CC BY
129
Электронное научное издание Альманах Пространство и Время. Т. 1. Вып. 1 • 2012 Специальный выпуск СИСТЕМА ПЛАНЕТА ЗЕМЛЯ
Electronic Scientific Edition Almanac Space and Time Special issue 'The Earth Planet System'
Elektronische wissenschaftliche Auflage Almabtrieb 'Raum und Zeit' Sonderheft'System Planet Erde'
Биосфера Biosphere / B iosp hare
УДК 574:591.1:597.8
Геворкян В.С.
Воздействие экзометаболитов на позвоночных на примере лягушки травяной Rana temporaria
Геворкян Вячеслав Сергеевич, студент 3-го курса Московской сельскохозяйственной академии имени К.А. Тимирязева
E-mail: [email protected]
В настоящей статье приводятся некоторые результаты выполненных наблюдений за развитием головастиков лягушки травяной Rana temporaria. Одной из целей этих наблюдений было исследование на примере лягушки Rana temporaria воздействия экзометаболитов на позвоночных.
Растущие головастики выделяют в воду экзометаболиты, подавляющие развитие более мелких особей. Экзометаболиты, достигнув определённой концентрации в воде, становятся опасными не только для мелких головастиков, но и для крупных, лидирующих в развитии особей. Таким образом, находясь в малом объеме воды, головастики отравляют друг друга выделяемыми экзометаболитами. Поначалу гибнут более мелкие особи, но по мере роста концентрации экзометаболитов гибнут всё более крупные особи. В предельном случае может погибнуть вся популяция.
Применительно к человеческой популяции высказано предположение, что некоторые проявления «эффекта толпы» у людей могут быть вызваны действием определённых человеческих экзометаболитов-феромонов.
Ключевые слова: головастики лягушки травяной Rana temporaria, хемомедиаторы, экзометаболиты, эндометаболиты, феромоны.
Введение
В настоящей статье приводятся некоторые результаты выполненных нами в весенне-летние сезоны 2005—2007 гг. наблюдений за развитием головастиков лягушки травяной Rana temporaria [Геворкян 2010], проведенных в том числе с целью исследования на данном примере воздействия экзометаболитов на позвоночных.
Вообще изучение амфибий и, в особенности, лягушек и жаб само по себе представляет значительный научный интерес. Во-первых, в ходе своего эволюционного развития амфибии прошли лишь самые первые этапы освоения суши [Жизнь животных... 1969]. Дальнейшая же эволюция этих животных, связанная с полным отрывом их от водной среды, привела к возникновению следующего класса позвоночных — пресмыкающихся, которые впервые стали размножаться исключительно на суше, в полном отрыве от воды. У пресмыкающихся появились яйца с плотной внешней оболочкой, предохраняющей их от высыхания и механических повреждений. В дальнейшем возникли новые классы высших позвоночных — птицы и млекопитающие.
Во-вторых, лягушки и жабы — самые универсальные защитники растений. Так, у них чрезвычайно широк спектр охотно поедаемых объектов, гораздо шире, чем у птиц. У большинства амфибий нет пищевых предпочтений; едят они все подряд без особого разбора, лишь бы «трофей» двигался и был съедобен. Они охотно едят саранчовых и долгоносиков, клопов, щелкунов, короедов, различных жуков, в том числе и колорадского, гусениц совок, пядениц и других бабочек. Амфибии, в отличие от птиц, малочувствительны к ядам, поэтому не отказываются от ядовитых, имеющих неприятный запах или ярко, точнее пугающе окрашенных насекомых. Не отказываются они и от мохнатых гусениц, которых подавляющее большинство птиц избегает употреблять в пищу. Кроме того, насекомоядные пти-
г» 4 п а а цы охотятся лишь в светлое время суток, поэтому их жертвами ста-
Рис. 1. Лягушка травяная, поедающая бабочку-совку 4 ^ пшши;
Электронное научное издание Альманах Пространство и Время. Т. 1. Вып. 1 • 2012 Специальный выпуск СИСТЕМА ПЛАНЕТА ЗЕМЛЯ
Electronic Scientific Edition Almanac Space and Time Special issue 'The Earth Planet System'
Elektronische wissenschaftliche Auflage Almabtrieb 'Raum und Zeit' Sonderheft'System Planet Erde'
Геворкян В.С. Воздействие экзометаболитов на позвоночных на примере лягушки травяной Rana temporaria
новятся только те вредители-насекомые, которые активны днем. Лягушки охотятся в любое время суток. Они уничтожают ночных насекомых, недоступных птицам.
Большую пользу приносят жабы и лягушки, уничтожая кровососущих насекомых: комаров, мух, слепней и оводов. На комаров и мух активно охотятся как взрослые лягушки, так и совсем юные лягушата и даже головастики [Акимушкин 1989; Жизнь животных... 1969].
1. Общие сведения о лягушке травяной (Rana temporaria)
Травяная лягушка (Яапа 1етрогапа) — обитатель подзоны смешанных и широколиственных лесов. Она серо-бурого цвета, отличается довольно крупными размерами, а также тупой мордой, мраморным рисунком на брюхе и низким внутренним пяточным бугром. Яапа temporaria — самая северная из лягушек и самая «молчаливая» [Жизнь животных... 1969].
а б в
Рис. 2. а — лягушка травяная Rana temporaria, б — лягушка прудовая Яапа esculenta, в — лягушка озёрная Яапа ridibunda
Выделяют 3 подвида травяной лягушки: Яапа temporaria temporaria/ Яапа temporaria honnorati, Яапа temporaria раг-vipalmeta. Подвид Яапа temporaria temporaria населяет всю Европу, исключая Пиренейский полуостров. На север доходит до пределов континента, южные границы её распространения — юг Франции и Италии; в Крыму, на Кавказе и в низовьях Волги отсутствует, на востоке едва переходит за Урал.
