Содержание к диссертации
Введение
2. Обзор литературы 8
2.1. Мелководные бентосные сообщества залива Восток (район и объекты исследования) 8
2.2. Трофическая экология объектов изучения 9
2.2.1. Хитоны ..9
2.2.2. Брюхоногие моллюски 10
2.2.3. Двустворчатые моллюски 11
2.2.4. Морские звезды 12
2.3. Краткие сведения о систематике и биосинтезе жирных кислот (ЖК) 14
2.3.1. Номенклатура ЖК 14
2.3.2. Биосинтез ЖК 16
2.4. Исследование питания морских организмов методом маркерных ЖК 18
2.4.1. Принципы метода маркерных ЖК 18
2.4.2. Маркерные ЖК морских организмов-продуцентов 21
2.4.2.1. ЖК бактерий 21
2.4.2.2. ЖК микроводорослей...22
2.4.2.3. ЖК макроводорослей и трав 26
2.4.3. Состав ЖК организмов-консументов 27
2.4.3.1. ЖК хитонов 27
2.4.3.2. ЖК брюхоногих моллюсков 28
2.4.3.3. ЖК двустворчатых моллюсков 30
2.4.3.4. ЖК морских звезд , 32
2.5. Изучение морских пищевых цепей методом природных соотношений стабильных изотопов 35
3. Материалы и методы 38
3.1. Биологические объекты 38
3.1.1. Отбор проб микропланктона 39
3.1.2. Сбор и предварительная обработка беспозвоночных 40
3.1.3. Анализ содержимого пищеварительного тракта хитонов 40
3.1.4. Кормление мидий М. trossulus монокультурами микроводорослей 41
3.1.5. Культивирование микроводорослей 41
3.1.6. Краткосрочное голодание мидий М. trossulus 41
3.1.7. Долгосрочное голодание мидий С. grayanus 42
3.2. Лабораторное оборудование 42
3.3. Методы обработки липидного материала 43
3.3.1. Экстракция общих липидов 43
3.3.2. Приготовление метиловых эфиров жирных кислот (МЭЖК) 43
3.4. Хроматографические методы 43
3.4.1. Тонкослойная хроматография 43
3.4.3. Газо-жидкостная хроматография МЭЖК 44
3.5. Изотопная масс-спектрометрия 45
3.6. Статистическая обработка результатов 45
4. Результаты и обсуждение 46
4.1. Сезонная динамика структуры сообщества фитопланктона залива Восток 46
4.2. Сезонная динамика состава ЖК фитопланктона залива Восток 47
4.3. Состав ЖК беспозвоночных животных 51
4.3.1. ЖК хитонов 51
4.3.2. ЖК брюхоногих моллюсков 52
4.3.3. ЖК двустворчатых моллюсков 55
43 А. ЖК морских звезд 60
4.4. Закономерности влияния пищевой специализации консументов на состав ЖК и
стабильных изотопов этих организмов 62
4.4.1. Определение пищевого спектра хитонов по содержимому пищевого комка и составу ЖК тканей пищеварительного тракта 62
4.4.2. Зависимость состава ЖК и стабильных изотопов углерода брюхоногих и двустворчатых моллюсков от их пищевой специализации 69
4.4.3. Зависимость состава ЖК морских звезд от пищевой специализации 75
4.4.4. Изменения в составе ЖК моллюска М. trossulus, связанные с питанием монокультурами микроводорослей 77
4.4.5. Влияние голодания на состав ЖК М. trossulus 81
4.4.6. Изменение состава жирных кислот С. grayanus при длительном голодании .82
4.4.7. Применение метода стабильных изотопов для изучения питания беспозвоночных 83
5. Выводы 88
6. Список литературы 89
- Принципы метода маркерных ЖК
- Изучение морских пищевых цепей методом природных соотношений стабильных изотопов
- Сезонная динамика состава ЖК фитопланктона залива Восток
- Определение пищевого спектра хитонов по содержимому пищевого комка и составу ЖК тканей пищеварительного тракта
Введение к работе
Актуальность проблемы. Пищевые взаимоотношения морских организмов и перенос органического вещества по пищевым цепям находятся в центре внимания многих современных исследований. Традиционно состав пищи морских организмов определяют по содержимому пищеварительного тракта животных или их экскрементов. Этот метод основан на идентификации пищи по непереваренным элементам, таким как, например, хитин или скелет жертвы. При этом значительную долю источников пищи, которые не оставляют в пищеварительном тракте крупных твердых остатков (бактерии, многие микроводоросли, желатинообразный зоопланктон и др.) определить весьма проблематично.
