авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 4 | 5 || 7 | 8 |   ...   | 14 |

«Современные проблемы физиологии и биохимии водных организмов том I ЭКологиЧеСКаЯ физиологиЯ и биохимиЯ водных организмов 0 ...»

-- [ Страница 6 ] --

достовер дом (Laemmli, 1970);

разделяющий гель ность различий оценивали при помощи 13,5%, концентрирующий – 7,5%. Нагревание непараметрического критерия U (критерий проб не проводилось, учитывая высокую не Вилкоксона-Манна-Уитни) (Коросов, Горбач, стабильность ферментов. Окраска гелей про 2007).

водилась Coomassie blue (Hames, 1990). В ка честве маркеров использовали стандартную смесь белков с известными молекулярными Результаты и обсуждение массами (SDS 6H, Sigma-Aldrich).

Количественное содержание водораствори- Накопление металлов в органах рыб мого белка в тканях (мг/мл центрифугата) опре- Стронций – наиболее интенсивно аккумули деляли по методу Брэдфорд (Bradford, 1976), ис- рующийся в тканях-мишенях рыб тяжелый ме пользуя в качестве стандарта бычий сывороточ- талл из состава загрязнителей оз. Ковдор ный альбумин. (табл. 2).

Таблица 2. Содержание элементов (мкг·г–1 сухого веса, средние величины) в органах сига из оз. Ковдор (по данным Кашулин, 1999;

Королева, 2001) Орган Cu Ni Cr Co Cd Zn Mn Al Sr n Жабры 1,8 1,7 0,4 0,6 0,01 283 16,9 32 412,2 Печень 18,9 0,6 0,03 0,4 0,09 225 8,29 4,80 2,6 Почка 6,5 0,8 0,1 2,2 0,34 217 3,0 24 10,9 Мышцы 1,2 0,8 0,04 0,14 0,00 26 1,1 2,7 15,1 Скелет 0,5 1,2 0,07 1,2 0,00 164 16,8 11,1 1243 Таблица 3. Содержание Sr в органах рыб В исследовании выявлена органная специ (мкг/г–1 сухого веса) из оз. Ковдор фичность накопления стронция и других тяже (по данным Кашулин, 1999;

Королева, 2001) лых металлов у рыб исследованных видов (табл. 3). Так, стронций накапливается в кост- Сиг Ряпушка Печень 2,6 5, ной ткани сигов в очень высоких концентра Почка 10,9 6, циях: в скелете его концентрация приближает Мышцы 15,1 13, ся к содержанию элемента в воде (1243 мкг·г–1 Жабры 412 и 1210 мкг·л–1, соответственно), в других орга- Скелет 1243 нах уровень накопления значительно ниже.

Обнаружение кальпаинов в органах рыб Значительные количества обнаруживаются в Для разделения кальпаинов, имеющих незна жабрах, ниже уровень в скелетных мышцах и чительные отличия по молекулярной массе, и их почках, в печени аккумуляция минимальная.

ингибитора кальпастатина проводили фракцио Таким образом, содержание Sr особенно высо нирование цитозольной фракции тканей рыб ко в органах, выполняющих частично или при помощи гель-фильтрации на Сефакриле полностью опорную функцию и состоящих из S300 в буфере, содержащем хелатор двухвален костной ткани, в жабрах такими опорными тых катионов ЭДТА.

Общепринятыми методами элементами являются скелетные жаберные ду тестирования активности кальпаинов во фрак ги. Накопление металла в паренхиматозных циях белкового элюента тканей рыб с молеку органах (печень, почки) и скелетных мышцах лярными массами 120, 110 и 80 кДа (условно минимальное. У ряпушки наиболее высокие обозначаемых А, В и С) была обнаружена Ca2+ концентрации Sr также обнаружены в костной зависимая казеинолитическая активность. Фер ткани, в жабрах его содержание почти в 3 раза менты указанных фракций проявляют каталити ниже, а в паренхиматозных органах и мышцах ческую активность in vitro в присутствии на порядок ниже, чем в скелете. Характерно, мкМ (фракция А), 1,5 мМ (фракция В) и 1,0 мМ что в скелетных мышцах рыб, богатых каль (фракция С) ионов кальция. Соотношение ак цием, накопление данного элемента выше, чем тивностей в разных фракциях фермента имеет в почках и печени. Межвидовые различия дос органную специфичность. Данные гель-фильт товерны;

уровень накопления стронция в тка рации образцов с последующим электрофоре нях сигов выше, чем у ряпушки.

зом в ПААГ с ДСН свидетельствуют о том, что теиновым протеазам (клан СА) семейства каль протеиназы фракций А и В состоят из двух раз- паинов С2 согласно современной классифика личных субъединиц с молекулярными массами ции протеолитических ферментов (Rawlings et приблизительно 80 и 27 кДа, то есть в нативном al., 2010).

состоянии имеют структуру гетеродимеров, Сходство выделенных ферментов рыб с клас фракция С включает смесь двух полипептидов с сическими - и m-кальпаинами млекопитающих молекулярными массами близкими 80 кДа. По подтверждается также данными о термостабиль совокупности экспериментальных данных (ди- ности ферментов;

так, предполагаемый гомолог мерная структура, молекулярная масса субъеди- m-кальпаина (фракция В) утрачивает более 50% активности при прогревании препарата при ниц, чувствительность к кальцию) можно отне сти протеиназу фракции А к гомологам -каль- С в течение 5 мин., в то время как фракции А и паина человека, протеиназу фракции В – к гомо- С более термостабильны. Указанный темпера логам m-кальпаина человека, а пик С, предполо- турный критерий ранее предложен японскими жительно, является смесью их каталитических исследователями (Toyohara et al., 1985) для раз субъединиц. личения форм кальпаинов млекопитающих.

Подтверждено присутствие в тканях рыб эн догенного ингибитора кальпаинов – кальпаста тина, который соэлюируется с колонки сефакри ла S300 с белковой фракцией 170 кДа и облада ет ингибирующим действием на фракции фер мента А и В. Поскольку оценка молекулярного веса кальпастатина проводилась методом экс клюзионной хроматографии с использованием в качестве стандартов сферических молекул бел ков, то молекулярный вес кальпастатина, имею щего конфигурацию спирали (Goll et al., 2003), по всей вероятности, значительно завышен.

Действительно, на ПААГ-электрофореграмме препарата кальпастатина выявляется смесь по липептидов, молекулярные массы которых зна чительно ниже тех, что обнаруживаются с помо щью гель-фильтрации – от 17 до 53 кДа, что со Рис. 1. ПААГ-электрофореграммы препаратов гласуется с данными М. Сэлем с сотрудниками кальпаинов и кальпастатина из мышц сига (Salem et al., 2005) о кальпастатинах из O. mykiss Дорожка 1 – грубый экстракт;

2 – кальпастатин-содержа и D. rerio. Ингибирующая активность кальпа щая фракция;

3 – активная кальпаин-содержащая фракция;

далее – фракции после деления на колонке с сефакрилом статин-содержащей фракции (170 кДа) из тка S300: 4 – С-фракция кальпаина;

5 – В-фракция кальпаина;

ней рыб сохранялась при ее прогревании при 6 – А-фракция кальпаина;

M – маркеры (подписаны спра 100 0С в течение 20 мин, что подтверждает вы ва): миозин 205 кДа;

-галактозидаза 116 кДа;

фосфорила сокую термостабильность ингибитора, также за b 97,4 кДа;

бычий альбумин 66 кДа;

овальбумин 45 кДа;

карбангидраза 29 кДа. свойственную кальпастатинам из других источ ников.

Выделенные ферменты оказались чувстви- Таким образом, из тканей рыб были выделе тельны к групповым ингибиторам цистеиновых ны гомологи двух форм кальпаинов, характери протеиназ (лейпептину, Е64) и агентам, алкили- зующихся широкой тканевой экспрессией и рующим SH-группы (йодоацетату, N-этилма- универсальных для всех позвоночных живот леимиду, Hg2+), но не к ингибиторам протеиназ ных, так называемых «повсеместных» кальпаи других типов (пепстатину, PMSF);

кроме того, нов – -кальпаина и m-кальпаина. Указанные активность протеаз всех трех выделенных фрак- протеазы имеют гетеродимерную организацию ций угнеталась в присутствии кальпастатин-со- и состоят из каталитической 80 кДа (уникаль держащей фракции (170 кДа). Чувствительность ной для каждой формы) и регуляторной 28 кДа к ингибиторам, абсолютная потребность в ионах субъединиц;

в процессе очистки ферменты час кальция для проявления протеолитической ак- тично подвергаются диссоциации. Тканеспеци тивности и нейтральный рН оптимум позволили фичные формы кальпаинов, характерные для однозначно отнести изучаемые ферменты к цис- млекопитающих, у рыб обнаружены не были;

информация о них также отсутствует в литера- цессах, например, он способен активировать Са2+-зависимые К+-каналы примерно на 1/4 от туре. Кроме того, из тканей рыб была выделена эффективности Са2+. Вытеснение кальция кальпастатин-содержащая белковая фракция, стронцием из Са2+-связывающих белков, в том обладающая ингибирующей активностью по от числе Са2+-зависимых протеаз, при наличии у Sr ношению к ферментам фракций А и В (гетеро димерам). способности к активации кальпаинов – вероят ное объяснение наблюдаемого частичного по давления активности кальпаинов. Закономер Функциональная активность ным исключением являются биохимические из кальпаин-кальпастатиновой системы в органах рыб в присутствии Sr2+ менения, происходящие при действии стронция Показаны отличия в активности внутрикле- в гонадах рыб. Вследствие ежегодного обновле точных Са2+-зависимых протеаз во всех изучен- ния этой ткани, накопление тяжелых металлов в ных органах сигов из оз. Нижняя Пиренга и гонадах незначительно. Интересно, что в этом Ковдор (табл. 4). Характерно, что в мышцах, пе- случае наблюдается активация кальпаинов, ха чени и жабрах рыб из загрязненного озера на- рактерная для развития адаптивных перестроек блюдается снижение активности кальпаинов. в тканях при действии различных токсикантов.

Снижение данного показателя белкового обмена Подобное увеличение общей активности каль наиболее значительно при расчете удельной ак- паинов наблюдалось в жабрах и мышцах окуня, тивности (то есть в пересчете на концентрацию Perca fluviatilis, из водоемов Карелии с повы тканевых белков). Известно, что одним из меха- шенным содержанием ртути (Немова и др., низмов токсического действия Sr2+ является его 2001;

Бондарева, 2004) и у бокоплавов и мидий конкуренция с двухвалентными катионами. В из загрязненных участков Кандалакшской губы литературе описан ряд ситуаций, когда Sr2+ дей- Белого моря (Бондарева, 2004;

Бондарева и др., ствует как аналог Ca2+ во внутриклеточных про- 2005).