Подвид Яапа temporaria parvipalmeta распространён на Пиренейском полуострове — на северо-западе Испании и у подножья Пиренейского хребта. Подвид Яапа temporaria honnorati распространён у подножия Альпийских гор (рис. 3).
Рис. 3. Ареал лягушки травяной Rana temporaria
Развитие головастиков у травяной лягушки занимает 50—90 дней. При более высоких температурах оно происходит быстрее. Температурный оптимум лежит в пределах 21—26°С В среднем темп роста головастиков травяной лягушки составляет 0,6 мм в день [Акимушкин 1989].Численность головастиков в разные годы в одном и том же пруду при более или менее одинаковом количестве отложенной икры может существенно (в десятки раз) изменяться. Так, головастики, населяющие в данном году какой-либо пруд, могут составлять лишь 1% от прошлогодней популяции [Акимушкин 1989]. Перед началом метаморфоза масса головастиков может достигать 700 мг. Смертность яиц и головастиков очень велика, составляя в сумме 80,4—96,8% [Акимушкин 1989]. Причины, определяющие все разнообразие хода развития головастиков, пока еще слабо изучены.
Электронное научное издание Альманах Пространство и Время. Т. 1. Вып. 1 • 2012 Специальный выпуск СИСТЕМА ПЛАНЕТА ЗЕМЛЯ
Electronic Scientific Edition Almanac Space and Time Special issue 'The Earth Planet System'
Elektronische wissenschaftliche Auflage Almabtrieb 'Raum und Zeit' Sonderheft'System Planet Erde'
Геворкян В.С. Воздействие экзометаболитов на позвоночных на примере лягушки травяной Rana temporaria
После метаморфоза рост травяных лягушек продолжается до трех лет и более, половозрелость наступает на третий год. Известны случаи, когда в неволе травяные лягушки доживали до 18-летнего возраста, однако продолжительность их жизни в природе значительно меньше; обычно она не превышает 4—5 лет [Акимушкин 1989].
Всё лето травяная лягушка проводит на суше, удаляясь от водоёмов на значительные расстояния, но населяя только влажные места. Основу её питания составляют насекомые и наземные моллюски. Она часто охотится днём. Зимует травяная лягушка в любом не промерзающем до дна водоёме. Все особи зимуют вместе. Они располагаются либо просто на дне водоема, либо под нависающими берегами, либо в зарослях водной растительности, а в проточных водах и под камнями. Зимовки в стоячих водоемах, как правило, располагаются около незамерзающих стоков или ключей. Здесь лучше условия аэрации и меньше сероводорода. На зимовке травяная лягушка сидит в очень своеобразной позе, поджав задние лапы, а передними как бы закрывает голову, вывернув их ладонями наружу (рис. 4). При этом на ладонях очень хорошо заметна густая сеть кровеносных сосудов, вследствие чего ладони всегда ярко-розовые [Акимушкин 1989].
Рис. 4. Зимующая лягушка травяная Rana temporaria
В условиях Подмосковья лягушки выходят с зимовок обычно в апреле. Просыпающиеся раньше других травяные лягушки первыми откладывают икру. В среднем откладка икры под Москвой у них начинается 22 апреля. По литературным данным [Акимушкин 1989], самые первые кладки наблюдались 7 апреля, самые поздние — 3 мая. Икрометание начинается очень скоро — через 3—5 дней после пробуждения.
В прудах в окрестностях Орудьевского дачного посёлка (Дмитровский р-н Московской обл.) кладки лягушек появляются в начале мая. Кладка лягушки — это комок из 700—1400 мелких икринок (максимальное количество — 3 тыс. икринок. Для сравнения — прудовая и озёрная лягушки откладывают до 8 тыс. икринок, серая жаба — до 10 тысяч [Потапов 2001]). Примерно через сутки после откладки прозрачные слизистые оболочки икринок пропитываются водой, набухают, и на поверхности воды у самого берега становится видна лягушачья икра. Нередко образуются большие скопления лягушачьей икры, отложенной в одном месте десятками самок. По всей видимости, это икра лягушки травяной, наиболее распространенного в районе Орудьева вида лягушек.
Рис. 5. Икра лягушки травяной Rana temporaria
Каждая икринка состоит из темного яйца и студенистой слизи, которая его окружает. Уже через несколько дней после откладки изменения во внешнем виде икринки становятся заметными. Яйцо начинает удлиняться, зародыш становится похож на запятую. Обычно на 5—6-й день после откладки зародыш начинает двигаться, а на 8—10-й день выходит из икринки. К этому времени у зародыша формируются железы, выделяющие фермент, который растворяет оболочки яиц. У только что вылупившихся головастиков части тела едва обозначены. В это время они еще не способны актив-
Электронное научное издание Альманах Пространство и Время. Т. 1. Вып. 1 • 2012 Специальный выпуск СИСТЕМА ПЛАНЕТА ЗЕМЛЯ
Electronic Scientific Edition Almanac Space and Time Special issue 'The Earth Planet System'
Elektronische wissenschaftliche Auflage Almabtrieb 'Raum und Zeit' Sonderheft'System Planet Erde'
Геворкян В.С. Воздействие экзометаболитов на позвоночных на примере лягушки травяной Rana temporaria
но передвигаться и висят гроздьями на пустых оболочках яиц, понемногу доедая желток, не использованный в яйце во время развития зародыша. Незадолго до вылупления у зародышей появляются наружные жабры в виде двух пар небольших отростков по бокам головы. К моменту вылупления развивается третья пара наружных жабр. Наружные жабры — это специальные личиночные органы дыхания, они постоянно омываются водой и функционируют на самых ранних стадиях развития личинки, пока не сформируется механизм, нагнетающий воду ко внутренним жабрам.