В последнее время в исследованиях пищевых взаимоотношений организмов в водных экосистемах, в дополнение к классическим, все шире используют новые методы, основанные на применении биохимических и биогеохимических «маркеров». К маркерам относят компоненты, которые передаются по пищевым цепям от продуцентов к консументам в неизменном виде. Сравнивая содержание маркеров в организмах-продуцентах и консументах, можно судить о вкладе различных источников органического вещества в питание отдельных видов морских организмов.
Одной из главных групп химических веществ во всех морских организмах, являются жирные кислоты (ЖК)1; их состав уникален для большинства видов животных и растений. Особенности биосинтеза ЖК и их транспорта от первичных продуцентов на более высокие трофические уровни заключаются в том, что некоторые из кислот передаются по пищевым цепям без изменений и служат биохимическими маркерами пищи (метод маркерных ЖК). Также, успешно применяется биогеохимический метод, который основан на определении пропорции между природными стабильными изотопами углерода или азота — метод изотопных маркеров. Разные источники первичной продукции в морских экосистемах имеют различный изотопный состав, как углерода, так и азота. Это дает возможность определять источники органического вещества с более низких трофических уровней.
Прибрежные биоценозы Японского моря, отличаются значительным видовым разнообразием и имеют большое значение, как типовые объекты для отработки методов общей оценки экологического состояния участков моря, испытывающих антропогенное
Используемые в работе сокращения АК — арахидоновая кислота, ГЖХ — газо-жидкостная хроматография, ДГК — докозагексаеновая кислота, ЖК — жирные кислоты, МНЖК — мононенасыщенные жирные кислоты; МЭЖК — метиловые эфиры жирных кислот; НЖК — насыщенные жирные кислоты, НЛ — нейтральные липиды, НМРЖК — неметиленразделенные жирные кислоты, ПЛ — полярные липиды, ПНЖК — полиненасыщенные жирные кислоты, ТСХ — тонкослойная хроматография, Фит — фитановая кислота, ЭПК — эйкозапентаеновая кислота.
Юс нлці-.t» іл.'іьилгг j
ьайлиоплл |
; с. Пеплум ГЛ
OS 'Л.і> ат Qlffa
воздействие. Биота залива Восток (Японское море) типична для значительного количества мелководных акваторий юга Приморья. Для определения пищевых взаимодействий и идентификации путей передачи органического вещества в упомянутых выше типичных экосистемах наиболее эффективным представлялось применение новых подходов: методов маркерных ЖК и изотопных маркеров.
Цель работы; изучить сезонную динамику видовой структуры фитопланктона и дать характеристики пищевых связей массовых видов донных беспозвоночных мелководных бухт залива Петра Великого Японского моря использованием липидных и изотопных биомаркеров.
Задачи исследования.
Установить связь между сезонной сменой видового состава и содержанием маркерных ЖК фитопланктона залива Восток.
Определить состав ЖК массовых видов беспозвоночных животных (хитоны, брюхоногие моллюски, двустворчатые моллюски, морские звезды) мелководных бухт залива Петра Великого; определить изменчивость состава ЖК мидии Crenomytilus grayanus от места обитания.
Определить влияние состава ЖК пищи на состав ЖК тканей мидии Mytilus trossulus при кормлении в искусственных условиях; изучить изменение состава ЖК тканей мидий А/. trossulus и С. grayanus при голодании.
Определить и уточнить пищевую специализацию массовых видов хитонов, брюхоногих и двустворчатых моллюсков и морских звезд в районах исследования с применением метода маркерных ЖК и соотношения стабильных изотопов 13С/12С и 15N/14N.
Положения, выносимые на защиту.
Содержание липидных маркеров диатомовых и динофитовых микроводорослей в липидах планктона залива Восток четко отражает количество этих водорослей в биомассе фитопланктона, что позволяет использовать метод маркерных ЖК для экспресс-анализа структуры фитопланктона.
Применение биохимических и биогеохимических маркеров уточняет и дополняет данные о пищевой специализации беспозвоночных, полученные традиционными биологическими методами, в частности, хитон Lepidozona albrechti — зоофаг, а не всеядное животное; брюхоногий моллюск Nipponacmea moskalevi— растительноядное животное.