Таблица 4. Активность кальпаинов (ЕА) в тканях самцов сига из оз. Ниж. Пиренга (контроль)/Ковдор (опыт) Са2+-зависимая казеинолитическая активность, ЕА Белок, Орган мг/мл Фракция А Фракция В Фракция С Суммарная Удельная 0,180 0,140 0,040 0,360 0,026 13, мышцы 0,185 0,140 0,045 0,365 0,023 16, 0,500 0,125 1,50 2,125 0,343 6, жабры 0,620 0,580 0,02 1,200 0,162 7, 0,405 0,100 0,085 0,590 0,046 12, печень 0,270 0,050 0,015 0,335 0,020 16, 0,080 0,070 0,065 0,215 0,034 6, гонады 0,035 0,160 0,045 0,240 0,042 5, Наиболее высокие физиологичные значения Механизмы регуляции активности кальпаинов, изменяемые в присутствии Sr2+ активности кальпаинов обнаружены в жабрах (табл. 4), при этом для жаберного аппарата рыб Механизмы регуляции активности кальпаи из загрязненного озера характерно наиболее вы- нов достаточно сложны и не до конца изуче ны, хотя известно, что присутствие Ca2+ необ раженное подавление активности кальпаинов по сравнению с изменениями в других органах;

по- ходимо на следующих этапах их функциони видимому, это связано с барьерной функцией рования: 1) связывание протеаз с внутрикле жабр, испытывающих активное воздействие точными элементами, 2) конформационный токсичных компонентов среды. Выявленное переход с образованием каталитически актив снижение функциональной активности кальпаи- ного кальпаина (активация), 3) автолиз, 4) нов – ферментов не только деградации белков, диссоциация субъединиц и 5) связывание со но и внутриклеточных регуляторов – по всей ви- специфичным эндогенным ингибитором, каль димости, приводит к подавлению кальпаин-за- пастатином.

висимых клеточных процессов (передачи им- В функционировании кальпаинов в клетках пульсов, формирования скелетных мышц, апоп- остается неразрешенным ряд вопросов. Основ ной из них – очень высокая потребность в Са2+ тотического пути гибели клеток и других), что, несомненно, отражается на процессах жизнедея- (в миллимолярной области) для активации тельности организма. кальпаинов, в то время, как в живых клетках В изученных тканях рыб была зафиксирова обнаруживается миллимолярный его уровень.

Один из возможных механизмов снижения по- на активность, проявляемая изолированными требности в кальции – связывание кальпаинов кДа субъединицами кальпаинов. Это согласует с биомембранами, осуществляемое за счет ма- ся с данными многих недавних исследований, лой субъединицы. Также известно, что автоли- четко показавших наличие в клетках активности зированным кальпаинам требуются значитель- каталитических полипептидов 80 кДа. Диссо но более низкие концентрации кальция для ак- циация гетеродимерных кальпаинов – также Са2+-опосредуемый процесс. В тканях рыб из тивации, сравнимые с присутствующими в жи вых клетках. Ряд авторов, однако, утверждают, озера Ковдор («опыт») отмечалось снижение что активация кальпаинов не зависит от авто- протеолитической активности субъединиц лиза, и неавтолизированные кальпаины облада- кДа;

исключение составляют скелетные мыш ют высокой протеолитической активностью. цы, для которых из-за особенностей физиологии характерно высокое содержание Са2+.

Автолиз изучаемых протеаз заключается в от щеплении N-концевых фрагментов их 28 кДа и При возрастании во внутриклеточной среде 80 кДа субъединиц и происходит при концен- содержания ионизированного кальция или его трации Ca2+, несколько более высокой, чем не- структурного аналога, катиона Sr, комплекс обходима для проявления их протеолитической кальпаин-кальпастатин распадается, и кальпаин активности. Пока неясно, является ли автолиз выходит из-под контроля своего ингибитора и необходимым этапом для инициации протеоли- вызывает усиленную деградацию кальпаин-чув тической активности кальпаинов, так как из- ствительных белков.

вестно, что пропетиды его субъединиц не бло- Так, результаты нашего исследования и дан кируют стерически активный центр. Эффект ные литературы свидетельствуют о том, что в присутствии Sr2+ изменяются все регуляторные автокаталитического расщепления на потреб ность ферментов рыб в Ca2+ еще не установлен. этапы, обеспечивающие нормальное функцио нирования внутриклеточной Са2+-зависимой Результаты автолиза детектировали методом ПААГ-электрофореза с ДСН. Субъединица 80 протеолитической системы, а именно, автолиз, кДа быстро автокаталитически деградирует с активация, диссоциация и ингибирование.

образованием двух полос (73 и 69 кДа), кото- В подтверждение наших выводов о способе взаимодействия Sr и Са2+ как регуляторов про рые можно выявить только в течение очень краткого времени с начала автолиза. У других цессов на молекулярном уровне был проведен организмов обычно продукты автолиза имеют эксперимент in vitro с использованием получен молекулярные массы 78 и 76 кДа. Выявляются ных препаратов кальпаинов рыб. Была протес также три основные полосы (59, 43 и 28 кДа) и тирована способность различных двух- и трех валентных катионов (Ca2+, Co2+, Zn2+, Ni2+, Hg2+, минорные полосы промежуточных молекуляр Mg2+, Ba2+, Sr2+, Mn2+, Fe2+, Fe3+, Cu2+) активиро ных масс. Малая субъединица (24 кДа) дегра дирует с образованием трех фрагментов: 22, вать кальпаины (ионы добавлялись в концентра 19,3 и 17,8 кДа, их принадлежность к малой ции 2,5 мМ в составе хлоридов). Как и ожида лось, Ca2+ – наиболее эффективный активатор субъединице доказана при помощи иммуноб лоттинга с антисывороткой против малой субъ- кальпаинов (его эффективность принята за 100%) (рис. 2). Однако, и в присутствии Sr2+ единицы. Ladrat с сотр. (2002) использовали в качестве активаторов кальпаина морского оку- ферменты активируются до 66% от уровня ак ня 5 мМ Ca2+ или 8 мМ Sr2+, при этом продукты тивности, индуцируемого Сa2+. Значение макси автолиза фермента качественно не различа- мальной казеинолитической активности каль лись. Эти результаты подтверждают аналогич- паинов при использовании этих катионов сход ную роль Sr2+ и Ca2+ как индукторов автолиза но и составляет 0,110 ± 0,0085 ЕА (для его дос кальпаинов со структурной точки зрения. Так- тижения потребовались концентрации 2,2 мМ Ca2+ и 5,9. мМ Sr2+). Ранее уже была показана же детально изучен автолиз m-кальпаина из способность Sr2+ и Ba2+ к активации кальпаинов скелетных мышц лягушки в присутствии раз личных двухвалентных катионов (Sargianos et из разных источников (рыб, осьминога, водных al., 1995). Полосы белковых фрагментов, обла- грибов) (Taneda et al., 1983;

Yoshimura et al., дающих различной электрофоретической под- 1983;

Ojha, Wallace, 1988;

Toyohara, Makinodan, вижностью, оказались сходными при обработ- 1989;

Hatzizisis et al., 1996), однако, они дейст ке любым из изученных металлов, различалась вуют в этом качестве с меньшей эффективно стью, чем Са2+.

лишь степень гидролиза.

Рис. 2. Эффект различных катионов на кальпаин фракции B из мышц сига Са2+-индуцированная активность принята за тальные данные о том, что Sr2+ действует как аналог Ca2+ во многих внутриклеточных про 100%. Показана относительная казеинолитиче цессах. Указанные катионы – Са2+, Sr2+ и Ba2+ – ская активность кальпаина как в присутствии индивидуального катиона (2,5 мМ), так и при члены одной группы элементов периодической совместном добавлении изучаемого катиона и системы, что предполагает не только определен Са2+. ные черты структурного сходства, но и, как по Эффект действия других двух- и трехвалент- казали наши эксперименты, сходство в механиз ных катионов варьирует от слабой активации до мах взаимодействия с биомолекулами. Так, они полного ингибирования. В некоторых случаях способны активировать кальпаины, выделенные слабая (менее 10% от Сa2+-индуцированной) ак- из разных организмов. Индивидуальное дейст тивация кальпаинов обнаруживалась в присут- вие этих катионов на кальпаины на разных эта ствии Mn2+ (Edmunds et al., 1991), а также Ba2+, пах их функционирования, а также взаимодей Co2+ и Cu2+. Такие катионы, как Zn2+, Ni2+, Hg2+, ствие катионов друг с другом еще не изучены в Mg2+, Fe2+ и Fe3+ неэффективны для активации полной мере, однако, можно предположить, что кальпаинов в изученной концентрации (2,5 мМ). они могут оказывать сопряженное действие, ос Выраженное снижение Сa2+-индуцированной лабляя или усиливая действие партнера, анало активности вызывают Mn2+, Co2+ и Fe2+. Полное гично их роли активаторов кальпаинов in vitro.

ингибирование – Zn2+, Ni2+, Hg2+ и Fe3+. Mg2+ не Относительное содержание ионов Ca2+ и Sr2+ в обладает самостоятельным действием на каль- живых клетках не всегда технически возможно паины и не изменяет их активацию Са2+. установить;

но оценка физиологических реак Ионы Hg2+ полностью угнетают активность ций на поступление трэйс-элемента и других кальпаинов in vitro, сходный эффект также на- двухвалентных ионов помогает существенно до блюдался in situ у рыб при изучении закислен- полнить сведения о химизме изучаемой металл ных и загрязненных ртутью озер (Немова и др., зависимой ферментной системы.

Следует отметить, что ответные реакции рыб 2001). Сходство наблюдаемых эффектов в экс на загрязнение оценивали комплексно, по ряду периментах in vitro и in vivo позволяет в опреде параметров. О нарушениях в метаболизме рыб, ленной степени переносить результаты экспери особенно сигов, из загрязненного водоема, наря ментов in vitro в натурные исследования для ду со снижением протеолитических процессов в объяснения эффектов организменного уровня.

цитозоле, свидетельствуют изменения других Особенности биологического действия Sr2+ биохимических параметров клеточного метабо Известно, что Sr2+ токсичен для человека в лизма, изученных в нашей лаборатории, а также той же степени, что и Ba2+. Есть эксперимен- показатели популяционного неблагополучия что раннее созревание наступает при напряжен указанных видов. В условиях хронического за ных условиях существования и часто связывает грязнения популяции сига и ряпушки имеют по ся с неблагоприятной экологической обстанов вышенное жиронакопление по сравнению с кой (Решетников, 1980;

Моисеенко, 1997).

