Введение к работе
Актуальность работы. Среди экологических систем одной из . наименее изученных является экосистема пищеварительного тракта животных, особенно пойкилотермных. Важной составной частью этой малоизученной экологической системы являются симбионты. О важном значении микроорганизмов в пищеварении животных высказывались многие исследователи (Hungate, 1966; Курилов и др., 1968; Наумова, 1981; Уголев, 1985 и др.У.
Известно (Hungate, 1966; Sevage, 1977; Стейнер и др., 1979; Тгоуег, 1984; Уголев, 1985; Чахава, 1986; Шишков, 1986 и др.), что нормальное существование животных без микрофлоры, обитающей во внутренней среде, невозможно.
Согласно A.M. Уголеву (1985) кишечная микрофлора эволгаи-онно закрепленная форма существования большинства многоклеточных животных является своеобразным трофическим гомеостатом или трофостатом, обеспечивающим разрушение избыточных компонентов пищи и образование недостоющих продуктов.
Микроэндоэкология складывается в постэмбриональный период жизни животного. Спефицика его пищеварительной системы заключается в том, что она контактирует с элементами внешней среды. Кроме того, распределение и условия обитания микроорганизмов определяются физиологическими и анатомическими особенностями его отделов. Дальнейшая судьба попавших в кишечник микроорганизмов зависит от их устойчивости к воздействию новых физиологических и химических факторов, а таюке от способности к адаптации И симбиозу(Hungate, 1966; Clarke, Bauohop, 1977; Philip at al., 1982; Уголев, Г985; Шилов, 1985).
Что касается симбиотических взаимоотношений между животными и бактериальным населением их кишечника, то известно лишь о высших (млекопитающих) животных (Alexander* 1971; Desmettre, Audar, 1974; Бартош, 1982), но сран'ительно мало данных о функции микроорганизмов кишечника других видов животных, например, . гидробионтов и насекомых, стоящих на более низкой ступени эволюционного развития. Следует отметить, что микроорганизмы кишечника гидробионтов и насекомых рассматривались как форменные элементы пищи (Штейнхауз, 1950; Жукова, 1957; Родина, 1966;-Су-щеия, 1968; Сорокин, 1971). Однако для оптимизации питания и жизнедеятельности животных необходимы более глубокие знания о
кишечной микрофлоре, ее функциях и взаимоотношениях о организмом хозяина, так как эти отношения могут быть совершенно другими, чем у высших животных.
Деятельность микроорганизмов зависит от физико-химического режима среды, т.е. , от экологии внутренней среды и от абиотических факторов экологии внешней среды - среды обитания животных.
Однако, кишечная микрофлора высших животных меняется в зависимости от воздействия экстремальных факторов - нервных, физических перегрузок, суровых климатических условий, особенно меняется при переходе от естественного к искусственному питанию (Перетц, 1955; Hungate, 1966;Лиэько, 1973; Desmettre et al., 1974і Philip et al., 1982).
В последние годы расширено применение эрготропиков - биологически активных веществ в животноводстве, в том числе в рыбном хозяйстве. Однако данные по влиянию ферментных препаратов, антибиотиков и других, стимулирующих рост веществах на микрофлору кишечника гидробионтов отсутствуют.
В результате антропогенного воздействия на среду обитания животных нарушается равновесие микробоценоза пищеварительного тракта, изменяются соотношения микроорганизмов, сложившиеся в эволюции. Гидробионты попадают под этот пресс. В связи о этим в гидробиологическом плане микробиологические исследования пойки-лотермных животных преобретают первостепенное значение для решения целого ряда комплексных эколого-физиологичеоких и других биологических проблем для поддержания нормальной бактериальной флоры в организме животного.
Цель и задачи исследований..В связи с этим целью данной работы является изучение закономерностей формирования микробоцено-зов кишечников рыб, моллюсков и насекомых; выявление отношений между животными и микроорганизмами их пищеварительного тракта; изучение функций кишечных микроорганизмов; выявление факторов, контролирующих функциональную, физиолого-биохимическую и продуцирующую деятельность микроорганизмов кишечника малоизученных животных. Сущность работы заключается в доказательстве необходимости наличия нормальной микрофлоры в кишечнике для роста и развития организма животного.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
-
Охарактеризовать эколого-гидробиологичоские и физиоло-го-биохимические особенности микробоиенозов воды, пищеварительного тракта животных с. различным спектром питания, определить количественный и групповой состав микроорганизмов, их биохимическую деятельность.
-
Изучить трофические связи между бактериальным населением биотопа*, животными и бактериями их кишечника.
-
Выявить специфику формирования микробоценоза пищеварительного тракта разных -видов исследованных животных при различном спектре питания.
-
Определить функции бактерий после попадания их из внешней среды в пищеварительный тракт макроорганизмов - гидробион-тов, насекомых.