Мидия Mytilus trossulus избирательно поглощает ПНЖК n-З серии из пищи. В течение ограниченного времени М, trossulus и Crenomytilus grayanus способны поддерживать неизменным состав ЖК при отсутствии пищи.
5 4. Метод стабильных изотопов углерода и азота позволяет установить источники пищи некоторых массовых видов беспозвоночных залива Восток и положение животных на трофических уровнях.
Научная новизна и практическая ценность. Впервые изучена динамика сезонного изменения состава ЖК фитопланктона залива Восток — типичной мелководной акватории Южного Приморья. Установлена взаимосвязь между составом маркерных ЖК фитопланктона и его видовой структурой, что может послужить основой для метода экспресс-анализа присутствия отдельных групп микроводорослей общего фитопланктона.
Впервые определен состав ЖК пищеварительной системы 5 видов хитонов и печеночных выростов 7 видов морских звезд, а также уточнен состав ЖК органов и тканей 11 других массовых видов беспозвоночных животных, обитающих на сублиторали залива Восток, а также в других мелководных бухтах залива Петра Великого. Впервые определен состав ЖК нового вида Nipponacmea moskalevi. Показана возможность - применения маркерных ЖК для определения пищевой специализации массовых видов беспозвоночных. Получены новые данные о пищевой специализации хитона Lepidozona albrechti, брюхоногих моллюсков Nucella heyseana и Cryptonaticajantostoma и некоторых видов морских звезд
Установлено, что мидия М. trossulus усваивает из искусственной диеты преимущественно ПНЖК n-З серии. Показано также, что в течение ограниченного времени Л/, trossulus и Crenomytilus grayanus способны поддерживать неизменным состав ЖК при отсутствии пищи.
Выполнен анализ состава стабильных изотопов углерода и азота для массовых видов беспозвоночных залива Восток. Показана возможность применения этих.результатов для установления пищевой специализации беспозвоночных и их положения в пищевых пирамидах.
Апробация полученных результатов. Основные результаты диссертации докладывались на V и VI Региональных конференциях по актуальным проблемам экологии, морской биологии и биотехнологии (Владивосток, 2002, 2003), Всероссийской конференции молодых ученых (Владивосток, 2003) и на Международной конференции. "Marine environment: nature, communication, business." (Владивосток, 2003).
Публикации. Основные результаты исследований, проведенных по теме диссертации изложены в 8 печатных работах.
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, материалов и методов, результатов и обсуждения, выводов и списка цитируемой литературы.
Работа изложена на 104 страницах машинописного текста, содержит 19 таблиц, 13 рисунков и 194 литературные ссылки.
Автор выражает признательность сотрудникам ИБМ ДВО РАН НА. Латышеву, Н.А. Айздайчер, МБ. Ивановой, СИ. Кияшко, Т.В. Морозовой за неоценимую помощь в проведении исследований и обсуждении результатов.
Принципы метода маркерных ЖК
В морских мелководных экосистемах двустворчатые моллюски, как правило, являются руководящими видами, выполняя роль основного связующего звена в передаче первичной продукции от фитопланктона или детрита к консументам высшего порядка (Seed, 1976). Отмечается, что питание двустворчатых моллюсков является наименее исследованной областью в малакологии (Gosling, 2003); источниками питания служат детрит, бактерии, фитопланктон и нанозоопланктон (Цихон-Луканина, 1987). В зависимости от состава пищи в пределах класса Bivalvia выделяют несколько групп животных по пищевой специализации (Dame, 1996). Фитофаги питаются, в основном, фитопланктоном, Детритофаги поглощают детрит с прикрепленной микрофлорой. Существуют двустворчатые моллюски, которые получают часть питательных веществ от фотоавтотрофных или хемоавтотрофных симбионтов, живущих в тканях таких моллюсков (Allen etal., 2001).