практически чистыми районами. Сравнитель ный анализ активности ферментов белкового, углеводного обмена и уровня активности одно- Выводы го из основных ферментов метаболизма ксено биотиков – цитохрома Р-450 показал, что защит- 1. Анализ содержания тяжелых металлов в ные возможности метаболизма у сигов из оз. органах сиговых рыб из загрязненного оз. Ков Ковдор резко снижены (Морозов и др., 2007;

дор выявил преимущественное накопление стронция в скелетных элементах в сравнении с Нефедова и др., 2007). Биохимический статус паренхиматозными органами. Уровень содержа ряпушки из оз. Ковдор, загрязненного отходами ния стронция в костной ткани рыб является по металлургического производства, сравнивали не казательным при данном типе загрязнения водо только с состоянием рыб из оз. Ниж. Пиренга, но также с ряпушкой из оз. Сямозеро (также от- емов и может быть использован в мониторинго носительно чистого водоема Карелии);

в обоих вых исследованиях.

случаях по показателям соотношения фракций 2. У организмов, в органах которых аккуму лируется Sr2+, изменяются все регуляторные триацилглицерины / фосфолипиды (в том числе фосфатидилхолин и сфингомиелин), содержа- этапы, обеспечивающие нормальное функцио нирование внутриклеточной Са2+-зависимой ния коллагена, активности коллагеназы и неко торых других можно сделать заключение о нега- протеолитической системы, а именно, автолиз, тивных изменениях в метаболизме рыб из за- активация, диссоциация и ингибирование.

грязненного водоема, которые могут, прежде 3. Снижение общей протеолитической спо всего, отразиться на воспроизводстве рыб. собности кальпаинов можно расценивать как Отсутствие старших возрастных групп сигов неблагоприятный прогностический признак, в загрязненном водоеме – показатель неблаго- свидетельствующий о неблагополучии на орга приятной экологической ситуации, поскольку низменном уровне.

4. По комплексу параметров клеточного об для природной структуры данного вида в неза мена и популяционных показателей ряпушка грязненных озерах характерно преобладание признана более устойчивым видом к загрязните возрастных групп 7+, 8+, 9+ (Крогиус, 1926).

лям оз. Ковдор.

Подобная тенденция к омоложению стада на 5. Функциональные показатели внутрикле блюдалась в условиях токсичной нагрузки и в точной Са2+-зависимой протеолитической систе других водоемах Кольского полуострова (на пример, оз. Имандра). Возраст репродуктивной мы позволяют предложить их в качестве допол зрелости сигов в загрязненном водоеме наступа- нительного биотеста при оценке качества водо ет при экстремально малых для данного вида емов по состоянию обитающих в них рыб.

размерах – малотычинковые сиги созревают в Исследование выполнено при финансовой возрасте 3+ при длине тела 23 см, многотычин поддержке РФФИ (гранты № № 08-04-01140, ковые – 1+, 9,5 см (Шарова, 1999), что для водо 09-04-90733), Президента РФ НШ-306.2008.4 и емов Кольского Севера считается ранним, как НШ-3731.2010.4 и проекта Программы Прези правило, в северных озерах сиги созревают в диума РАН «Биологическое разнообразие».

возрасте пяти, а чаще 6–7 лет. Предполагается, Литература Бондарева Л. А. Влияние некоторых факторов ния прибрежной акватории Белого моря на внутрикле среды на внутриклеточный протеолиз у гидробио- точный протеолиз у бентосных беспозвоночных // Про нтов. Автореф. дисс. … канд. биол. наук. Петроза- блемы изучения, рационального использования и охра водск: Карельский научный центр РАН, 2004. 24 с. ны ресурсов Белого моря: мат. IX международ. конф.

Бондарева Л. А. Са2+-активируемые протеолити- Петрозаводск, 6–9 сентября 2004. Петрозаводск: Ка ческие ферменты у рыб и водных беспозвоночных // рельский научный центр РАН, 2005. С. 55–61.

Вестник молодых ученых. Сер. Науки о жизни. 2002. Брень Н. В. Использование беспозвоночных для Т. 4. № 1. С. 52–57. мониторинга загрязнения водных экосистем тяжелы Бондарева Л. А., Немова Н. Н., Кяйвяряйнен Е. И., ми металлами // Гидробиол. журнал. 1999. Т. 35. № 4.

Крупнова М. Ю., Шкляревич Г. А. Влияние загрязне- С. 75–88.

Кашулин Н. А. Ответные реакции сига Coregonus Practical Approach. Hames B.D. and Rickwood D.

lavaretus (L.) на загрязнение тяжелыми металлами // (eds.). Oxford, U.K.: IRL Press, 1990. Pp. 1–147.

Биологические основы изучения, освоения и охраны Hatzizisis D., Gaitanaki C., Beis I.S. Purification and животного и растительного мира, почвенного покро- properties of a calpain II-like proteinase from Octopus ва восточной Фенноскандии: материалы междунар. vulgaris arm muscle // Comp. Biochem. Physiol. 1996.

конф. Петрозаводск, 6–10 сент. 1999 г. Петрозаводск: V. 113B. N 2. P. 295–303.

Карельский научный центр РАН, 1999. С. 132–133. Ladrat C., Chaplet M., Verrez-Bagnis V., Noel J.I., Королева И. М. Влияние загрязнения на морфо- and Fleurence J. Neutral calcium-activated proteases физиологические показатели сигов (Coregonus from European sea bass (Dicentrarchus labrax L.) lavaretus) в водоемах Кольского Севера. Автореф. muscle: Polymorphism and biochemistry studies // дис. … канд. биол. наук, Петрозаводск, 2001. 27 с. Comp. Biochem. Physiol. 2000. V. 125 B. P. 83– Коросов А. В., Горбач В. В. Компьютерная обра- Ladrat C., Verrez-Bagnis V., Noel J.I., Fleurence J.

ботка биологических данных. Петрозаводск, 2007. Milli-calpain from Sea bass (Dicentrarchus labrax) Крогиус Ф. В. Ихтиологические работы на оз. white muscle: purification, characterization of its activity Имандра // В кн. Работы Мурманской биологической and activation in vitro // Mar. Biotechnol. (NY). 2002.

станции. 2. 1926. С. 150–152. V 4. N 1. P. 51–62.

Моисеенко Т. И. Теоретические основы нормиро- Laemmli U.K. Cleavage of structure protein during вания антропогенных нагрузок на водоемы Субарк- the assembly of the head of bacteriophage T4 // Nature.

тики. Апатиты, 1997. 261 с. 1970. V. 227. P. 680–685.

Морозов Д. Н., Высоцкая Р. У., Немова Н. Н., Ка- Murachi T., Hatanaka M., Yasumoto Y., Tanaka шулин Н. А. Активность цитохрома Р-450 у сига K. A quantitative distribution study on calpain and Coregonus lavaretus и щуки Esox lucius из водоемов calpastatin in rat tissues and cells // Biochem. Int. 1981.

Субарктики при воздействии сточных вод горно-пе- V. 2. N 6. P. 651–656.

Ojha M., Wallace C.J.A. Novel Ca2+-activated рерабатывающих предприятий // Вопр. ихтиологии.

neutral protease from an aquatic fungus, Allomyces 2007. Т. 47. № 1. С. 101–106.

arbuscula // J. Bacteriol. 1988. V. 170. P. 1254–1260.

Немова Н. Н, Кяйвяряйнен Е. И, Крупнова М. Ю., Бондарева Л. А., Тойвонен Л. В., Комов В. Т. Актив- Rawlings N.D., Barrett A.J. and Bateman A.

ность внутриклеточных протеолитических фермен- MEROPS: the peptidase database // Nucleic Acids Res.

тов в тканях речного окуня Perca fluviatilis с различ- 2010. Vol. 38. P. D227-D233.

ным содержанием ртути // Вопр. ихтиологии. 2001. Salem M., Yao J., Rexroad C.E., Kenney P.B., Т. 41. № 5. С. 704–707. Semmens K., Killefer J., Nath J. Characterization of Нефедова З. А., Руоколайнен Т. Р., Васильева О. Б., calpastatin gene in fish: Its potential role in muscle Немова Н. Н., Шарова Ю. Н. Особенности состава тка- growth and fillet quality // Comp. Biochem. Physiol. B невых липидов сигов (Coregonus lavaretus L.), обитаю- Biochem. Mol. Biol. 2005. V. 141. N 4. P. 488–497.

щих в водоемах с разной антропогенной нагрузкой // Sargianos N., Gaitanaki C., Beis I. Studies on the Вопр. ихтиологии. 2007. Т. 47. № 1. С. 107–112. autolysis of m-calpain from the skeletal muscle of the Попов П. А., Андросова Н. В., Аношин Г. Н. На- amphibian Rana ridibunda // J. Exp. Zool. 1995. V. 271.

копление и распределение тяжелых и переходных P. 82–94.

металлов в рыбах Новосибирского водохранилища // Taneda T., Watanabe T., Seki N. Purification and Вопр. ихтиологии. 2002. Т. 42. № 2. С. 264–270. some properties of a calpain from carp muscle // Bull.

Решетников Ю. С. Экология и систематика сиго- Jpn. Soc. Sci. Fish. 1983. V. 49. N 2. P. 219–228.

вых рыб. М.: Наука, 1980. 300 с. Toyohara H., Makinodan Y., and Ikeda S. Detection and some properties of calpain II (high-Ca2+-requiring Шарова Ю. Н. Особенности функционирования репродуктивной системы сига (Coregonus lavaretus form of calpain) from carp (Cyprinus carpio) L.) субарктических водоемов // Биологические осно- erythrocytes // Comp. Biochem. Physiol. 1985. 81B, вы изучения, освоения и охраны животного и расти- 583–586.

тельного мира, почвенного покрова восточной Фен- Toyohara H., Makinodan Y. Comparison of calpain I носкандии: материалы междунар. конф. Петроза- and calpain II from carp muscle // Comp. Biochem.

водск, 6–10 сент. 1999 г. Петрозаводск: Карельский Physiol. 1989. V. 92B. N 3. P. 577–581.

научный центр РАН, 1999. С. 172. Yoshimura N., Kikuchi T., Sazaki T., Kitahara A., Hatanaka M., Murachi T. Two distinct Ca2+ proteases Bradford M.M. A rapid and sensitive method for the (calpain I and calpain II) purified concurrently by the quantitation of microgram quantities of protein utilizing same method from rat kidney // J. Biol. Chem. 1983.

the principle of protein-dye binding // Anal. Biochem.

V. 258. N 14. P. 8883–8889.

1976, 72: 248–254.

Edmunds T., Nagainis P.A., Sathe S.K., Thompson Goll D.E., Thompson V.F., Li H., Wei W., Cong J.