Большую часть своей жизни головастики живут колониями, образуя большие скопления. Примерно через месяц-полтора
после вылупления они рассеиваются по водоему, начиная вести одиночный образ жизни. В некоторых случаях, главным
образом при небольшой численности головастиков, скопления их исчезают значительно раньше. Кормятся они на мелководьях, среди водорослей, на растительной пленке, покрывающей водоемы, и на дне их [Акимушкин 1989]. Через несколько дней после вылупления в организме головастиков происходят серьезные изменения. У головастиков формируется рот, и начинают быстро расти зубы. Зубы быстро изнашиваются, и взамен немедленно образуются новые. В этот период головастики усиленно питаются. Они непрерывно соскабливают различные микроорганизмы с растений, подводных предметов, поедают мертвых рыбок и даже других головастиков, которые ослабели или несколько отстали в своем развитии.
Головастики, перешедшие к активному способу питания, начинают также активно двигаться. По своему внешнему виду они уже очень отличаются от только что вылупившихся головастиков. Тело у них становится более округлым, хвост удлиняется и расширяется за счет развития вокруг него прозрачного плавника, превратившись в достаточно сильный двигательный орган. При этом в хвосте развивается густая сеть капиллярных сосудов, и он становится дополнительным органом дыхания. В это же время начинают действовать внутренние жабры, а наружные быстро исчезают.
Примерно на 20—26-й день появляются одновременно передние и задние конечности. Задние лапки сразу же становятся хорошо видны (по длине они примерно равны длине туловища головастика, достигая в первые дни ок. 3—4 мм), а передние остаются еще в течение некоторого времени скрытыми под жаберной крышкой [Акимушкин 1989; Геворкян 2010; Жизнь животных... 1969].
Рис. 6. Стадии развития лягушки
Одновременно с появлением конечностей у головастиков формируются внутренние ноздри, гортань и легкие. Тем самым система наземных органов дыхания у головастиков оказывается уже полностью развитой. В это время они часто поднимаются к поверхности воды и глотают воздух. Средние размеры головастиков: тело — ок.8 мм, хвост ок.8 мм. Хвост постепенно уменьшается; он как бы тает с краев и укорачивается. Примерно на 50-й день (для условий Орудьева это 20—21 июня) освобождаются, прорывая жаберные крышки, передние конечности. Почти сразу же вслед за этим исчезают жабры. Развитие головастиков приближается к концу
Полностью оформившиеся маленькие лягушата выбираются на сушу. У них еще остается коротенький хвостик. Размеры лягушат в это время таковы: длина тела — ок. 8 мм, длина хвостика — ок. 5—6 мм. Через один-два дня он у лягушат исчезает совсем [Акимушкин 1989; Геворкян 2010; Жизнь животных... 1969].
2. Экзометаболиты и их воздействие на позвоночных
В результате исследований, проведённых в конце 70-х годов ХХ века под руководством академика С.С. Шварца [Шварц 1980; Шварц и др. 1976], было установлено, что водные организмы (рыбы и амфибии) в процессе своего роста и развития выделяют в водную среду химические вещества белковой природы — экзометаболиты, которые действуют в качестве регуляторов популяционных процессов. Эти вещества принципиально отличаются от гормонов и феромонов. Экзометаболиты действуют в ничтожных концентрациях. Накапливаясь в среде, они образуют своеобразный фон, который определяет как скорость развития популяций в целом, так и темпы роста отдельных особей.
Экзометаболиты разделяются на следующие группы [Саловарова и др. 2007]:
а) метаболиты, которые влияют на рецепторы и проявляют информационную, запаховую, сенсорную функции. С их помощью морские млекопитающие делают «пахучие метки» в толще воды, рыбы и млекопитающие объединяются в стада, хищники отыскивают добычу;
Электронное научное издание Альманах Пространство и Время. Т. 1. Вып. 1 • 2012 Специальный выпуск СИСТЕМА ПЛАНЕТА ЗЕМЛЯ
Electronic Scientific Edition Almanac Space and Time Special issue 'The Earth Planet System'
Elektronische wissenschaftliche Auflage Almabtrieb 'Raum und Zeit' Sonderheft'System Planet Erde'
Геворкян В.С. Воздействие экзометаболитов на позвоночных на примере лягушки травяной Rana temporaria
б) метаболиты с трофической функцией, которые включаются в пищевые цепи;
в) метаболиты, которые прямым или косвенным образом влияют на размножение, рост и развитие организмов в биоценозах (примером могут служить особые выделения матки пчелиной семьи).
г) метаболиты токсического действия («биологическое оружие живых организмов» — токсические выделения сине-
■■ U U ■■ V V \
зелёных водорослей, простейших и других животных, летучие соединения зелёной массы высших растений). В составе таких экзометаболитов чаще всего встречаются фенолы, терпены, алкалоиды, амины, аминокислоты, спирты, органические кислоты, альдегиды, хиноны, индолы и др. вещества [Калачева и др. 2000; Селиванова 1989].
Эксперименты, выполненные под руководством С.С. Шварца, показали, что так называемая вода скоплений (вода, в которой накапливаются продукты жизнедеятельности развивающихся головастиков — экзометаболиты, имеющие белковое происхождение) оказывает сильнейшее влияние как на скорость их роста и развития, так и на разнообразные их морфогенетические реакции [Пястолова 1977; Шварц 1980; Шварц и др. 1976].
Специальные исследования показали, что в зависимости от условий, в которых проходит развитие, изменяются пропорции тела завершивших метаморфоз лягушат. Оказалось, что при равных размерах тела бедро лягушат из загущенных «популяций» было больше, чем у животных, развивавшихся в нормальных условиях. Их конституция приближается к конституции более крупных (старших) животных. Существенно изменяется и пропорция «голень/бедро», которому в систематике лягушек придается особое значение [Пястолова 1977; Шварц 1980; Шварц и др. 1976].