В заливе Восток руководящими видами были двустворчатые моллюски с двумя типами пищевой специализации: фитофаги {Mytilus trossulus (edulis), Crenomytilius grayanus) и детритофаги (Масота incongrua, Ruditapes (Tapes) philippinarum, и Protothaca euglyptd) (Погребов, Кашенко, 1976). В обзоре Цихон-Луканиной М. trossulus, R. philippinarum и P. euglypta также отнесены к детритофагам (Цихон-Луканина, 1987). Следует отметить, что ресничный эпителий многих видов двустворчатых моллюсков строго детерминирует как размер, так и виды фитопланктона, которыми питаются животные (Mahlenberg, Riisgard, 1978). Спектр питания детритофагов шире, чем у фитофагов. Они питаются детритом с осевшими на нем бентосными диатомовыми, фитопланктоном и другими микроорганизмами (Caers et al., 2000). В некоторых работах показано, что в зависимости от среды обитания детритофаги могут переходить на другие, не характерные для них, пищевые источники, (Багдасарян и др., 1965; Jarzebski et al., 1986). Определение спектра питания и энергетического бюджета Bivalvia осложнено тем, что часть отфильтрованной пищи не усваивается животными и выделяется в виде псевдофекалий (Owen, 1974). Кроме того, изучение питания и энергетического бюджета симбиотрофньгх моллюсков традиционными методами (без привлечения методов биохимических маркеров) практически невозможно. 2.2.4. Морские звезды
Морские звезды (Asteroidea) — один из классов типа иглокожих (Echinodermata), которые обитают практически во всех зонах Мирового океана. Считается, что морские звезды являются важнейшей группой иглокожих и составляют в некоторых экосистемах до 70% биомассы (Bullett, 1991) и поэтому их роль как основного регулирующего фактора в функционировании морских сообществ весьма велика (Кусакин, 1994). Питание Asteroidea особенно интенсивно начали изучать в связи с развитием марикультуры во второй половине XX века, поскольку, как отметили Федер и Кристенсен (Feder, Cristensen, 1966) «многие из них конкурируют с Homo sapiens за моллюсков, предназначенных для нашего стола».
Анализ литературы по трофобиологии Asteroidea показал, что мнения исследователей о питании морских звезд часто не совпадают, и это отражает реальные трудности в изучении трофики морских звезд. Asteroidea обладают примитивной пищеварительной системой, захват и переваривание пищи у морских звезд имеют свои особенности, основанные на двух механизмах питания — экстраоральном и интраоральном (Jangoux, Lawrence, 1982). Экстраоральное питание заключается в выворачивании желудка и обволакивание жертвы целиком с последующим выделением пищеварительных ферментов и всасыванием продуктов ферментолиза. При поедании жертв, размеры которых равны или превышают размеры хищника, звезды могут использовать интраоральное питание, которое более распространено у Asteroidea. При таком способе питания часть желудка звезды вводится во внутреннюю полость моллюска, и после переваривания мягких частей происходит всасывание продуктов ферментолиза. В связи с вышесказанным, не всегда удается обнаружить пищевой комок в желудке, но если даже таковой существует, то невозможно получить точные данные о степени усвояемости питательных веществ хищником.
Все морские звезды — бентосные животные, и большая их часть является хищниками (Sloan, 1980). Некоторые животные, в основном, из семейств Asterinidae и Poraniidae, могут питаться водорослями и донными осадками. Кроме того, звезды могут быть падалыциками и даже поедать детрит (Howell et al., 2003). Грунт, богатый микро- и мезофауной — важный источник питания для морских звезд семейств Goniopectinidae и Porcellanasteridae, и, до некоторой степени, Astropectinidae, Benthopectinidae и Goniasteridae (Jangoux, Lawrence, 1982). Некоторые виды семейств Poraniidae и Echinasteridae, по крайней мере, частично, питаются взвесями органики в воде. Открытым остается вопрос о возможности питания морских звезд растворенной органикой, хотя в работах Даутова (Даутов, 1984) было показано, что звезды реагируют на химические модели растворимой пищи — белки, нанесенные на угольный порошок, растворенные аминокислоты.
Как отмечают Янгуа и Лоуренс (Jangoux, Lawrence, 1982), наблюдения, проводимые в аквариуме, не являются вполне достоверными, поскольку в искусственных условиях морские звезды принимают пищу, которую игнорируют в природных условиях.
Расширение трофического спектра звезд связывают с недостатком доступной пищи и высокой конкуренцией со стороны более подвижных потребителей (Левин, 1999). Морские звезды, также как и хищные брюхоногие моллюски, регулируют численность моллюсков в бентосных сообществах.
Литературные данные по составу пищи некоторых представителей Asteroidea, которые являются массовыми видами в зал. Восток, представлены в таблице 1. 2.3. Краткие сведения о систематике и биосинтезе жирных кислот (ЖК)
Для лучшего понимания принципов, которые лежат в основе использования метода маркерных ЖК в трофоэкологических исследованиях, автор считает необходимым дать краткую справку о номенклатуре и особенностях биосинтеза ЖК.