V.F., and Goll D.E. Comparison of the autolyzed and The calpain system // Physiol. Rev. 2003. V. 83. N 3.

unautolyzed forms of µ- and m-calpain from bovine P. 731–801.

skeletal muscle // Biochim. Biophys. Acta. 1991.

Hames B.D. One-dimensional polyacrylamide gel V. 1077. P. 197–208.

electrophoresis. In: Gel Electrophoresis of Proteins: A THE EFFECT OF SR2+ ON INTRACELLULAR СА2+-DEPENDENT PROTEASES IN FISH L.A. Lysenko1, N.P. Kantserova1, E.I. Kaivarainen1, N.N. Nemova1, N.A. Kashulin Institute of Biology, Karelian Research Centre Russian Academy of Sciences, Petrozavodsk, Russia, e-mail: l-lysenko@yandex.ru Institute of North Industrial Ecology Problems, Kola Science Centre Russian Academy of Science, Apatity, Murmansk region, Russia The release of strontium (Sr) to the environment is transduction, skeletal muscle growth, and of concern due to the strong accumulation of this degenerative disease.

The regulatory mechanisms calcium resembling element in the bone and other governing calpain activity are complex and it is tissues. The uptake of Sr2+ in the whitefish, known that Ca2+ can be involved in cellular Coregonus lavaretus and Coregonus albula, was components binding, proteolytic activity, autolysis, studied in chemically defined freshwater lakes in dissociation, and calpastatin (specific calpain Northwestern Russia including highly contaminated inhibitor) binding. It was shown that all indicated by Sr2+ Covdor Lake. The accumulation rate of Sr2+ in Ca2+-dependent steps in calpain activity regulation are affected by Sr2+ uptake in the in vivo experiment. Sr2+ fish tissues is strongly correlated with the activity of Ca2+-dependent proteases, calpains. This effect is was found to activate fish calpains in vitro to 60% of attributed to the Sr2+ resembling capacity in the Ca2+ activity. Our results show that Sr2+ can affect relation to Ca2+ in calcium-binding proteins and can calpain activity in fish following diverse pathological be suggested as a part of a complex mechanism of features in cellular metabolism. Some population Sr2+ toxicity. Calpains, having both degradative and effects of extremely high Sr2+ accumulation in fish due regulatory roles, are believed to participate in signal to metallurgy industry sewage are discussed.

РОЛЬ ВНУТРИКЛЕТОЧНЫХ ПРОТЕИНАЗ В РАЗВИТИИ ПАТОЛОГИИ МЫШЕЧНОЙ ТКАНИ У РЫБ Л. А. Лысенко, Е. И. Кяйвяряйнен, М. Ю. Крупнова, Н. Н. Немова Учреждение Российской академии наук, Институт биологии Карельского научного центра РАН, г. Петрозаводск, Россия, e-mail: l-lysenko@yandex.ru Высоко упорядоченная структурная органи- их действия является 1) прогрессивное разруше зация сократительных волокон скелетных мышц ние Z-диска, приводящее, в конечном счете, к обеспечивает способность к совершению быст- полной его потере;

2) последовательное высво рых и синхронных движений. В ряде случаев в бождение толстых филаментов миозина и тон ответ на действие токсикантов у рыб развивает- ких нитей актина с поверхности миофибриллы;

ся характерное повреждение мышечной ткани, 3) образование фрагментов титина (иногда вели визуально проявляющееся как атрофия и рас- чиной до 500 кДа), небулина, десмина и других слоение волокон. Гистохимическим признаком кальпаин-чувствительных белков. В экспери этого нарушения является прогрессирующая по- ментах показано, что ингибиторы кальпаинов, теря целостности Z-дисков саркомеров, а на но не лизосомотропные агенты, предотвращают биохимическом уровне наблюдается повышен- или снижают протеолитические процессы, ха рактерные для патологии мышечной ткани, од ный гидролиз миофибриллярных белков. Дегра дация белков саркомеров осуществляется целой нако, нет оснований предполагать, то в них уча системой внутриклеточных протеиназ и экзо- ствуют только кальпаины. Сайт-специфичность пептидаз, локализованных в лизосомах и вне кальпаинов обуславливает необходимость уча лизосом. Протеолиз в лизосомах, основными стия других протеаз для дальнейшего расщепле участниками которого являются катепсины В и ния крупных фрагментов титина, небулина, дес D, в большей степени неселективен (Дин, 1981;

мина, тропонина, тропомиозина и С-белка, а Немова, 1996). Высокоселективный протеолиз в также актина и миозина. Вероятно, свободные цитозоле осуществляется АТФ- и убиквитин-за- молекулы актина, миозина и фрагменты пере численных миофибриллярных белков подлежат висимыми протеазами, преимущественно муль тисубъединичной 26S протеасомой (Hershko, убиквитинилированию, и в их дальнейшем рас Ciechanover, 1998), кальпаиновой системой, щеплении главная роль принадлежит протеасо включающей Са2+-зависимые протеазы и их эн- ме (Hershko, Ciechanover, 1998). С другой сторо догенный ингибитор кальпастатин (Goll et al., ны, протеасома не может расщеплять интактные 2003) и другими, предположительно, АТФ-неза- миофибриллы или цитоскелетные комплексы, висимыми, протеазами. Установлено присутст- по всей видимости, из-за того, что вход в цен вие кальпаинов, протеасом и катепсинов в тка- тральную полость протеасомы (диаметр 1–1, нях изученных видов рыб (Немова, 1996;

Бонда- нм), содержащую активные центры, слишком рева, 2002), однако, данные о свойствах и фи- узок для проникновения миофибрилл (их диа зиологической роли указанных протеиназ у рыб метр 10–100 µм). Степень убиквитинилирова ограничены. ния субстратов считается скорость-лимитирую Модель обмена миофибриллярных белков щим этапом протеасомной деградации белков была разработана В. Дэйтоном с сотр. еще в (Ordway et al., 2000). Поскольку экспрессия 1975 году (Dayton et al., 1975). Соотношение ро- субъединиц протеасомы в атрофичных мышцах ли кальпаинов и протеасомы в этом процессе изменяется незначительно, можно предполо обсуждается исследователями в течение дли- жить нарушение системы убиквитинилирова тельного времени. Кальпаины не способны рас- ния. Таким образом, усиленный гидролиз бел щеплять основные сократительные белки мио- ков при миодистрофии требует синергичного фибриллы актин и миозин, поэтому результатом участия, по крайней мере, двух протеолитиче ских систем;

при этом высвобождение актино- слоение волокон скелетных мышц и разрушение вых и миозиновых филаментов из миофибрилл Z-дисков саркомеров (Физиолого-биохимический осуществляют кальпаины, а расщепление сво- статус, 1990). Первичная деструкция мышц была бодных полипептидов и их фрагментов до ами- обусловлена активацией кальпаинов, при этом нокислот или коротких пептидов – протеасома достоверное повышение их активности у пора (Dayton et al., 1975;

Goll et al., 1991;

et al., 2005), женных рыб обнаруживалось не только в скелет а также, возможно, непосредственно лизосо- ных мышцах, но и в других органах, что подчер мальные катепсины. кивает генерализованный характер заболевания При миодистрофии повышается активность и (Немова и др., 1992;

Немова, 1996). В тканях так экспрессия мРНК кальпаинов, усиливается де- же наблюдалась активация лизосомальных проте градация кальпастатина (Goll et al., 2003;

аз (катепсинов), необходимых для последующих Nakamura et al., 1991). По этим признакам мож- этапов расщепления белков, освобожденных из но судить, что при миодистрофии увеличивает- состава миофибрилл кальпаинами.

ся общая активность кальпаинов (отсутствие Таким образом, пусковая роль в белковой де кальпастатина также потенциально увеличивает градации при повреждении мышечной ткани их активность). Учитывая тот факт, что менее принадлежит кальпаинам, о чем свидетельству 10% кальпаина в миоцитах находится в активи- ет состав продуктов протеолиза индивидуаль рованном состоянии, не вполне понятно, зачем ных мышечных волокон, разрушение компонен для повышения белковой деградации в мышцах тов Z-дисков. Кроме того, токсическое действие необходим его избыточный синтез. Можно веществ на тканевом уровне часто сопровожда предположить, что «дополнительный» кальпаин ется явлением цитотоксичности, связанном с ги нарушает нормальную регуляцию активности белью клеток путем некроза или апоптоза, а в этих ферментов. И кальпаины, и протеасома этих процессах кальпаины также играют ключе присутствуют в скелетных мышцах в больших вую роль. Последующие этапы деградации бел количествах (Ordway et al., 2000), следователь- ков, изолированных кальпаинами из структуры но, для усиления протеолитических процессов миофибрилл, до пептидов и аминокислот проте не обязательно повышение их синтеза, доста- кают при участии протеасомы и лизосомальных точны лишь изменения в регуляции активности катепсинов и, следовательно, зависят от эффек этих двух протеолитических систем. тивности ферментов убиквитинилирования и Характерным примером описанного феномена скорости везикулообразования.

является патология мышечной ткани, обнаружен ная у русского осетра (Acipenser gueldenstaedti) Исследование выполнено при финансовой при развитии заболевания, вспышка которого на- поддержке РФФИ (гранты № № 08-04-01140, блюдалась в волжско-каспийском бассейне в 1987 09-04-90733), Президента РФ НШ-306.2008.4 и году. Поражение рыб субтоксическими дозами НШ-3731.2010.4 и проекта Программы Прези промышленных загрязнителей индуцировало рас- диума РАН «Биологическое разнообразие».

Литература Бондарева Л. А. Са2+-активируемые протеолити- ткани (кумулятивный политоксикоз). Отв. ред. Лукь ческие ферменты у рыб и водных беспозвоночных // яненко В. И. Рыбинск: Ин-т биологии внутр. вод АН Вестник молодых ученых. Сер. Науки о жизни. 2002. СССР, 1990. 262 с.

Т. 4. № 1. С. 52–57. Attaix D., Ventadour S., Codran A., Bechet D., Дин Р. Процессы распада в клетке. М.: Мир, 1981. Taillandier D., Combaret L. The ubiquitin-proteasome 120 с. system and skeletal muscle wasting // Essays Biochem.

Немова Н. Н. Внутриклеточные протеолитиче- 2005. V. 41. P. 173–186.

ские ферменты у рыб. Петрозаводск: Карельский на- Dayton W.R., Goll D.E., Stromer M.H., Reville W.J., Zeece M.G., Robson R.M. Some properties of a Ca2+ учный центр РАН, 1996. 104 с.

Немова Н. Н., Сидоров В. С., Григорьева Л. И., activated protease that may be involved in myofibrillar Валуева Т. А., Мосолов В. В., Кяйвяряйнен Е. И., protein turnover. In: Proteases and Biological Control, ed.

