate nervous system). St. Petersburg: Lan Publ, 1999. - 381 p.
3. Bernier N.J., Peter R.E. The hypothalamic - pituitary - interregnal axis and the control of food intake in teleost fish. Compar. Biochem. Physiol. 2001, 129 B: 639-644.
4. Berntssen M.H.G., Atland A., Handy R.D. Chronic dietary mercury exposure causes oxidative stress, brain lesions, and altered behaviour in Atlantic salmon (Salmo salar) parr. Aquat. Toxicol. 2003, 65: 55-72.
5. Caamaño-Tubío R.I., Pérez J., Ferreiro S., Aldegunde M. Peripheral serotonin dynamics in the rainbow trout (Oncorhynchus mykiss). Compar. Biochem. Physiol. 2007, 129 C: 245-255.
6. Gremyachikh V.A., Komov V.T. In: Sostoyanie ekosistemy ozera Nero v nachale XXI veka (Statusof Lake Neroecosystem in the beginning ofthe XXI century, ed. V.I. Lazareva). Moscow: Nauka Publ., 2008, P.263-275.
7. Grippo, M.A., Heath, A.G. The effect of mercury on the feeding behavior of fathead minnous (Pimephales promelas). Ecotox. Environ. Safety. 2003, 55: 187-198.
8. De Boeck, G., Nillson G.E., Elofsson U., Vlaeminck A., Blust R. Brain monoamine levels and energy status in common carp (Cyprinus carpio) after exposure to sublethal levels of copper. Aquatic Toxicol. 1995, 33: 265-277.
9. De Pedro N. Pinillos M.L., Valenciano A.I., Alonso-Bedate M., Delgado M.J. Inhibitory effect of serotonin on feeding behavior in goldfish: Involvement of CRF. Peptides. 1998, 19: 505-511.
10. Driscoll C.T., Mason R.P., Chan H.M., Jacob D.J., Pirrone N. Mercury as a global pollutant: Sources, pathways, and effects. Environ. Sci. Technol. 2013, 47: 4967-4983.
11. Kasumyan A.O. Voprosy ikhtiologii - Ichthyology Journal. 2001, 41(1): 82-95.
12. Komov V.T., Stepanova I.K. In: Ekologicheskie problemy Verkhnei Volgi(Environmental problemsof the Upper Volga, ed. A.I. Kopylov),Yaroslavl:GT University Publ., 2001, P. 239-243.
13. Konovalov Yu.D. Gidrobiologicheskii zhurnal - Journal of Hydrobiology. 2001, 37(1): 95-105.
14. Kuz'mina V.V. Fiziologo-biokhimicheskie osnovy ekzotrofii ryb (Physiological and biochemical principles of exotrophy processes in fishes). Moscow: Nauka Publ., 2005, 300 p.
15. Kuz'mina V.V. Effect of serotonin on exotrophy processes in fish]. In: New Developments in Serotonin Research. (Ed.D. Li Ming).Hauppauge, USA: Nova Science Publ., to 5, 2015, P. 89-122.
16. Kuz'mina V.V., Garina D.V. Zhurnal Evolutsionoi Biochimii iPhysiologii -J. Evolut. Biochem. Physiol. 2001,37(1):116-120.
17. Kuz'mina V.V., Tarleva A.F., Garina D.V., Komov V.T. Toksikologicheskii vestnik - ToxicologyHerald. 2014, 2: 46-50.
18. Kuz'mina V.V., Garina D.V. Biologiya vnutrennikh vod - Biology of Inland Waters. 2013, 1: 73-81.
19. Lowry Ch. A., Moore F.L. Regulation of behavioral responses by corticotrophin-releasing factor. Gen. Compar. Endocrinol. 2006, 146: 19-27.
20. McCarter J.A, Matheson A.T., Roch M., Olafson R. W., Buckley J.T.Chronic exposure of coho salmon (Oncorhynchus kisutch) to sublethal concentrations of copper: Distribution of copper between high-molecular-weight and low-molecular-weight proteins in liver cytosol and the possible role of metallo-thionein in detoxification. Compar. Biochem. Physiol. 1982, 72(1): 21-26.
34. McCarter J.A., Roch M. Hepatic metallothionein and resistance to copper in juvenile coho salmon (Oncorhynchus kisutch). Compar. Biochem. Physiol. 1983, 74 C: 133-138.
21. Muto N., Ren H-W., Hwang G-S., Tominaga S., Itoh N., Tanaka K. Induction of two major isoforms of metallothionein in crucian carp (Carassius cuvieri) by air-pumping stress, dexamethasone, and metals. Compar. Biochem. Physiol. 1999, 122 C(1): 75-82.
22. Nemova N.N. Biokhimicheskie effekty nakopleniya rtuti u ryb (Biochemical effects of mercury accumulation in fish). Moscow: Nauka Publ., 2005, 164 p.