Количество наиболее распространенных ЖК, встречающихся у морских организмов, не превышает 70-80 (Gunstone et al., 1994). За редким исключением, в тканях организмов ЖК в свободном виде не встречаются, а входят в состав липидов в форме ацильных остатков. Все основные ЖК тех групп морских организмов, которые рассматриваются в нашей работе, являются неразветвленными кислотами с четным числом атомов углерода (от 14 до 22) и могут содержать до шести двойных связей в углеродной цепи.
В научной литературе широко используется система краткого обозначения ЖК числами, разделенными двоеточием, например, 16:0 (пальмитиновая кислота). Первое число указывает общее количество углеродных атомов в кислоте, включая карбоксильную группу, второе — количество двойных связей. Для ненасыщенных кислот дополнительно добавляют букву («п-», «п», или «ы») и цифру, которая указывают положение крайней двойной связи, ближайшей к метильному концу. Эта номенклатура применяется для обозначения полиненасыщенных метиленразделенных кислот регулярного строения, в которых все двойные разделены метиленовыми группами. В общем случае, а также для неметиленразделенных жирных кислот с нерегулярным расположением двойных связей в углеродной цепи, в формуле удобнее указывать положение двойных связей от карбоксильного атома углерода после буквы «Д».
Изучение морских пищевых цепей методом природных соотношений стабильных изотопов
Изучение пищевых цепей с использованием природных стабильных изотопов началось в конце 70-х годов, когда было показано, что животные и их пища имеют приблизительно одинаковый изотопный состав углерода и азота (Fry et al., 1977). Незначительная разница в изотопном составе в сторону обогащения более тяжелыми изотопами тканей животных происходит за счет катаболических и анаболических процессов, в которых реакционная способность органических соединений обогащенных легкими изотопами выше, чем соединений обогащенных тяжелыми изотопами. Разница в скорости транспорта метаболитов через мембранные системы также является причиной дискриминации тяжелых изотопов углерода (DeNiro, Epstein, 1981; Wada et al., 1991).
Разнообразные источники первичной продукции в морских экосистемах имеют различный состав стабильных изотопов как атомов углерода, так и азота. Это дает возможность определять по изотопному составу консументов вклад органического вещества из источников находящихся на более низких трофических уровнях и получить представление о пище, ассимилируемой длительное время. При использовании метода стабильных изотопов следует учитывать две основные проблемы, усложняющие работу: в водных экосистемах чаще всего имеется несколько источников первичной продукции с различным изотопным составом (эти источники можно дискриминировать дополнительным измерением других природных изотопов, например, 4S (Kharlamenko et al., 2001) или 15N (Conway, Capuzzo, 1990); фракционирование изотопов в организме животного зависит от вида ткани и связано с различным содержанием липидов, поскольку именно при синтезе липидов наблюдается существенная дискриминация тяжелых изотопов углерода (DeNiro, Epstein, 1977).
ДеНиро и Эпштейн экспериментально показали, что организмы имеют, с учетом незначительного обогащенного тканей консументов более тяжелым изотопом (13С), практически тот же изотопный состав углерода, что и ассимилированная ими пища (DeNiro, Epstein, 1981). Разнообразные источники первичной продукции в прибрежной зоне имеют различный изотопный состав углерода, что дает возможность определять по изотопному составу консументов вклад отдельных источников органического вещества, находящихся в основании трофической цепи (Thresher et al., 1992). Таким образом, природные соотношения стабильных изотопов обычно используют в качестве изотопных меток для прослеживания ассимиляции организмами органического вещества из различных источников. Основное преимущество изотопного метода исследования питания перед традиционными трофологическими методами заключается в том, что изотопный состав тканей животного дает представление о пище, ассимилированной на протяжении значительного периода времени. Другим направлением интерпретации природных соотношений стабильных изотопов является использование их для выяснения структуры трофических сетей основанных на одном, главном источнике первичной продукции, например, фитопланктоне. При усваивании углерода фитопланктона в результате метаболических процессов в организме происходит обогащение (биомагнификация 12С) тканей изотопом С от +0,8±1,1%о в лабораторных опытах (DeNiro, Epstein, 1981), до +0,7±1,41%о в реальных условиях для отдельных трофических уровней (Rau et al., 1983). Несмотря на то, что биомагнификация 12С отдельной стадии трофической цепи невелика, сопоставление изотопных величин С различных компонентов экосистемы с одним источником первичной продукции может позволить определить длину трофической цепи и уровень (или положение между трофическими уровнями), который занимают отдельные виды консументов.