Лукьяненко В. И. Внутриклеточные протеиназы в by Reich E., Rifkin D.B., Shaw E. Cold Spring Harbor, органах русского осетра Acipenser gueldenstaedti при NY: Cold Spring Harbor Lab., 1975. Р. 551–577.

расслоении мышц // Вопр. ихтиологии. 1992. Т. 32. Goll D.E, Thompson VF, Li H, Wei W, Cong J. The № 5. С. 57–62. calpain system // Physiol. Rev. 2003. V. 83. N 3. P. 731–801.

Физиолого-биохимический статус волго-каспий- Goll D.E., Dayton W.R., Singh I., Robson R.M.

ских осетровых в норме и при расслоении мышечной Studies of the -actinin/actin interaction in the Z-disk by using calpain // J. Biol. Chem. 1991. V. 266. P. 8501– activated neutral protease in UMX 7.1 hamster 8510. dystrophy // Muscle Nerve. 1991. V. 14. P. 701–708.

Hershko A., Ciechanover A. The ubiquitin system // Ordway G.A., Neufer P.D., Chin E.R., DeMartino Annu. Rev. Biochem. 1998. V. 67. Р. 425–479, G.N. Chronic contractile activity upregulates the Nakamura M., Imajoh-Ohmi S., Suzuki K., proteosome system in rabbit skeletal muscle // J. Appl.

Kawashima S. An endogenous inhibitor of calcium- Physiol. 2000. V. 88. P. 1134–1141.

ROLE OF INTRACELLULAR PROTEASES IN MUSCLE TISSUE DAMAGE IN FISH L.A. Lysenko, E.I. Kaivarainen,, М. Ю. Крупнова, Н. Н. Немова Institute of Biology, Karelian Research Centre, Russian Academy of Sciences, Petrozavodsk, Russia, e-mail: l-lysenko@yandex.ru necrosis or apoptosis, and it is known that calpains It was shown that calpains are key regulators of are mediated both processes. The subsequent stages protein degradation in normal and damaged of degradation of the proteins isolated from muscular tissue according to the composition of myofibrils by calpains up to peptides and amino proteolytic products of individual muscular fibers acids proceed at participation of proteasome and and destruction of Z-disc components. Furthermore lysosomal cathepsins and, hence, depend on the effect of toxic substances at tissue level is often efficiency of ubiquitinilating enzymes and vesicle accompanied by the phenomenon of the formation rates.

cytotoxicity, related with cell death either by СОДЕРЖАНИЕ ИОНОВ НАТРИЯ, КАЛИЯ, КАЛЬЦИЯ, МАГНИЯ В ПОЗВОНКАХ И ЧЕШУЕ ПЛОТВЫ RUTILUS RUTILUS L.

В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ЗРЕЛОСТИ ГОНАД А. С. Маврин, В. И. Мартемьянов Учреждение Российской академии наук Институт биологии внутренних вод им. И. Д. Папанина РАН, пос. Борок, Ярославская обл., Россия, e-mail: mavr_as@mail.ru полифункциональной, диагностической и регист Введение рирующей структурой (Бурдак, 1979;

Мина, Кле Катионы – натрий, калий, кальций, магний со- везаль, 1970;

Дгебуадзе, Чернова, 2009). На шири вместно с анионами – хлором, сульфатом и гидро- не межсклеритных и межкольцевых зон роста че карбонатом являются основными компонентами шуи отражаются, как внешние условия жизни (Ла минерального состава природных вод. Они входят пин, 1965;

Ваганов, 1978;

Касьянов, Сметанин, в состав различных органов и тканей животных и 1981;

Бугаев, 1986), так и физиологические пере растений, выполняя различные функции. стройки, вызванные нерестом (Замахаев, 1940;

Одним из наиболее важных биоэлементов явля- Menon, 1953;

Garrod, Newell, 1958;

Чугунова, ется кальций. У высших и низших позвоночных 1959;

Липская, Овен, 1970). В связи с этим, обра кальций участвует в формировании костного ске- зование широких и узких межкольцевых зон на лета растущего организма. Он входит в состав ос- чешуе может быть использовано для понимания новного минерального компонента костной ткани – закономерностей индивидуального развития и по оксиапатита (Касавина, Торбенко, 1979). Заключи- лового созревания рыб.

тельный этап полового созревания – вителлогенез, В процессе роста и полового созревания орга в процессе которого происходит синтез, и накопле- низм нуждается в поступлении различных элемен ние желтка в ооцитах, происходит при участии тов, включая ионы, из внешней среды. Поступле кальция (Follet e.a., 1968). ние необходимых биоэлементов в растущий орга Скелетное и половое развитие тесно взаимосвя- низм наземных животных происходит двумя путя заны. Наступление половой зрелости находится в ми – с пищей и водой. У рыб поступление ионов прямой зависимости от зрелости костной ткани, осуществляется в основном из воды через жабры определяемое ее минеральной плотностью (МПКТ) (Krogh, 1939, Fleming, 1968;

Simkiss, 1973;

Вино (Хрисанфова, Перевозчиков, 2002). градов, 2000).

Непрерывность существования различных ви- Ранее было показано, что внешние условия дов живых организмов зависит от состояния их влияют на рост, время достижения половой зрело среды обитания и успеха воспроизводства. Изуче- сти (Берг, 1937;

Дмитриева, 1957;

Кошелев, 1971) ние закономерностей полового созревания рыб и и ионный обмен между организмом рыб и водой реализации их различных жизненных стратегий (Виноградов, 2000). Между этими тремя инте связано со знанием процессов ионной регуляции у гральными показателями существует взаимная гидробионтов (Виноградов, 2000) и периодизаци- связь. Изменения ионного обмена влияют на со ей индивидуального развития рыб (Шатуновский, держание электролитов в различных тканях орга 1998, 2001). низма. В. В. Русановым (1979) была показана Для изучения индивидуального развития рыб связь между внешними гидрохимическими усло используют прямое наблюдение, а также ретро- виями и содержанием ионов в костях и чешуе спективное восстановление картины роста рыб за ювенильных рыб.

прошедший период времени с применением раз- Остается неизвестным: имеется ли какая-ли личных регистрирующих структур. В обобщаю- бо взаимосвязь между зрелостью гонад и содер щих работах отмечается что, чешуя рыб является жанием ионов в скелете и чешуе рыб?

щих нерест. Самки второй группы – на впервые Цель работы: Определить содержание ионов созревших и повторно созревших.

натрия, калия, кальция, магния в позвонках и чешуе у самок и самцов плотвы (Rutilus Позвонки для определения содержания ио rutilus L.) в зависимости от зрелости гонад в нов брали из туловищного отдела позвоночника, преднерестовый период. чешую – в первом и втором рядах над боковой линией посредине тела.

Материал и методы Определение ионов в чешуе и позвонках прово дили методом пламенной спектрофотометрии. Для Материалом для работы послужила плотва, этого чешую и позвонки средней массой около пойманная в реке Ильдь (Некоузский район мг растворяли в концентрированной азотной ки Ярославской области) в период с 9 марта по 3 слоте. Затем в каждую пробу добавляли дистилли апреля 2009 года. рованную воду с таким расчетом, чтобы получа У каждой особи измеряли длину тела от начала лось разведение в 200 раз. Концентрация ионов в головы до конца чешуйного покрова с помощью чешуе и позвонках выражали в ммоль/кг сырой штангенциркуля (точность 0,1 мм) и массу тела с массы ткани. Связь между содержанием ионов в помощью весов ВЛКТ-500 (точность 0,01 г). Оп- позвонках и чешуе определяли с помощью коэф ределяли пол и стадию зрелости гонад. Всего бы- фициента ранговой корреляции Спирмена (r).

ло исследовано 25 самок и 13 самцов. Статистическая обработка данных проведена Чешую для определения ширины межкольце- с помощью прикладных программ Microsoft вых зон брали в первом ряду над боковой лини- Office Excel 2003, Quattro Pro 5.0, Statistica 6. ей в количестве 3-х штук с одной рыбы, фикси- Результаты представлены в виде средних и их ровали между двумя предметными стеклами и ошибок (X ± m), оценка достоверности проведе фотографировали с помощью цифровой фотока- на для уровня вероятности P=0,05 по U-крите меры Canon PS A720 IS через стереомикроскоп рию Манна-Уитни.

Technival Carl Zeiss. Обработка фотоматериалов для выделения колец на чешуе была проведена в Результаты и обсуждение графическом редакторе iPhoto plus v.1.1c. Гра В результате проведенной биологической фически выделяли только те кольца, которые дифференцировки собранного материала было прослеживались по всей окружности и имели выделено 4 группы самок плотвы. Для каждой при этом участки с выклинивающимися, разру группы рыб были определены средние значения шенными и слившимися склеритами в примы длины и массы тела. В таблице представлены кающей к кольцу зоне роста. Эти кольца явля средние значения размерно-массовых характе ются границами зон роста чешуи. Для контроль ристик самок и самцов плотвы.

ного определения колец использовали световой стереомикроскоп, поскольку при изменении на Самки Длина тела, см Масса тела, г n правления подсветки, в результате преломления Ювенильные 11,3 ± 0,2 24,0 ± 1,5 света проходящего сквозь чешую, увеличива- Впервые созревшие 10,7 ± 0,2 20,3 ± 1,7 лась четкость их отображения. Всего исследова- Пропускающие нерест 11,3 ± 0,3 24,9 ± 1,9 но и проанализировано 75 фотоснимков чешуи. Повторно созревшие 12,1 ± 0,3 30,7 ± 2,4 Для снижения разнокачественности перед ста- Самцы Длина тела, см Масса, г n тистической обработкой была проведена биоло- Ювенильные 9,8 ± 0,63 15,6 ± 2,6 гическая дифференцировка собранного материа- Половозрелые 10,2 ± 0,2 20,4 ± 1,6 ла. Самки и самцы плотвы были разделены по зрелости гонад на 2 группы: незрелые – ювениль- По размерно-массовым характеристикам юве ные с гонадами во II стадии зрелости и зрелые – нильные, впервые созревшие и пропускающие не находящиеся в репродуктивном состоянии с го- рест достоверно не отличались. Повторно созрев надами в IV стадии зрелости. Далее, на основе шие самки имели длину и массу тела больше, чем сопоставления размеров краевых и внутренних самки других групп. Ювенильные и зрелые самцы межкольцевых зон роста чешуи на полученных не имели достоверных различий по длине тела.

фотоснимках, и выбора наиболее типичного их Графическая обработка чешуйного фотомате расположения, учитывая эколого-физиологиче- риала позволила установить некоторые общие за ские подходы к периодизации онтогенеза рыб кономерности расположения колец на чешуе (Шатуновский, 1998, 2001), самки первой группы плотвы из разных групп и представить их в виде были разделены на ювенильных и пропускаю- обобщенных схематических данных на рисунке 1.