При повышенной плотности популяции некоторые экзометаболиты рыб и амфибий действуют как ингибиторы роста и развития. Тем самым эти вещества выступают в качестве регуляторов, приводящих плотность популяции в соответствие с экологической емкостью местообитаний [Саловарова и др. 2007]. Экзометаболиты усиливают процесс регенерации тканей, стимулируют клеточное деление и интенсифицируют обмен веществ в организмах: у быстро растущих особей тормозят рост и развитие более мелких особей, у экземпляров, отставших в росте и развитии, развитию крупных особей не мешают, а наоборот, либо ускоряют их рост и развитие, либо, по крайней мере, не оказывают на их развитие никакого действия [Пястолова 1977; Шварц 1980; Шварц и др. 1976].
Работы, выполненные С.С. Шварцем и его коллегами, заложили основу для нового научного направления — химической экологии.
Исследования С.С. Шварца и его последователей показали, что в экосистемах функции связи между организмами и окружающей средой осуществляют химические соединения, которые называются посредниками, химическими экорегуляторами или хемомедиаторами. На действие внешних факторов организмы отвечают продуцированием специфических веществ — эндо- и экзометаболитов. При этом эндометаболиты остаются в организме и смягчают воздействие внешнего фактора. К этой категории веществ относятся, например, криопротекторы и антифризы у зимующих животных.
Экзометаболиты выделяются во внешнюю среду и в некоторой степени меняют ее свойства. Хемомедиаторы-экзометаболиты, участвующие во взаимодействиях между особями одного вида, называются феромонами. Экзометаболиты, участвующие во взаимодействиях между особями различных видов, подразделяются на алломонов и кайромонов. Алломоны — это хемомедиаторы, которые приносят пользу организму-продуценту. Так, например, рыбы (форель, ротан) охотно поедают головастиков лягушек, но головастиков серых и зелёных жаб они отвергают [Маслова 2003; Решетников 2001]. Объясняется это тем, что в коже головастиков жаб содержатся защитные вещества, имеющие неприятные для рыб вкусовые особенности [Мантейфель, Решетников 2001а,б].
Кайромоны — это хемомедиаторы, которые приносят пользу организму-реципиенту. Например, очень большую роль играют кайромоны при поиске хищником своей жертвы, либо паразитом — хозяина. Кайромоны используются и потенциальными жертвами для обнаружения опасного для них хищника. Например, многие рыбы распознают пахучие вещества, выделяемые хищниками, что помогает им избежать опасности. Эти хемомедиаторы, которые для самих хищников могут быть феромонами, для их жертв становятся сигналами тревоги. Многие кайромоны вызывают не только поведенческие реакции, но и физиологические, например, запах щуки вызывает у гольяна появление черной полосы на боках. Кайромонами могут быть экзометаболиты не только рыб, но и других хищников, например, вещества, попадающие в воду с кожи и шкур опасных для рыб животных. Этот сигнал получил название «фактор звериной шкуры». Так, присутствие в воде веществ, попавших со шкуры медведя, может сильно задерживать нерестовый ход тихоокеанских лососей (Oncorhynchus) в реки [Саловарова и др. 2007].
Очевидно, что в отличие от водных организмов, у животных, обитающих на суше, в состав экзометаболитов (как феромонов, так и алломонов и кайромонов), обязательно должны входить химические вещества, обладающие летучестью1.
1 Летчесть — свойство жидких и твёрдых веществ переходить в газообразное состояние
В условиях воздушной среды данное обстоятельство является необходимым, чтобы хемомедиаторы имели возможность выполнить свои функции посредников между организмами.
Ввиду достаточно сложных поведенческих реакций феромоны позвоночных изучены слабо. Существует предположение, что рецептором феромонов у позвоночных является вомероназальный (якобсонов) орган.
Вопрос существования феромонов у человека долгое время оставался открытым, пока, наконец, исследованиями Марты Макклинток не было доказано их существование. Ею был открыт феромон, синхронизирующий некоторые физио-
Электронное научное издание Альманах Пространство и Время. Т. 1. Вып. 1 • 2012 Специальный выпуск СИСТЕМА ПЛАНЕТА ЗЕМЛЯ
Electronic Scientific Edition Almanac Space and Time Special issue 'The Earth Planet System'
Elektronische wissenschaftliche Auflage Almabtrieb 'Raum und Zeit' Sonderheft'System Planet Erde'
Геворкян В.С. Воздействие экзометаболитов на позвоночных на примере лягушки травяной Rana temporaria
логические процессы в человеческом организме, и было доказано, что этот феромон выделяется потовыми железами подмышечной области [McClintock 1971; Stern, McClintock 1998]. Открытие Марты Макклинток имеет далеко идущие последствия. В частности, оно позволяет предположить, что, по крайней мере, некоторые проявления пресловутого «эффекта толпы» [Мокшанцев, Мокшанцева 2001] (или «эффекта стаи»), такие, например, как на первый взгляд необъяснимые приступы всеобщей паники или агрессии, практически мгновенно охватывающие большие скопления людей, являются результатом действия соответствующих феромонов.
3. Наблюдения за развитием головастиков травяной лягушки
С целью исследования воздействия экзометаболитов на развитие амфибий нами в течение летних месяцев 2005, 2006 и 2007 годов проводились наблюдения за развитием головастиков лягушки травяной (Rana temporaria). Каждое лето в первых числах июня нами в прудах в окрестностях Орудьевского дачного посёлка (Дмитровский р-н Московской обл.) отлавливалось некоторое количество головастиков.