23. Paris-Palacios S., Biagianti-Risbourg S., Foley A., Vernet G. Metallothioneins in liver of Rutilus rutilus exposed to Cu2+. Analysis by metal summation, SH determination and spectrofluorimetry. Compar. Biochem. Physiol. 2000, 126(2): 113-122.
24. Perkins E. J., Griffin B., Hobbs M., Gollon J., Wolford L., Schlenk D. Sexual differences in mortality and sublethal stress in channel catfish following a 10 week exposure to copper sulfate. Aqut. Toxicol. 1997, 37(4): 327-339.
25. Perrot V., Pastukhov M., Epov V., Soren S., Donard O., Amouroux D. Higher mass-independent isotope fractionation of methylmercury in the pelagic food web of lake Baikal (Russia). Environ. Sci. Technol. 2012, 46: 5902-5911.
26. Rubio V.C., Sanchez-Vazquez F.J., Madrid J.A. Oral serotonin administration affects the quantity and the quality of macronutrients selection in European see bass Dicentrarchus labrax L. Physiol. Behavior. 2006, 87: 7-15.
27. Tsai C.L., Jang T.H., Wang L.H. Effects of mercury on serotonin concentration in the brain of tilapia, Oreochromis mossambicus. Neurosci. Lett. 1995, 194(3): 208-211.
28. Sandheinrich M.B., Atchison G.J. Sublethal copper effects on bluegill, Lepomis macrochiris, foraging behavior. Can. J. Fish. Aquat. Sci. 1989, 46: 1977-1985.
29. Scheuhammer A.M., Meyer M.W., Sandheinrich M.B., Murray M.W. Effects of environmental methyl-mercury on the health of wild birds, mammals, and fish. AMBIO: J. Human Environ. 2007, 36(1): 12-19.
30. Stolyar O.B., Kurant V.Z., Khomenchuk V.A., Grubinko V.V. Gidrobiologicheskii zhurnal - Journal of-Hydrobiology. 2003, 39(4): 91-98.
31. Wiener J. G.Mercury exposed: Advances in environmental analysis and ecotoxicology of a highly toxic metal. Environ. Toxicol. Chem. 2013, 32(20): 2175-2178.
32. Weis J.S., Khan A.A.Effects of mercury on the feeding behavior of the mummichog, Fundulus heteroclitus from a polluted habitat. Mar. Environ. Res. 1990, 30(4): 243-249.
The effect of mercury on the feeding behavior of carp Cyprinus carpio and the effects of serotonin in the presence of mercury in feed
Kuz'mina V.V., Komov V.T., Kulivatskaya E.A.
Papanin Institute ^ for Biology of Inland Waters RAS, Borok, Yaroslavl oblast, Russian Federation
ABSTRACT. The aim was to study the effect of the presence of mercury in the feed on feeding behavior of carp Cyprinus carpio and the effects of peripherally administered serotonin at the background of high levels of mercury. In the first series of experiments, the fish of experimental and control groups were given Hg as feed additive with a concentration of Hg 0.17 and 0.001, or 0.09 and 0.001 mg/kg wet weight, respectively. In the second series for 1 h before the experiment, the control fish (fed without Hg) and experimental fish treated with Hg were injected intraperitoneal or intramuscular by 0.1 ml of hydrochloride of serotonin (5-HT) solution at a dose of 10 ^g/g BW (trial 1). In the second experiment, the control fish received food without Hg, injected intraperitoneal solution of 5-HT or Ringer's solution, and experimental fish were given feed containing Hg plus administration of 5-HT. Observations were carried out over several days after injection of 5-HT. It is shown that the presence of Hg in the feed reduced the effects of 5-HT on the feeding behavior of fish. Long-term consumption of mercury with feed reduced the time needed to reach the feed and increases feed intake (amount of chironomids larvae eaten during 3 minutes of observation). Serotonin (10 ^g/g BW) administered intraperitoneally or intramuscularly, slows the speed of feeding reaction and also reduces the feed intake of fish in the control group and to a lesser extent in the test fish receiving the feed contaminated with mercury. It is shown that long-term intake of mercury with food reduces the time needed the fish to reach feed and increases feed intake. Serotonin (10^g/g BW) administered intraperitoneally or intramuscularly, slows the speed of feed reaction and reduces the feed intake in control group and to a lesser extent in the test group of fish receiving the feed contaminated with mercury. Possible mechanisms of the influence of mercury and serotonin on feeding behavior of fish are discussed.
Keywords: fish, carp, mercury, serotonin, eating behavior, motor reactions, feed intake Problemy biologii productivnykh zhivotnykh - Problems of Productive Animal Biology, 2016, 1: 53-64
Поступило в редакцию: 27.01.2016 Получено после доработки: 12.02.2016
Кузьмина Виктория Вадимовна, д.б.н., проф., г.н.с., т. 8 (920) 149-25-21, [email protected]
Комов Виктор Трофимович д.б.н., проф., зам. дир., т. 8 (961) 153-13-11,
Куливацкая Екатерина Алексеевна, лаб.-иссл., т. 8 (960) 531-14-60.