Рис. 1. Расположение колец на чешуе самок плотвы.

а – ювенильные, б – впервые созревшие, в – пропускающие нерест, г – повторно созревшие На чешуе ювенильной плотвы сформирова- достижения половой зрелости у большинства ны три широких межкольцевых зоны, которые исследованных видов рыб снижается скорость свидетельствуют об интенсивном соматиче- линейного роста (Васнецов, 1934;


Никольский, ском росте (рис. 1а). В период ювенильного 1965).

развития процессы дифференцировки и пер- Наиболее характерным отражением периода вичного роста половых клеток, не связаны со полового состояния на чешуе, является появле значительными затратами пластических и ние второй, третьей и следующих узких меж энергетических веществ. В это время с физио- кольцевых зон роста (рис. 1г). Начало этого пе логической и биохимической точки зрения риода связано с участием особей в процессе вос они не оказывают определяющего воздейст- производства популяции. Процессы, протекаю вия на обмен веществ (Шатуновский, 1998, щие в это время в организме, связаны со значи 2001). тельными тратами пластических и энергетиче Чешуя впервые созревших самок имеет такие ских веществ на генеративный обмен и сомати же три широких зоны роста, как у ювенильных ческий рост (Шатуновский, 1998, 2001). При и одну узкую краевую зону (рис. 1б). Это объяс- росты длины тела в этот период, как правило, няется тем, что в период достижения половой меньше, чем в ювенильный. Однако в некото зрелости происходит быстрое развитие и рост рых случаях, когда рыбы пропускают нерест, половых клеток. Генеративный обмен требует наблюдается увеличение размера краевых зон расхода значительной части ресурсов организ- роста чешуи (рис. 1в) и длины тела рыб. Оче ма, тормозит процессы соматического роста видно, это происходит в результате того, что по (Шатуновский, 1998, 2001). Известно, что в год сле последнего нереста в организме происходит Исследования содержания ионов в тканях уменьшение общих ресурсов до значений ниже выделенных четырех групп самок и самцов в минимальных, снижаются пластические и энер преднерестовый период показали, что по срав гетические траты на генеративный обмен. У та нению с чешуей, наиболее значимые различия ких самок плотвы гонады находятся во 2 стадии наблюдались в позвонках (рис. 2).

зрелости.

Рис. 2. Содержание катионов в чешуе и позвонках плотвы в преднерестовый период.

Самки плотвы: а – ювенильные, б – впервые созревшие, в – пропускающие нерест, г – повторно созревшие.

Самцы плотвы: д – ювенильные, е – созревшие.

ммоль/кг, Mg – 13–35 ммоль/кг сырой массы кост Для позвонков характерна меньшая вариабель ной ткани. Содержание одновалентных ионов в по ность содержания кальция и магния по сравнению с чешуей. Такая же закономерность была установ- звонках было выше (рис. 2 а,б,в,г,д,е – справа), чем лена по кальцию в работе В. В. Русанова (1979) для в чешуе: натрия в 1,2–1,3 раза, калия в 2,2–2,5 раза сеголеток и двухлеток карпа. Содержание двухва- (рис. 2 а,б,в,г,д,е – слева). Содержание кальция в лентных ионов в позвонках и чешуе исследован- чешуе зрелых самок и самцов (рис. 2 б,г,е – слева) ных рыб изменялось в пределах Ca – 450–1200 было больше, чем в чешуе не зрелых (рис. 2 а,г,д – слева). В позвонках рыб наблюдалась та же тенден- кольцевых зон роста на чешуе, позволила устано ция за исключением самцов. Содержание кальция в вить связь между рисунком на чешуе и зрелостью позвонках ювенильных самцов было больше, чем у гонад. Благодаря этому было выделено 4 группы половозрелых (рис. 2 д,е – справа). рыб, отличающихся зрелостью гонад: ювениль Проведенный сравнительный анализ содер- ные, впервые созревшие, пропускающие нерест и жания кальция в позвонках и чешуе повторно повторно созревшие самки плотвы. Во всех выде созревших самок выявил их сильную положи- ленных нами группах данные по размерам меж тельную корреляционную связь r=0,81. Анало- кольцевых зон роста хорошо согласуются с теоре гичная связь наблюдалась у ювенильных самок тическими данными М. И. Шатуновского (1998, 2001) по эколого-физиологическим характеристи плотвы в чешуе между содержанием Mg и Na кам рыб в разные периоды онтогенеза.

(r=0,96), Mg и Ca (r=0,79). Следует отметить, Сравнение этих групп по содержанию ионов что у пропускающих нерест самок плотвы на в позвонках и чешуе в преднерестовый период блюдалась сильная отрицательная связь между показало, что созрели те самки, в позвонках ко содержанием Ca и Mg в позвонках r=-0,93, K и Na в чешуе r=-0,94. У повторно созревших са- торых кальция накопилось не менее мок плотвы в чешуе установлена сильная поло- ммоль/кг, натрия – 50 ммоль/кг, калия – жительная связь между содержанием Mg – Na ммоль/кг, магния – 14 ммоль/кг сырой массы (r=-0,72) и Mg – K (r=-0,81). костной ткани. У самцов в процессе созревания Содержание натрия в позвонках самок про- концентрация кальция в позвонках снизилась до 710±77 ммоль/кг, натрия – 64±3 ммоль/кг, маг пускающих нерест (рис 2 в) было достоверно ния – 19±2 ммоль/кг, а калия увеличилась до меньше, а у повторно нерестящихся – больше 37±3 ммоль/кг сырой массы костной ткани.

(рис 2 г), чем у всех других групп.

Концентрация калия в позвонках ювениль- Корреляционный анализ между содержанием ных самок было больше, чем у впервые и по- ионов кальция в позвонках и чешуе повторно вторно созревших (рис 2 а,б,г). Обратная зави- созревших самок показал тесную положитель симость наблюдалась у самцов (рис 2 д,е). ную связь. Ионы кальция и магния в чешуе юве В позвонках впервые и повторно созревших нильных рыб связаны сильной положительной зависимостью, в то время как в позвонках рыб самок (рис 2 а,б) содержание кальция было пропускающих нерест эта связь отрицательная.

больше, чем у ювенильных и пропускающих не Содержание ионов калия в чешуе повторно со рест (рис 2 в,г). Мы полагаем, что повышенный уровень кальция в позвонках зрелых самок сви- зревших рыб положительно коррелирует с со детельствует о более высокой способности орга- держанием ионов натрия. Это свидетельствует низма поглощать эти ионы из воды и возможно об их связи в ионных обменных процессах. Оба из пищи. Содержание кальция в позвонках юве- эти иона участвуют в регуляции активности раз личных ферментов. Обратная зависимость на нильных самцов было выше, чем у половозре блюдается у самок пропускающих нерест. Со лых. Возможно, что в процессе их созревания держание натрия в позвонках этих рыб низкое происходит мобилизация кальция из позвонков.

по сравнению с содержанием у ювенильных и По содержанию магния в чешуе и позвонках у всех исследованных групп рыб достоверных созревших и составляет 47,0±2,3 ммоль/кг сы отличий обнаружено не было, однако прослежи- рой массы костной ткани. Вероятно, изменения валась тенденция аналогичная изменениям в со- в соотношении ионов в костных структурах у держании кальция. самок пропускающих нерест свидетельствуют о дисбалансе основных ионов и нарушении про Заключение цессов ионной регуляции.

Выражаем большую благодарность органи Биологическая дифференцировка собранного заторам за великолепную подготовку и проведе материала, проведенная на основе изучения зако ние конференции.

номерностей чередования широких и узких меж Литература Берг Л. С. 1937. Новые данные по биологии лосо- Бугаев В. Ф. 1986. О дополнительных зонах на ся (Salmo salar). // Успехи соврем. биол., Т. 6. Вып. 1. чешуе и особенностях линейного роста молоди C. 5–19. нерки Oncorhynchus nerka (Walbaum) в бассейне реки Камчатка. // Вопр. ихтиол. Т. 26. Вып. 1. Мина М. В., Клевезаль Г. А. 1970. Принципы ис С. 87–93. следования регистрирующих структур. // Успехи Бурдак В. Д. 1979. Функциональная морфология совр. биол. Т. 70. № 3(6). С. 68–115.

чешуйного покрова рыб. Киев: Наукова думка. 164 c. Никольский Г. В. 1965. Теория динамики стада Ваганов Е. А. 1978. Склеритограммы как метод рыб. М., «Наука». 382 с.

анализа сезонного роста рыб. Новосибирск: Наука, Русанов В. В. 1979. Влияние различных гидрохи Сиб. отделение. 135 c. мических условий на содержание кальция в костях и чешуе сеголетков и двухлетков карпа. // Совр. вопр.

Васнецов В. В. 1934. Опыт сравнительного анали экол. физиол. рыб. С. 102–105.

за линейного роста семейства карповых. // Зоол.

Хрисанфова Е. Н., Перевозчиков И. В. 2002. Ан журн. Т. 13. № 3. С. 540–584.

Виноградов Г. А. 2000. Процессы ионной регуля- тропология: Учебник. 3-е изд. М.: Изд-во МГУ: Изд ции у пресноводных рыб и беспозвоночных. Наука. во «Высшая школа». 267 с.

216 с. Чугунова Н. И. 1959. Руководство по изучению Дгебуадзе Ю. Ю., Чернова О. Ф. 2009. Чешуя кос- возраста и роста рыб. 164 c.

тистых рыб как диагностическая и регистрирующая Шатуновский М. И. 1998. Эколого-физиологиче структура. 315 с. ские подходы к периодизации онтогенеза. // Возрас тная и экологическая физиология рыб. Тез. докл.

Дмитриева Е. Н. 1957. Морфоэкологический ана С. 107–108.

лиз двух видов карася. // Труды Ин-та морф. живот Шатуновский М. И. 2001. Эколого-физиологиче ных АН СССР. № 16. C. 102–170.

ские подходы к периодизации онтогенеза рыб. // Замахаев Д. Ф. 1940. Нерестовые марки на чешуе каспийских сельдей. // Материалы по биологии сель- Экологические проблемы онтогенеза рыб: физиоло дей северного Каспия Тр. ВНИРО. Т. 14. С. 3–20. го-биохимические аспекты. С. 13–19.

Касавина Б. С., Торбенко В. П. Жизнь костной Fleming W.R. 1968. Electrolyte metabolism of ткани. 2-е изд. 1979. М.: Наука. 176 с. teleost including calcified tissues. // Cemical Zoology.

Касьянов А. Н., Сметанин М. М. 1981. К анализу V. 8.

склеритных рядов чешуи судака Рыбинского водо- Follet B. K., Nicholls T. J., Redshaw M. R., 1968.