-
Выявить экологические факторы, контролирующие количественный и качественный состав, а также биохимическую и функциональную деятельность микроорганизмов пищеварительного трйкта исследованных видов животных.
-
Провести сравнительный анализ участия кишечных микроорганизмов в пищеварительных процессах у животных, относящихся к различным типам (рыб, моллюсков и насекомых).
Научная новизна и теоретическая значимость. В работе впервые обобщаются накопленные в мировой литературе и собственные, выполненные в течение 15 лет (1974-1988 гг.) данные об участии микроорганизмов пищеварительного тракта гидробионтов и насекомых, в процессе пищеварения и дано новое общее представление. ' Его сущность состоит в том, что микробные сообщества следует рассматривать как комплексы, собранные вместе не в силу случайности, а в результате воздействия ряда детерминирующих факторов (окружающая среда, возраст и физиологическое состояние, экологический диапазон пищи макроорганизма и др.).
В отличие от ранее существующих представлений нами установлено, что микроорганизмы кишечника следует рассматривать не только как элементы пищи, но и как участников биохимической деятельности осуществляющих трансформацию питательных веществ и обеспечивающих макроорганизм высокоспеиифическими соединениями и как коррегирующие состав всасываемой в кишечнике смеси.
В результате полученных экспериментальных данных с голодающими особями установлено наличие в содержимом пищеварительного
--4-тракта низших животных (рыб, моллюсков и насекомых) постоян- , ной аутофлорн. Впервые установлено, что кишечные бактерии гид-робионтов и насекомых способны продуцировать физиологически активные вещества - аминокислоты, ферменты.
Практическая значимость работы и реализация результатов исследований.
-
Сведения о микробоценозах пищеварительного тракта можно использовать при разработке рационов для прудовых рыб. Они дают возможность учитывать такие внутренние резервы организма как ферментативная деятельность микроорганизмов, способствующая расщеплению пищевых субстратов, а также продуцирования физиологически активных веществ, частично удовлетворяющих потребности макроорганизма в этих соединениях.
-
Результаты проведенных исследований могут быть использованы в микробиологической промышленности для создания высокоактивных штамов микроорганизмов - продуцентов физиологически активных веществ (ферментов и аминокислот), так как эти микроорганизмы по своим экологическим требованиям (концентрация субстрата, температура) приближаются к условиям культивирования промышленных микроорганизмов.
-
Микробиологические исследования кишечников гидробион-тов и насекомых могут быть полезны при решении вопросов самоочищения сточных вод.
-
Данные, полученные по микрофлоре изученного ряда животных, могут послужить отправной точкой для более детальных исследований в экспериментах, проводимых в микрокосмах, при изучении взаимодействий нескольких популяций экосистемы.
-
Изучение микрофлоры кишечника насекомых является одним из методических основ разработки способов борьбы с насекомыми вредителями сельского хозяйства. Тест разрушения стенок кишечника - проникновение нормальной кишечной микрофлоры в гемолимфу.
Отдельные части работы вошли в отчеты комплексных работ, опубликована монография "Симбионтное пищеварение у гидробион-тов и насекомых" - Вильнюс: Мокслас, 1989, 223 с.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на 16, 17, 18 и 22 научных конференциях по изучению внутренних водоемов Прибалтики (1971, Петрозаводок; 1973, Таллин; 1975 и
.-.5 -1987, Вильнюс), на I и 4 всесоюзн. симпозиуме ао инфекционным болезням рыб (1972, 1981, Мосісва), на всесоюзн. конф. по биологии промысловых рыб и беспозвоночных на разных стадиях развития (1974, Мурманск), на 2 республиканской конф. молодых ученых (1974, Киев), на конф. Литовского микробиологического общества (1972, 1975, 1977, 1981, 1983 и 1988, Вильнюс)> на 9 конф. молодых ученых Молдавии (1975, 1978, Кишинев), на 3, 4 и 7 съезде Всесоюзн. гидробиологического общества АН СССР (1976, Рига; 1981, Киев;-1985, Алма-Ата), на 3, 4 и 6 всесоюзн. конф. по экологической физиологии рыб (1976, Киев; 1979, Астрахань; 1985, Вильнюс), на конф. молодых ученых Института (1976, Вильнюс), на научн. совещании по итогам и перспективам исследований в области производства и применения грибных эн-томопатогенных препаратов (1983, Неринга), на 9 съезде всесоюзн. Энтомологического общества (1984, Киев), на 5 всесоюзн. совещании "Вид и его продуктивность в ареале" (1988, Тбилиси). Основные материалы диссертации изложены в 52 работах и в одной монографии общим объемом 14 печатных листов.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 284 стр. машинописного текста, состоит из введения, 5 глав, заключения и выводов, иллюстрирована. 35 таблицами и 50 рисунками. Список цитированной литературы включает 410 работ, в том числе 134 зарубежных авторов.