Рис. 7. Орудьевские пруды: слева направо — Большой, Дальний и Придорожный
Заметим, что в 2006 году численность головастиков в Орудьевских прудах была существенно меньше, чем в 2005 году. Так, если в 2005 году во всех Орудьевских прудах были отмечены плотные стайки головастиков (плотностью 10—12 особей на 100 кв.см), то в 2006 году такие стайки не были отмечены нигде. Именно по этой причине и был произведён отлов головастиков не в пруду, а в речке. Здесь плотность составляла 2—3 головастика на 400 кв.см.
Рис. 8. Головастик лягушки травяной Rana temporaria
Наоборот, в 2007 году численность головастиков в Орудьевских прудах была значительно больше, чем в 2005 и 2006 годах. Плотные стайки головастиков (плотностью 14—16 особей на 100 кв. см) были отмечены во всех Орудьевских прудах. Отловленные головастики сразу же измерялись и взвешивались (Табл. 1).
Таблица 1
Средние значения массы и размеров частей тела головастиков лягушки травяной в день отлова
(по результатам летних наблюдений 2005, 2006 и 2007 гг.)
Измеряемые части тела 12 июня 2005 г. 4 июня 2006 г 10 июня 2007 г.
Длина корпуса (голова и туловище), мм 8 мм 11 мм 9,6 мм
Длина тела от кончика носа до кончика хвоста, мм 16 мм 26 мм 22,5 мм
Отношение длины тела к длине корпуса, доли ед. 2,0 2,36 2,34
Средняя масса тела, мг От 100 до 160 мг
Электронное научное издание Альманах Пространство и Время. Т. 1. Вып. 1 • 2012 Специальный выпуск СИСТЕМА ПЛАНЕТА ЗЕМЛЯ
Electronic Scientific Edition Almanac Space and Time Special issue 'The Earth Planet System'
Elektronische wissenschaftliche Auflage Almabtrieb 'Raum und Zeit' Sonderheft'System Planet Erde'
Геворкян В.С. Воздействие экзометаболитов на позвоночных на примере лягушки травяной Rana temporaria
Головастики помещались в прозрачный стеклянный сосуд (аквариум) с чистой водой, предварительно прокипячённой и охлаждённой. Вода в аквариуме регулярно менялась. Причём, во время наблюдений 2006 г. вода в сосуде полностью менялась каждые 60 часов (через 2 дня на третий). В аквариум была помещена специально подготовленная коряга — в качестве «островка». В воду при помощи электрического аквариумного компрессора подавался воздух. Вначале принудительная вентиляция воды осуществлялась в дискретном режиме: каждый день с 6 утра вода вентилировалась в течение 3 часов непрерывно, после чего вентиляция прекращалась на 3 часа; после перерыва всё повторялось заново. С 24 часов до 6 утра вентиляция воды проводилась непрерывно. Во время наблюдений 2007 года вода в аквариуме менялась на одну треть каждый третий день, каждый девятый день вода менялась полностью. В воду при помощи электрического аквариумного компрессора подавался атмосферный воздух. Принудительная вентиляция воды осуществлялась в непрерывном режиме, по 24 часа в сутки. Один край аквариума был приподнят, часть наклонного дна аквариума при этом обнажилась, и тем самым была создана имитация прибрежного участка водоёма, с переменной глубиной воды и «берегом». Аквариум помещался в тени, чтобы обеспечить рекомендуемую оптимальную температуру, равную 18—20 °С. В качестве корма головастики получали сушёных дафний и гаммарусов2. Во время наблюдений головастики регулярно взвешивались и обмерялись (Табл. 2).
2 Дафнии — мелкие рачки, относящиеся к роду планктонных ракообразных (Daphnia) из надотряда ветвистоусых (Cladocera); гаммарус — небольшой рачок-бокоплав, относящийся к виду Gammarus pulex и отряду Amphipoda.
Таблица 2
Средние массы и размеры частей тела лягушки травяной в день метаморфоза
(по результатам летних наблюдений 2006 и 2007 гг.)
Характеристики 2006 год 2007 год
Масса тела, мг 670 150
Общая длина (от кончика носа до кончика ласт), мм 35,5 21,0
Длина передних лапок, мм 7,0 5,0
Длина задних лапок (с ластами), мм 20,0 9,0
Длина ласт, мм 8,5 4,0
Длина корпуса (голова и туловище), мм 15,5 8,0
Длина головы, мм 7,2 4,0
Длина туловища, мм 8,2 4,0
После того, как в результате метаморфоза стали появляться лягушата, они из аквариума отсаживались в отдельную ёмкость с небольшим количеством воды и «островком». В пищу лягушата получали гаммарус и дафний. По мере появления новых лягушат старшие по возрасту лягушата небольшими партиями (по 4—5 особей) выпускались на волю.
Рис. 9. Юный лягушонок после метаморфоза
5. Результаты наблюдений, выводы и обсуждения
Наблюдения, выполненные нами в летние месяцы 2005, 2006 и 2007 годов, показали следующее:
1. Головастики, появляющиеся на свет в годы наименьшей их численности, обладают большей массой и большими размерами, чем головастики в годы наибольшей их численности. Данное наблюдение согласуется с результатами иссле-
Электронное научное издание Альманах Пространство и Время. Т. 1. Вып. 1 • 2012 Специальный выпуск СИСТЕМА ПЛАНЕТА ЗЕМЛЯ
Electronic Scientific Edition Almanac Space and Time Special issue 'The Earth Planet System'
Elektronische wissenschaftliche Auflage Almabtrieb 'Raum und Zeit' Sonderheft'System Planet Erde'
Геворкян В.С. Воздействие экзометаболитов на позвоночных на примере лягушки травяной Rana temporaria
дований Г.С. Суровой [Сурова 1982, 1990], показавшей, что в крупных прудах главным регулятором роста и развития головастиков выступают факторы, зависящие от плотности их населения, тогда как абиотические факторы и хищники действуют как главные факторы смертности в основном в мелких пересыхающих водоемах.