Современное аппаратурное оснащение позволяет определять изотопный состав отдельных ЖК. На основе такого анализа была исследована пищевая стратегия глубоководных креветок, обитающих вблизи гидротермальных выходов (Pond et al., 1998). Преимущества, которые дают изотопные методы с успехом используются в трофологических исследованиях тропических мелководных и пелагических экосистем (Achituv et al., 1997). Исследование морских пищевых связей с использованием природных соотношений стабильных изотопов углерода получило свое развитие относительно недавно (Кияшко и др., 1998; Kharlamenko et al., 2001).
Как было сказано выше, существуют определенные ограничения для более широкого использования изотопного метода при изучении трофической структуры сообществ. Одна из них - наличие в реальных экосистемах более чем одного источника первичной продукции с различным изотопным составом углерода. Кроме того, отмечены существенные различия в изотопном составе углерода различных тканей, взятых из одного организма, что обусловлено, прежде всего, различиями в содержании липидов. Известно, при биосинтезе липидов происходит значительная биомагнификация 12С (DeNiro, Epstein, 1977), в результате которой ткани или целые организмы, содержащие большие количества липидов, будут иметь более низкие значения 13С, и это, в итоге, может маскировать эффект биомагнификации 12С. Существует еще одна причина различий в изотопном составе — различные ткани имеют различные скорости метаболического обновления. Эти скорости, иначе определяют по терминологии, предложенной Монтеро (Montero et al., 1991), как период так называемой «пищевой памяти». Белок мышц обновляется с большей скоростью и отражает более короткий период питания, чем коллаген, скорость обмена которого проходит крайне медленно. В тоже время обмен изотопно «легких» липидов может зависеть от сезона, то есть может накапливаться в период обилия пищи и быстро окисляться организмом при недостатке пищи или в периоды, требующие больших энергозатрат, например, на стадии онтогенеза.
Как показали исследования последних лет, для изучения питания отдельных видов морских животных и установления положения организмов в пищевых пирамидах наиболее результативным оказалось комплексное использование двух подходов — использование молекулярных маркеров (метод маркерных ЖК) и изотопных природных меток (соотношение стабильных изотопов углерода, азота) (Conway, Capuzzo, 1990).
Сезонная динамика состава ЖК фитопланктона залива Восток
Содержание некоторых маркерных ЖК значительно менялось в течении года. Например, количество кислоты 16:4п-1 уменьшилось с 20,9 до 0,1% в период с января по июль. Высокое содержание 16:4п-1 характерно для водорослей, относящихся к роду Thalassiosira (Viso, Marty, 1993). Поэтому для зимнего периода легко провести корелляцию между значительным уровнем 16:4п-1 и преобладанием в фитоценозе микроводоросли Т. nordenskioldii (более 90% от общей биомассы). Однако, в мартовских пробах общее содержание 16:4п-1 снизилось до 3,8%, хотя, по данным световой микроскопии, доля Т. nordenskioldii в фитопланктоне не уменьшилась. Этот эффект, скорее всего, обусловлен несколькими причинами. Во-первых, известно, что в процессе роста и старения микроводорослей значительно изменяется состав ЖК (Zhukova, Aizdaicher, 2001). Во-вторых, у диатомовых микроводорослей с повышением температуры воды количество основных ПНЖК, в том числе 16:4п-1, снижается (Thompson et aL, 1992). Таким образом, при хемотаксономическом подходе к определению структуры фитопланктона следует применять данные о содержании маркерных ЖК в зависимости от возраста микроводорослей и факторов среды обитания.
Высокая плотность диатомовых водорослей в январском фитоценозе залива Восток соответствовала самому высокому уровню общих маркерных кислот диатомей, 20:5п-3 (29%) и Сіб ПНЖК (24 %). В тот же период определенная нами величина соотношения 16:1п-7/16:0 была больше единицы, что также указывает на преобладание диатомовых водорослей в фитопланктоне (Таблица 9).
В июльском фитопланктоне содержание динофитовых микроводорослей и их маркера 22:6п-3 было максимальным (Рисунок 3). Снижение содержания 18:1п-9 в июле говорит в пользу того, что доля зоопланктона в суммарном планктоне уменьшилась с одновременным увеличением доли динофитовых микроводорослей. В июле наблюдали самый низкий уровень маркеров диатомовых (20:5п-3 и Сіб ПНЖК) (Рисунок 4), величина соотношения 1б:1п-7/16:0 была меньше единицы (Таблица 9), что соответствовало данным световой микроскопии о резком уменьшении доли диатомей в фитопланктоне (Таблица 8).