хранилища. // Биол. внутр. вод: Инф. бюлл. № 49. The vitellogenic response in the South African clawed С. 65–68. toad (Xenopus laevia Daudin). J. Cell Physiol., 72, Кошелев Б. В. 1971. Некоторые закономерности suppl., 91–102.

роста и времени наступления первого икрометания у Garrod D.J., Newell B.S. 1958. Ring formation in рыб. // Закономерности роста и созревания рыб. Tilapia esculenta. // Nature. V. 181. P. 1411–1422.

С. 186–218. Krogh, A. 1939. Osmotic Regulation in Aquatic Лапин Ю.Е. 1965. О сезонном росте рыб и неко- Animals. Cambridge University Press. pp. 242.

торых особенностях роста чешуи. // Теоретические Menon N. 1953. The determination of age and основы рыбоводства. С. 215–219. growthof fishes of tropical and subtropical waters. // J.


Липская И. Я., Овен Л. С. 1970. К вопросу о при- Bombay Nat. Hist. Soc. V. 51. N 3. P. 13.

чинах периодичности роста рыб в тропической зоне Simkiss K. 1973. Calcium metabolism of fish in океана. // Биология моря. № 31. С. 236–245. relation to ageing. // The ageing of fish: Proceedings of an Int. Symp., 19–20 July, 1974. P. 1–12.

THE CONTENT OF NATRIUM, POTASSIUM, CALCIUM, MAGNESIUM IN VERTEBRAS AND SCALES OF ROACH RUTILUS RUTILUS L. DEPENDING ON GONAD MATURITY A.S. Mavrin, V.I. Martemyanov I.D. Papanin Institute for Biology of Inland Waters, RAS, Borok, Russia, e-mail: mavr_as@mail.ru impuberal ones. The reverse dependence was found As a result of the studies it is shown that the in males. The content of calcium in vertebrae of most notable changes of the studied parameters pubescent females was higher than in impuberal were observed in vertebrae as compared to scales.

females and amounted to 700 mm/kg of wet weight The content of sodium in vertebrae of females of bone tissue. The males demonstrated the reverse missing spawning and spawning a new differed dependence. Differences in the magnesium content significantly from juvenile and pubescent for the in scales and vertebrae of the investigated group of first time fish. The content of potassium in fish were not found.

vertebrae of mature females was less than in ПОРОГОВЫЕ КОНЦЕНТРАЦИИ КАТИОНОВ В ПРЕСНОЙ ВОДЕ НЕОБХОДИМЫЕ ДЛЯ ПОДДЕРЖАНИЯ ИОННОГО БАЛАНСА МЕЖДУ ОРГАНИЗМОМ ГИДРОБИОНТОВ И ВНЕШНЕЙ СРЕДОЙ В. И. Мартемьянов, А. С. Маврин Учреждение Российской академии наук, Институт биологии внутренних вод им. И. Д. Папанина РАН, пос. Борок, Ярославская обл., Россия, e-mail: martem@ibiw.yaroslavl.ru рых потери из организма выше, чем поступле Введение ние, что свидетельствует о неспособности под Минеральный состав воды является важней- держания ионного баланса. Этот способ являет шим экологическим фактором, который сущест- ся очень трудоемким, из-за чего применяется венно влияет на ареал, развитие, рост, устойчи- редко. Полученные данные по пороговым кон вость и физиологические процессы гидробио- центрациям носят фрагментарный характер и нтов. Уменьшение минерализации воды сопро- имеют отношение к моллюскам (Виноградов и вождается увеличением нагрузки на системы др., 1987;

Виноградов, 2000;

Виноградов, Био обеспечения осмотического, ионного и кислот- чино, 2005).

но-щелочного баланса организма. При достиже- Нами (Мартемьянов, 2008) был апробирован нии определенных минимальных концентраций более простой способ по выявлению предельно того или иного электролита в воде, способность низких концентраций натрия, калия, кальция, к поддержанию ионного гомеостаза нарушается. магния во внешней среде необходимых для Вследствие этого границы ареала вида в низко поддержания жизнедеятельности Dreissena минерализованных водоемах определяются пре- polymorpha Pallas. Метод основан на содержа дельно низкими (пороговыми) концентрациями нии организмов в дистиллированной воде и от различных ионов во внешней среде при которых бора проб воды во времени из эксперименталь возможно поддержание ионного баланса между ных емкостей для определения концентрации организмом и средой. ионов. Целью настоящего исследования явилось Метод определения пороговых концентраций определение пороговых значений содержания основан на измерении кинетических характери- ионов натрия, калия, кальция, магния в пресной стик трех параметров: скорости потери ионов из воде, необходимых для поддержания ионного организма во внешнюю среду, скорости их ак- баланса между организмом плотвы и внешней тивного транспорта из среды в организм и чис- средой.

того (результирующего) потока, представляю щего разность между потерями и активным Материал и методика транспортом. При реализации используемого Плотву Rutilus rutilus L. массой 50–100 г, от способа, гидробионты вначале акклимируются к лавливали неводом в устье р. Шуморовка в ок широкому ряду различных концентраций изу тябре 2008 г. Пробы крови на анализ брали сра чаемых ионов. После этого животных переме зу после кратковременной (не более 10 мин) по щают на непродолжительное время (15–30 мин) имки, когда исследуемые показатели еще не ус вначале в дистиллированную, а затем пресную певают существенно измениться из-за стресса, воду. По изменению содержания электролитов в вызванного отловом (Мартемьянов, 1982). Из экспериментальных средах рассчитывают ско одного притонения невода отбирали не более рость потери ионов из гидробионтов в дистил рыб. При увеличении количества рыб и времени лированную воду и скорость их активного отбора проб проявляется стресс и содержание транспорта организмом из пресной воды. Нахо катионов в плазме и тканях особей заметно ме дят такие концентрации ионов в воде, при кото От 10 рыб взяли пробы крови и 10 особей няется во времени. Обработка проб и аналити употребили в экспериментах с дистиллирован ческие процедуры описаны нами ранее (Мар ной водой.

темьянов, 1992).

Другая часть улова доставлялась в лабора Результаты исследования торию. Рыбы помещались в аквариумы и в те чение 10 сут акклимировались к лаборатор ным условиям. После акклимации, индивиду- Данные по содержанию катионов в речной альные особи отлавливались, промывались в воде и плазме крови плотвы, отловленной в при дистиллированной воде. Затем помещались в родных условиях, представлены на рис. 1 (пра отдельные аквариумы, наполненные по 10 л вая часть). Сравнение показывает, что концен дистиллированной воды. Свежая дистиллиро- трация ионов натрия и калия в плазме крови рыб была существенно выше, чем в среде, тогда ванная вода имеет кислую реакцию. Снятие как различия для кальция и магния были не кислотности осуществляли за счет пропуска ния через воду воздуха в течение 2–3 суток до большими.

посадки рыб. Подачу воздуха продолжали в После помещения рыб в дистиллированную дальнейшем в ходе всего эксперимента. Перед воду, в начальный период наблюдалось посте посадкой рыб в экспериментальные емкости, пенное повышение концентрации ионов в воде каждая особь вначале промывалась в пределах (рис. 2), свидетельствуя об их утечке из орга 1 мин в дистиллированной воде и затем поме- низма. При этом скорость потери ионов натрия щалась в индивидуальный аквариум. Сразу была наиболее высокой, составляя 1,72±0, после помещения рыб в индивидуальные ем- мг/100 г сырой массы час. Ионы калия и каль кости, из них с определенными интервалами ция терялись из организма, соответственно, со времени отбирались пробы воды для анализа в скоростью 0,44±0,07 и 0,79±0,46 мг/100 г сырой ней содержания ионов натрия, калия, кальция, массы час. Утечка ионов магния из организма магния методом пламенной спектрофотомет- плотвы составляла очень малую величину рии. 0,07±0,03 мг/100 г сырой массы час.

Рис. 1. Концентрация катионов в плазме крови плотвы, в речной воде и при пороговых значениях / 1, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0 4 1 2 3 4 5 6 Рис. 2. Динамика содержания катионов в среде после посадки рыб в дистиллированную воду л из 10 л) на дистиллированную воду. Это пре На 5–7 сутки эксперимента содержание ка дотвращало чрезмерное накопление продуктов тионов в воде стабилизировалось на определен ных уровнях, указывая на достижение ионного обмена в среде. В этих случаях, всякий раз через баланса между организмом и средой. То есть, 1 сутки, содержание ионов в воде вновь дости скорости потерь ионов из организма и их обрат- гало исходных значений, которые наблюдались ный транспорт были уравновешены между со- до разбавления среды.

бой, в результате чего содержание электролитов Верхние и нижние границы диапазонов поро в воде имело стабильные значения. По отноше- говых концентраций ионов в среде, зарегистри нию к рыбам из природы (рис. 1, правая часть), рованные в двух экспериментах, несколько сме щены относительно друг друга. Возможно, это у животных при пороговых концентрациях отражает разное физиологическое состояние (рис. 1, левая часть), градиенты ионов между внутренней и внешней средой возросли для на- рыб, обусловленное сезонами года.

трия, калия, кальция, магния, соответственно, в Уменьшение минерализации воды до порого 14,4, 4,8, 74,6, 110 раз. вых значений сопровождается существенным увеличением градиентов ионов между внутрен Обсуждение результатов ней и внешней средой рыб (рис. 1). Так, по от ношению к природным значениям (рис. 1, пра После помещения рыб в дистиллированную вая часть), при пороговых концентрациях воду, в течение первых 5 суток наблюдалось по- (рис. 1, левая часть), градиенты ионов между степенное повышение с определенными скоро- внутренней и внешней средой рыб существенно стями концентрации различных ионов в воде возросли. Эта ситуация усиливает нагрузку на (рис. 2), свидетельствуя об утечке электролитов системы обеспечения осмотического, ионного и из организма рыб. В дальнейшем, содержание кислотно-щелочного баланса организма, требуя катионов в воде стабилизировалось на опреде- на это дополнительных энергетических затрат.

ленных уровнях, указывая на достижение ион- На основе этого можно предполагать, что с ного баланса между организмом и средой. Ско- уменьшением минерализации воды темп роста рости потерь ионов из организма и их обратный плотвы будет снижаться.

транспорт были уравновешены между собой. По сравнению с содержанием ионов в речной Эти минимальные концентрации ионов в воде, воде (рис. 1, правая часть), пороговые концен при которых достигается ионный баланс между трации (рис. 1, левая часть) ниже в среднем в организмом и средой, являются пороговыми 14,8, 2,5, 151,3, 186 раз, соответственно, для на (предельными) для выживания плотвы. При со- трия, калия, кальция, магния. Видно, что наи держании электролитов в воде ниже пороговых, меньшие различия между содержанием ионов в рыбы погибнут вследствие обессоливания орга- речной воде и пороговыми концентрациями на низма. блюдаются для ионов калия. Это показывает, Пороговые концентрации того или иного ио- что в природных условиях лимитирующим фак на в воде для какого-либо вида представляют в тором для плотвы является содержание калия в виде среднего значения (Виноградов и др., 1987;

воде.