2. Самый сложный и опасный период в жизни лягушат — это первые часы после потери хвостового гребня. Густо пронизанный кровеносными сосудами хвостовой гребень, выполняющий функцию дополнительного дыхательного органа, благодаря которому головастики получали из воды значительное количество растворённого в ней кислорода, уже исчез. К этому времени лягушата уже лишаются жабр, но лёгкие у них ещё слабы. Поэтому, с каждым часом (по мере окончательного рассасывания хвоста) лягушата должны испытывать всё большую нехватку кислорода. Именно поэтому в это время они часто поднимаются к поверхности воды и глотают ртом воздух. Однако окончательный выход на сушу, по-видимому, становится возможен не раньше, чем хвостик лягушонка уменьшится до 5—6 мм. Можно предположить, что именно к этому времени лягушата окончательно обретают полную способность дышать лёгкими и жить на суше. По-видимому, до этого момента выход лягушат на сушу невозможен.
3. О наступлении момента окончательного перехода лягушат к наземной жизни можно судить по длине их хвостиков. Окончательный выход на сушу, по-видимому, становится возможен не раньше, чем хвостик лягушонка уменьшится до 1—
2 мм. Можно предположить, что именно к этому времени лягушата обретают полную способность дышать лёгкими и жить на суше. По-видимому, только с этого момента можно говорить об окончательном переходе лягушат к наземной жизни.
4. Процесс метаморфоза отнимает у головастика очень много сил. В первые после метаморфоза часы лягушата настолько ещё слабы, что выбраться из воды на сушу они могут только по слабо наклонённой (с углом наклона около 20—30°) поверхности. Выбраться на отдельно стоящие в воде коряги, камни и прочие «островки» с круто (более 40о) уходящими в воду откосами юные лягушата не могут, — на это у них не хватает сил [Геворкян 2010]. Даже если лягушонок полностью оформился и перешёл к наземной жизни, то всё равно он оказывается в эти первые (после метаморфоза) часы настолько слабым, что, свалившись с «островка» (коряги, камня и т.п.) в сторону глубокой части водоёма, он не может выбраться из воды и окончательно обессилев, тонет.
5. Известно, что прошедшие метаморфоз лягушата практически сразу покидают водоём и возвращаются в воду только для зимовки и последующего размножения. Наши наблюдения дают возможность дополнить и уточнить эту картину: Обычно это объясняется тем, что начав дышать лёгкими, молодые лягушки окончательно переходят к наземному образу жизни. Наши наблюдения дают возможность дополнить и уточнить эту картину: действительно, лягушата должны немедленно покинуть родной водоём, поскольку их возвращение туда становится для них смертельно опасным — юные лягушата становятся объектом охоты головастиков, ещё не прошедших метаморфоз. Заметим, что Г.С. Суровой [Сурова 2008] была установлена хорошая способность головастиков различать личинок своего и чужого вида и соответственно менять поведение. Сказанное позволяет сделать вывод, что в описанных нами случаях головастики воспринимают юных лягушат как чужаков, потому и нападают на них.
6. Принято считать нормой, что при аквариумном содержании для одного головастика необходим объем в два-три литра воды [Объект наблюдения — головастики 1986, с. 109]. Считается также, что при плотности, превышающей эту норму, головастики растут значительно медленнее и меньше. Однако проведённый нами эксперимент показал, что при хорошем кормлении и, самое главное, интенсивной (желательно, непрерывной) продувке (вентиляции) воздухом ёмкости с головастиками можно быстро вырастить крупных лягушат, даже если на одного головастика приходится 1 литр воды.
Регулярная и частая смена воды в аквариуме позволяет удалить из среды обитания лягушат продукты их жизнедеятельности, в том числе и хемомедиаторы-экзометаболиты, выделяемые головастиками в воду, и подавляющие рост и развитие более мелких особей. Тем самым подтвердился сделанный нами ранее вывод о том, что гибель лягушат во время летних наблюдений 2005 года был вызван отравлением среды их обитания их же собственными продуктами жизнедеятельности [Геворкян 2010].
7. Растущие головастики выделяют в воду экзометаболиты, подавляющие развитие более мелких особей. Поголовная гибель во время летних наблюдений 2005 года содержавшихся в аквариуме головастиков и удачные опыты их выращивания во время летних наблюдений 2006 и 2007 годов позволяют сделать вывод о том, что экзометаболиты, достигнув определённой концентрации в воде, становятся опасными не только для более мелких головастиков, но и для крупных, лидирующих в развитии особей. То есть, находясь в малом объеме воды, головастики отравляют друг друга выделяемыми экзометаболитами. Поначалу гибнут более мелкие особи, но по мере роста концентрации экзометаболитов гибнут всё более крупные особи. В предельном случае может погибнуть вся популяция, что и наблюдалось нами летом 2005 года.
В заключение отметим следующее. Открытие, сделанное Мартой Макклинток, доказавшей существование феромонов у человека, даёт основания предположить, что, по меньшей мере, некоторые проявления «эффекта человеческой толпы» бывают вызваны именно действием на людей соответствующих феромонов.
Нельзя также исключить, что окружающая среда может ослаблять, или, наоборот, усиливать действие феромонов на людей. Отсюда следует, что на различные относительно замкнутые человеческие популяции (обитающие в разных местностях, и, следовательно, в разных условиях) одни и те же феромоны могут оказывать воздействие, неодинаковое по своей эффективности. Можно также предположить и существование критической концентрации таковых экзометабо-
Электронное научное издание Альманах Пространство и Время. Т. 1. Вып. 1 • 2012 Специальный выпуск СИСТЕМА ПЛАНЕТА ЗЕМЛЯ
Electronic Scientific Edition Almanac Space and Time Special issue 'The Earth Planet System'
Elektronische wissenschaftliche Auflage Almabtrieb 'Raum und Zeit' Sonderheft'System Planet Erde'
Геворкян В.С. Воздействие экзометаболитов на позвоночных на примере лягушки травяной Rana temporaria
литов (особенно в масштабах территорий проживания относительно замкнутых этнических / социальных групп), делающей превышение ее фактором риска для отдельной человеческой популяции. Обнаружение и выделение таких феромонов представляет собой достаточно важную задачу, поскольку последующее их использование на практике позволит достаточно легко и эффективно решить проблему быстрого умиротворения разбушевавшихся людских толп.