В осеннее-зимнем планктонном сообществе численность диатомей вновь возрастала за счет роста численности Chaetoceros spp., S. costatum и Т. nitzschioides (или Thalassiosira spp.), при одновременном уменьшении плотности динофитовых водорослей, что соответствовало снижению содержания 22:6п-3, 18:1п-9 (Рисунок 3) и увеличению доли 16:1п-7 (Таблица 9), 20:5п-3 и Сі6 ПНЖК в ЖК фитопланктона (Рисунок 4).
Особенно рельефно переход от зимне-весеннего фитоценоза к летнему иллюстрируют два интегральных маркера (Рисунок 5), предложенных для пресноводных микроводорослей (Leveille et al.s 1997), и соотношение Сіб/Сів ПНЖК (Meziane et al., 1997). На рисунке 5 хорошо видно, что с ростом температуры воды величина значения маркера динофитовых многократно возрастает, в то время как величины значений маркеров диатомовых существенно уменьшаются.
Таким образом, очевидно, что изменения в содержании маркерных ЖК фитопланктона зал. Восток Японского моря достаточно полно отражает сезонную смену его видовой структуры, и маркерные ЖК могут быть использованы для экспресс-анализа структуры фитопланктона, одного из основных источников пиши морских беспозвоночных.
Как у большинства морских организмов, в составе ЖК пищеварительной системы хитонов преобладали ГГНЖК, среди которых основными были ЭГОС (до 26%) и АК (до 7%). У двух видов хитонов, L. albrechti и P. borealijaponica, в заметных количествах была обнаружена ДГК — 6,0 и 4,9%, соответственно. У всех животных количество n-З ПНЖК превалировало над п-6, что характерно для: морских моллюсков (Joseph, 1982). Во всех исследованных видах хитонов относительное количество НЖК в лигшдах пищеварительной системы не превышало 18,3%, что намного меньше, чем у представителей других классов моллюсков. Количество МНЖК (34,5% у /. hakodadensis) превышало средний уровень содержания этой группы ЖК, описанный для двустворчатых и брюхоногих моллюсков (Joseph, 1982). С20 и Сгг НМРЖК были обнаружены во всех видах изученных хитонов. Содержание суммы этих кислот варьировалось от 2,7% в Р. borealijaponica до 7% в L. albrechti. Количество С22 НМРЖК превышало количество С20 НМРЖК. Точное определение положения двойных связей в углеродной цепи НМРЖК не проводилось. Разветвленные ЖК и кислоты с нечетным числом атомов углерода, которые считаются маркерами бактерий, присутствовали в тканях пищеварительной системы хитонов в незначительных количествах.
По сравнению с ЖК пищеварительной системы хитонов, ЖК общих липидов суммарного бентоса твердых грунтов (обрастания) бухты Киевка, составляющего основу питания хитонов, отличались более высоким содержанием насыщенных ЖК (25,2%), но несколько меньшим количеством мононенасыщенных ЖК (22,8%) и, прежде всего, за счет изомеров 18:1 (Таблица 10). Относительное количество тетраеновых Сц и С22 ЖК в лигшдах обрастаний, как правило, было значительно меньше, чем в липидах пищеварительной системы большинства видов изученных хитонов. (Таблица 10)
Определение пищевого спектра хитонов по содержимому пищевого комка и составу ЖК тканей пищеварительного тракта
Микробентос в пищевом комке хитона М. red/era был представлен диатомеями родов Navicula, Synedra, Diploneis, а также инфузориями (Ciliophora: Tintinnidae). Мейобентос представлен отдельными особями Nematoda и Foraminifera, В макрофитобентосе отмечены многочисленные фрагменты водорослей Lithophyllum spp., Corallina pilulifera, Ralfsiafungiformis. Для этого вида характерно почти полное отсутствие в желудке представителей макрозообентоса. Минеральные частицы размером до 900 мкм были рассеяны по всей пищеварительной системе и составляли до трети от общей массы пищевого комка.
Качественный состав содержимого пищеварительной системы хитона Р. borealijaponica более однообразен, чем у других четырех видов хитонов, что может говорить о большей пищевой специализации. В пищевом комке изученных экземпляров этого вида доминировали ракообразные Harpacticoida и Amphipoda, реже встречались Foraminifera и мелкие диатомовые водоросли, У некоторых животных кишечник был полупустым или частично заполнен фрагментами Corallinaceae, P. iwatensis, измельченными остатками и отдельными нитями других макрофитов, минеральными частицами.