Виноградов, 2000;

Виноградов, Биочино, 2005). В летний сезон в реках, озерах, водохранили Эксперименты показывают, что на самом деле щах, сильно заросших сине-зелеными водорос имеются индивидуальные различия в пороговых лями, наблюдаются заморы рыбы. Это связыва значениях содержания ионов в среде. Мы пред- ют с недостатком кислорода. Следует отметить, лагаем выражать пороговые концентрации в ви- что в период массового развития водоросли по де диапазонов (рис. 2, отмечены горизонтальны- требляют из воды большие количества ионов ми линиями относительно оси абсцисс), кото- калия. В результате концентрация этого элемен рые регистрировались в стабильный период на та в воде может достигать критического уровня 5–7 сутки опытов. для рыб, усугубляя их состояние.

Увеличение продолжительности эксперимен- Данных по пороговым концентрациям ионов тов до 14 суток оказалось нецелесообразным из- во внешней среде для других видов гидробио за накопления метаболитов в воде. Продукты нтов очень мало (табл.). Сравнительный анализ жизнедеятельности рыб оказывали негативное показывает, что способность извлекать ионы на влияние на физиологическое состояние организ- трия, кальция и магния из внешней среды у ма. В ряде аквариумов, спустя 7 суток, мы еже- плотвы намного выше, чем у двустворчатых дневно в течение недели заменяли часть воды (2 моллюсков дрейссены и шаровки Sphaerium 4,6, 5 раза, чем у шаровки. Способность погло suecicum West. Пороговая концентрация ионов щать ионы магния из внешней среды у плотвы в натрия и кальция в воде для плотвы ниже, соот 2,4 раза выше, чем у дрейссены.

ветственно, в 3,3, 27,5, раза, чем у дрейссены и в Пороговые концентрации катионов в среде для различных видов гидробионтов Пороговые концентрации катионов в среде, мг/л Вид Ссылка Натрий Калий Кальций Магний Плотва 0,3–0,7 0,8–1,2 0,2–0,6 0,05–0,15 Настоящие данные Дрейссена 1,63 0,06 11 0,24 Мартемьянов, Шаровка 2,3 0,19 2 – Виноградов и др., Плотва хуже моллюсков извлекает из воды 2. Минимальные концентрации катионов во ионы калия. Пороговая концентрация ионов ка- внешней среде, при которых транспортные сис лия в воде для плотвы в 16,7 и 5,3 раза больше, темы плотвы способны извлекать ионы для чем для дрейссены и шаровки. обеспечения нормальной жизнедеятельности ор ганизма, составляют, соответственно, для на Выводы трия, калия, кальция, магния 0,52–0,72;

0,76– 0,98;

0,32–0,60;

0,09–0,14 мг/л. При более низ 1. Пресноводные гидробионты обладают ких уровнях ионов в воде у плотвы преобладают структурами и системами, которые позволяют им потери электролитов из организма, компенсация эффективно поглощать различные ионы из внеш которых возможна только за счет потребления с ней среды для поддержания осмотического, ион пищей.

ного и кислотно-щелочного баланса организма.

Литература Виноградов Г. А. Процессы ионной регуляции у пре- следованиях рыб // Оценка погрешностей методов сноводных рыб и беспозвоночных. М.: Наука, 2000. 216 с. гидробиологических и ихтиологических исследова Виноградов Г. А., Биочино Г. И. Физиологические ний. Рыбинск, 1982. С. 124–134.

особенности моллюсков Dreissena polymorpha (Pall.) и Мартемьянов В. И. Содержание катионов в плаз ме, эритроцитах и мышечной ткани рыб Волжского Dreissena bugensis (Andr.), обитающих в Рыбинском во плеса Рыбинского водохранилища // Журнал эволю дохранилище // Биол. внутр. вод. 2005. № 3. С. 74–78.

ционной биохимии и физиологии. 1992. Т. 28. № 5.

Виноградов Г. А., Клерман А. К., Комов В. Т.

С. 576–581.

Особенности ионного обмена пресноводных моллю сков в условиях высокой концентрации ионов водо- Мартемьянов В. И. Роль систем ионного транс рода и низкой минерализации внешней среды // Эко- порта в распространении дрейссены // Дрейссениды:

логия. 1987. № 3. С. 81-84. эволюция, систематика, экология. Лекции и материа Мартемьянов В. И. Стресс как источник ошибок лы докладов I-ой Международной школы-конферен при эколого-физиологических и биохимических ис- ции. Борок, 2008. С. 93–97.

THRESHOLD CONCENTRATION OF CATION IN WATER NECESSARY FOR MAINTENANCE OF IONIC BALANCE BETWEEN AQUATIC ORGANISMS AND ENVIRONMENT V.I. Martemyanov, A.S. Mavrin I.D. Papanin Institute of Biology of Inland Waters, Russian Academy of Science, Borok, Yaroslavl region, Russia, e-mail: martem@ibiw.yaroslavl.ru The simple method by definition of extremely low the data on threshold concentration of ions of sodium, concentration of sodium, potassium, calcium, potassium, calcium, magnesium in water necessary for magnesium in environment, necessary for maintenance maintenance of ionic balance between organism of three of ability to live of aquatic organisms is offered. Cited species of aquatic organisms and environment.

ГИСТОГЕНЕЗ ГОНАД, КАК ОТВЕТНАЯ РЕАКЦИЯ НА ВОЗДЕЙСТВИЕ АНДРОГЕНАМИ НА ONCORHYNCHUS MYKISS (WALBAUM) И HUSO HUSO Х ACIPENSER RUTHENUS (ГИБРИД БЕСТЕРА (F2) К. В. Метальникова Федеральное государственное унитарное предприятие Всероссийский научно-исследовательский институт рыбного хозяйства и океанографии. (ФГУП ВНИРО), г. Москва. Россия, e-mail: ksenia@vniro.ru Изучали воздействие андрогенов на ревер- ет ответную реакцию образованием вторичных сию вторичных половых признаков у форели, половых признаков самцов у самок, как наибо стальноголового лосося и бестера в разных лее рациональный путь физиологической реа климатических зонах России с 1978 по 1996 гг. лизации отдельных самок при неблагоприят При этом наблюдали высокое содержание ге- ных внешних условиях в ответ на воздействие моглобина в крови и увеличение выживания у аналогами тестостерона.

рыб, Oncorhynchus mykiss (Walbaum) and Huso huso x Acipenser ruthenus (Гибрид F2), по срав- Введение нению с контролем. У экспериментальных рыб Общеизвестно, что для самцов большого ко с увеличением уровня процессов метаболизма личества видов рыб методы криоконсервации происходили изменения в гонадах. Показали, половых продуктов (спермы) разработаны, а для что андрогены вызывают общие процессы из половых продуктов самок, их еще нет. Получив менений в гонадах обработанных рыб: а) уско реверсантов с геномом самок, можно провести ренное развитие ооцитов у генетических самок криоконсервацию спермы, сохраняя геном са по сравнению с контрольными, у Oncorhynchus мок в криоконсервированной сперме реверсан mykiss (Walbaum) and Huso huso x Acipenser тов (Метальникова, Манохина, Ананьев, 1999;

ruthenus (Гибрид F2);

б) дегенеративные изме Метальникова, Ананьев, Анохина, 2000). Схема нения в ооцитах и развитие семенников;

в) получения преимущественно самок широко из нормальное развитие семенников, но пронизан вестна: на первом этапе получаем небольшое ных кровеносными сосудами. Процессы ревер количество реверсантов с использованием ана сии половых признаков у рыб, обработанных логов тестостерона из небольшого количества аналогами тестостерона, продолжаются после обычной молоди, отбираем реверсантов из са окончания обработки их гормонами. Разные ре мок и, на втором этапе, полученных реверсан версанты лососевых в потомстве производят тов скрещиваем с обычными самками. В потом разное количество самок от 60 до 100%. Это за стве получаем преимущественно самок за счет висит от генетических особенностей реверсан гомогаметности самок, которых выращиваем до тов. Зрелых реверсантов скрещивали с обыч созревания по обычной, свойственной данному ными самками прижизненно. Для предсказания виду рыбы, биотехнологии. При этом никакого выхода реверсантов использовали гистологиче вмешательства в геном самок не происходит.

ские методы исследования гонад. Некоторых Количество реверсантов можно ограничить за реверсантов использовали в течение несколь счет высокой оплодотворяющей способности ких лет. Отбирали реверсантов методом визу спермы реверсантов и высокой жизнестойкости альной диагностики при нересте. Потомство самок – потомства реверсантов (самки ХХ х O. mykiss (преимущественно самки) были по самцы (реверсанты) ХХ самки ХХ). (Металь лучены дважды за два года. Потомство не об никова, 1989). В России методы получения ре рабатывали андрогенами. Искусственное вме версантов и интерсексов разрабатывались с шательство в нормальное развитие самок воз 1978 года для лососевых видов рыбы и частично действием андрогенами, возможно, провоциру дуляторов нервных клеток. На более позднем осетровых (бестера и русского осетра) (Металь этапе эволюции они приобрели способность ре никова, 1987, 1989;

Metalnikova, 2008) и с 1980 г. для карповых (Гомельский, 1985) с ис- гулировать секреторную функцию гипофиза.

пользованием андрогенов. Одних и тех же ре- Гипофиз имеет три доли: переднюю (главную), версантов стальноголового лосося и форели ис- промежуточную и заднюю (или нервную), а так пользовали не менее двух нерестовых сезонов же переходную зону (между передней и проме (Метальникова, 1992, 2002;

Метальникова, Го- жуточной долями). У костистых рыб пролактин, лубев, 2000). Изучали различные способы: обра- вырабатываемый в передней доле гипофиза уси ботки гормонами, изменения в динамике и усло- ливает образование разбавленной мочи, что, на виях кормления и содержания, продолжитель- пример, у Fundulus является приспособительной ности выращивания реверсантов до половозре- реакцией при резкой смене морской воды на лости, способах идентификации реверсантов. На пресную. У ганоидов и костистых – аргинин-ва осетровых рыбах нами проводились поисковые зотоцин и изотоцин. Аргинин-вазотоцин – явля экспериментальные разработки (Метальникова, ется примитивным антидиуретическим гормо 1989;



Pages:     | 1 |   ...   | 4 | 5 || 7 | 8 |   ...   | 14 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.