Сказанное можно рассматривать как постановку задачи для дальнейшего исследования.
Благодарности. Автор выражает искреннюю благодарность доктору биологических наук Ю.А. Мазингу за ценные советы и обсуждение данной работы.
ЛИТЕРАТУРА I REFERENCES
1. Акимушкин И.И. Мир животных: птицы, рыбы, земноводные и пресмыкающиеся. М.: Мысль, 1989. 462 с.
2. Власова В.А., Мустаев С.Б. Разведение пресноводных рыб и раков. М.: Астрель, 2005. 256 с.
3. Геворкян В.С. Воздействие экзометаболитов на развитие лягушки травяной (Rana temporaria) // Эволюция. 2010. № 9. С. 16—20.
4. Жизнь животных: В 6 т. Т. 4. Ч. 2: Земноводные, пресмыкающиеся / Под ред. А.Г. Банникова. М.: Просвещение, 1969. 488 с.
5. Калачева Г.С., Задереев Е.С., Губанов В.Г., Грибовская И.В. Химический состав воды скоплений Moina macrocopa Crustacea: Cladocera) // Экология. 2000. № 2. С. 130—134.
6. Мантейфель Ю.Б., Решетников А.Н. Избирательность потребления головастиков Bufo bufo, Rana arvalis и R. temporaria хищниками малых водоемов // Вопросы герпетологии. Материалы Первого съезда Герпетологического общества им. А.М. Никольского. М.: Изд-во МГУ, 2001а. С. 188—189.
7. Мантейфель Ю.Б., Решетников А.Н. Избирательность потребления хищниками головастиков трех видов амфибий // Ж. общей биол. 2001б. Т. 62. № 2. С. 150—156.
8. Маслова И.В. Влияние хищных видов рыб на выбор нерестового водоёма земноводными // Чтения памяти Владимира Яковлевича Леванидова. 2003. Вып.2. С. 563—566.
9. Мокшанцев Р.И., Мокшанцева А.В. Социальная психология. Учебное пособие. М.: Инфра-М, 2001. 408 с.
10. Объект наблюдения — головастики // Наука и жизнь. 1986. № 4. С. 109.
11. Потапов И. В. Зоология с основами экологии животных. М.: ACADEMIA, 2001. 294 с.
12. Пястолова О.А. Влияние экзометаболитов на раннее развитие амфибий // Эколого-физиологические исследования в природе и эксперименте. Фрунзе, 1977. С. 150.
13. Решетников А.Н. Влияние ротана, Perccottus glenii, на амфибий в малых водоемах. Автореферат дисс. ... канд. биол. наук. М.: ИПЭЭ РАН, 2003. 24 с.
14. Саловарова В.П., Приставка А.А., Берсенева О.А. Введение в биохимическую экологию: Учебное пособие. Иркутск: Изд-во Иркут. гос. ун-та, 2007. 159 с.
15. Северцов А.С. Микроэволюция и филоценогенез // Эволюционная биология. Т. 1. Томск: Изд-во Томского гос. ун-та, 2001. С. 89—105.
16. Селиванова Л.А. Свободные аминокислоты экзометаболитов осетровых // Химические сигналы в биологии рыб. М.: ИПЭЭ им. А.Н. Северцова, 1989. С. 190—210.
17. Сурова Г.С. Влияние группы на темпы роста и развития головастиков Rana temporaria и пластичность онтогенеза // Зоологический журнал. 1982. Т. 61. № 5. С. 726—733.
18. Сурова Г.С. Действие хищников на личинок остромордой лягушки (Rana arvalis) в естественных условиях // Зоологический журнал. 1990. Т. 69. № 10. С. 86—97.
1. Akimushkin I.I. (1989). Mir zhivotnykh: ptitsy, ryby,
zemnovodnye i presmykayushchiesya. Mysl', Moskva. 462 p.
2. Vlasova V.A., Mustaev S.B. (2005). Razvedenie presnovodnykh ryb i rakov. Astrel', Moskva. 256 p.
3. Gevorkyan V.S. (2010). Vozdeistvie ekzometabolitov na razvitie lyagushki travyanoi (Rana temporaria). Evolyutsiya. N 9. Pp. 16—20.
4. Zhizn' zhivotnykh: V 6 t. T. 4. Ch. 2: Zemnovodnye, presmykayushchiesya. Pod red. A.G. Bannikova. Prosveshchenie, Moskva. 1969. 488 p.
5. Kalacheva G.S., Zadereev E.S., Gubanov V.G., Gribovskaya I.V. (2000). Khimicheskii sostav vody skoplenii Moina macrocopa (Srustacea: Cladocera). Ekologiya. № 2. Pp. 130—134.
6. Manteifel' Yu.B., Reshetnikov A.N. (2001a). Izbiratel'nost' po-trebleniya golovastikov Bufo bufo, Rana arvalis i R. temporaria khishchnikami malykh vodoemov. In: Voprosy gerpetologii. Materialy Pervogo s"ezda Gerpetologicheskogo obshchestva im. A.M. Nikol'skogo. Izd-vo MGU, Moskva. Pp. 188—189.