Пять видов изученных хитонов были собраны на одном биотопе в одно время и имели одинаковую кормовую базу. Очевидно, что в этом случае различия в составе пищи, а также в составе ЖК тканей пищеварительной системы этих животных, являются видоспецифичными и отражают тип питания каждого изученного вида хитонов.
Ранее, в соответствии с классификацией по доминирующим пищевым объектам (Sirenko, 1997), хитоны /. kakodadensis и Т. granulata были отнесены к фито-детритофагам, L. albrechti и М. retifera отнесены к эврифагам, а P. borealijaponica— к хищникам.
Действительно, диатомеи, фрагменты известковых водорослей и минеральные частицы размером от 50 до 900 мкм доминировали в пищевом комке изученных нами /. hakodadensis, Т. granulata и М. retifera. Известно, что многие виды бентосньгх диатомей обитают на мелких, сильно разветвленных талломах макрофитов и минеральных частицах, при этом вес прикрепленных микроводорослей может быть равным и даже превышать вес субстрата (Skvortzow, 1932). Таким образом, содержимое пищеварительной системы указывает, что эти три вида хитонов являются фито-детритофагами.
В липидах тканей пищеварительной системы трех упомянутых выше видов хитонов, I. hakodadensis, Т. granulata и М. retifera, величина соотношения 16:1/16:0 была больше 1, при значительном содержании 20:5п-3 (Рисунок 9). Это характерно для случая, когда диатомеи, в том числе и бентосные, являются преобладающей диетой животного (Кияшко и др., 1998).
Дтя бентосных беспозвоночных животная пища является основным источником 22:6п-3, кроме того, плотоядный характер диеты хорошо показывает соотношение изомеров кислоты 18:1 (Таблица 10). В трех видах хитонов, которые обсуждались выше, / hakodadensis, Т. granulata и М. retifera, соотношение 18:1п-9/18:1а-7 было менее 1, при относительно небольшом количестве 22:6п-3 (Рисунок 10). Таким образом, содержание маркерных ЖК в липидах пищеварительной системы хитонов подтверждают данные анализа пищевого комка этих животных и указывают на то, что I hakodadensis, Т. granulata и М. retifera — преимущественно растительноядны.
Как уже отмечалось, в пищевом комке двух других изученных видов хитонов, L. albrechti и P. borealijaponica основную часть составляли ракообразные. Общие липиды пищеварительной системы L. albrechti и P. borealijaponica содержали значительные количества 22:6п-3 и характеризовались соотношениями 16:1/16:0 1 и 18:1п-9/18:1п-7 1 (Рисунок 9, 10), что прямо указывает на плотоядную специализацию этих видов хитонов. Таким образом, результаты, полученные методом анализа пищевого комка и методом маркерных жирных кислот, не противоречат друг другу, и мы полагаем, что Р. borealijaponica и, по крайней мере, взрослые особи L. albrechti и ведут преимущественно
хищный образ жизни. Соотношение 18:1п-9/18:1п-7 более 1 ранее было отмечено для декапод и амфипод (Graeve et al., 1997), что подтверждает вывод о преобладании животной пищи в диете L. albrechti и P. borealijaponica.
Значение красных известковых водорослей С. pilulifera, Lithophyllum spp., как пищевых объектов для хитонов в исследованном биотопе, по всей видимости, невелико, поскольку структура этих водорослей сохранялась неизменной на всем протяжении пищеварительного тракта хитонов, вплоть до фекальных комочков. Ранее было показано, что при кормлении моллюска Turbo sarmaticus (Vetigastropoda: Turbinidae) различными макрофитами, скорость и степень переваривания родственной красной водоросли Corallina spp. была наиболее низкой, а калорийность, содержание липидов и углеводов в Corallina spp. были наименьшими среди исследованных водорослей (Foster, Hodgson, 1998).
Маркером известковых красных водорослей является соотношение кислот 20:5п-3/20:4п-6. Величина этого соотношения для водоросли С. pilulifera, которая была обнаружена в пищевом комке всех видов хитонов, равна 13,7 (Khotimchenko, Vaskovsky, 1990). Для обрастания величина соотношения 20:5п-3/20:4п-6 составила 6,4, а для тканей пищеварительных органов хитонов это значение было еще меньше и колебалось от 4,9 до 3,1 (Таблица 10).