7. Manteifel' Yu.B., Reshetnikov A.N. (2001b). Izbiratel'nost' potrebleniya khishchnikami golovastikov trekh vidov amfibii. Zh. obshchei biol. T. 62. N 2. Pp. 150—156.
8. Maslova I.V. (2003). Vliyanie khishchnykh vidov ryb na vybor nerestovogo vodoema zemnovodnymi. In: Chteniya pamyati Vladimira Yakovlevicha Levanidova. Vyp. 2. Pp. 563—566.
9. Mokshantsev R.I., Mokshantseva A.V. (2001). Sotsial'naya psikhologiya. Uchebnoe posobie. Infra-M, Moskva. 408 p.
10. Ob"ekt nablyudeniya — golovastiki. Nauka i zhizn'. 1986. N 4. P. 109.
11. Potapov I.V. (2001). Zoologiya s osnovami ekologii zhivotnykh. ACADEMIA, Moskva. 294 p.
12. Pyastolova O.A. (1977). Vliyanie ekzometabolitov na rannee razvitie amfibii. In: Ekologo-fiziologicheskie issledovaniya v prirode i eksperimente. Frunze. P. 150.
13. Reshetnikov A.N. (2003). Vliyanie rotana, Perccottus glenii, na amfibii v malykh vodoemakh. Avtoreferat diss. ... kand. biol. nauk. IPEE RAN, Moskva. 24 p.
14. Salovarova V.P., Pristavka A.A., Berseneva O.A. (2007). Vvedenie v biokhimicheskuyu ekologiyu: Uchebnoe posobie. Izd-vo Irkut. gos. un-ta, Irkutsk. 159 p.
15. Severtsov A.S. (2001). Mikroevolyutsiya i filotsenogenez. In: Evolyutsionnaya biologiya. T. 1. Izd-vo Tomskogo gos. un-ta, Tomsk. Pp. 89—105.
16. Selivanova L.A. (1989). Svobodnye aminokisloty ekzometabolitov osetrovykh. In: Khimicheskie signaly v biologii ryb. IPEE im. A.N. Severtsova, Moskva. Pp. 190—210.
17. Surova G.S. (1982). Vliyanie gruppy na tempy rosta i razvitiya golovastikov Rana temporaria i plastichnost' ontogeneza. Zoologicheskii zhurnal. T. 61. N 5. Pp. 726—733.
18. Surova G.S. (1990). Deistvie khishchnikov na lichinok ostromordoi lyagushki (Rana arvalis) v estestvennykh usloviyakh. Zoologicheskii zhurnal. T. 69. N 10. Pp. 86—97.
Электронное научное издание Альманах Пространство и Время. Т. 1. Вып. 1 • 2012 Специальный выпуск СИСТЕМА ПЛАНЕТА ЗЕМЛЯ
Electronic Scientific Edition Almanac Space and Time Elektronische wissenschaftliche Auflage Almabtrieb 'Raum und Zeit'
Special issue 'The Earth Planet System' Sonderheft 'System Planet Erde'
Геворкян В.С. Воздействие экзометаболитов на позвоночных на примере лягушки травяной Rana temporaria
19.
20.
21.
22.
23.
Сурова Г.С. Роль группы в жизни личинок бесхвостых амфибий // Вопросы герпетологии. Материалы Третьего съезда Герпетологического общества им. А.М. Никольского. СПб.: Изд-во
СПбГУ, 2008. С. 390—394.
Шварц С.С. Экологические закономерности эволюции. М.: Наука, 1980. 280 с.
Шварц С.С., Пястолова О.А, Добринская Л.А., Рункова Г.Г. Эффект группы в популяциях водных животных и химическая
19.
20.
21.
Surova G.S. (2008). Rol' gruppy v zhizni lichinok beskhvostykh amfibii. In: Voprosy gerpetologii. Materialy Tret'ego s"ezda Gerpetologicheskogo obshchestva im. A.M. Nikol'skogo. Izd-vo SPbGU, Sankt-Peterburg. Pp. 390—394.
Shvarts S.S. (1980). Ekologicheskie zakonomernosti evolyutsii. Nauka, Moskva. 280 p.
Shvarts S.S., Pyastolova O.A, Dobrinskaya L.A., Runkova G.G. (1976). Effekt gruppy v populyatsiyakh vodnykh zhivotnykh i khimicheskaya ekologiya. Nauka, Moskva. 151 p.
экология. М.: Наука, 1976. 151 с.
McClintock M.K. Menstrual synchrony and suppression. Nature. 1971. N 229 (5282). Рр. 244—245.
Stern K., McClintock M.K. Regulation of ovulation by human pheromones. Nature. 1998. № 392 (6672). Рр. 177—179.
THE IMPACT OF EXOMETABOLITES ON VERTEBRATES ON THE EXAMPLE OF GRASS FROG Rana temporaria
Vyacheslav S. Gevorkyan, 3rd year student of K.A. Timiryazev Moscow Agricultural Academy
E-mail: [email protected]
In this article are given some of the results of observations of the development of tadpoles of the grass frog (Rana temporaria). One of the purposes of these observations was the study of the exometabolites impact on vertebrates on the example of the frog Rana temporaria.
Growing tadpoles secrete into the water the exometabolites that inhibit the development of more small-sized individuals. Exometabolites having reached a certain concentration in the water, become dangerous not only for small tadpoles, but for large animals, leading in its development. Thus, being in a small volume of water, tadpoles poison each other by excreting the exometabolites in the water. Initially the smallest animals will perish. But if concentration of the exometabolites will increase, in this case larger individuals will die. In an extreme case the whole population may die.
In the relation to the human population is supposed that some of the manifestations of the «effect of the people crowd» may be caused by the action of specific human exometabolites (pheromones).
Keywords: tadpoles of grass frog Rana temporaria, chemomediators, exometabolites, endometabolity, pheromones.
