Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Осморегуляция у рыб . .4-31
1.1. Ионный состав и структуры, ответственные за осморегуляцшо -у. рыб .4-15
1.2. Особенности ионной регуляции:плазмы.крови у различных видов рыб ...15-20
1.3. Особенности регуляции;внутриклеточного содержания ионов и волюмо-регуляции у рыб при адаптации;»: солености 20-30
Глава2. Материал и методика исследований: 31-44
Глава 3. Особенности:солеустоичивости и регуляции содержания ионов в крови у различных видов: осетровых рыб . 45-75
3.1 Ионный состав плазмы крови: у различных видов осетровых при повышении солености внешней среды. .45-64
3.2 Особенности регуляций ионного состава эритроцитов и мышечной ткани у различных видов осетровых в воде разной солености 65-69
3.3 Особенности регуляциин ионного состава крови;у осетровых ю некоторых карповых. .70-75
Глава 4. Сравнительный анализ солеустоичивости и особенностей регуляции содержания ионов в плазме крови у различных видов осжтровьгхи костистьгх рьш 76-86
Глава 5. Сравнительный анализ особенностей, регуляции содержания ионов в; эритроцитах и мышечной ткани у различных видов осетровых и костистых рыб . 87-95
Выводы .96
Список литературы. 97-108
Приложение: 109-116
- Особенности ионной регуляции:плазмы.крови у различных видов рыб
- Особенности регуляций ионного состава эритроцитов и мышечной ткани у различных видов осетровых в воде разной солености
- Сравнительный анализ солеустоичивости и особенностей регуляции содержания ионов в плазме крови у различных видов осжтровьгхи костистьгх рьш
- Сравнительный анализ особенностей, регуляции содержания ионов в; эритроцитах и мышечной ткани у различных видов осетровых и костистых рыб
Введение к работе
У 5^7 7 3
Актуальность темы. Исследование ионной регуляции и способности адаптироваться к изменению солености у различных по своим эколого-физиологическим особенностям видов рыб является одним из актуальных направлений научных работ. Возможность поддерживать ионный гомеостаз в гипо-и гиперосмотической среде позволяет представителям различных видов совершать миграции со сменой среды обитания, заселять водоемы, имеющие отличия в минеральном составе. Исследования осморегуляции у рыб связано с рассмотрением ряда вопросов физиологии систем ионного гомеосіаза(Наіочин,1979;Виноградов,2000), осморезистентности клеточных мембран (Котелевцев и др ,2004; Orlov et al.,1994) и ферментных систем, ответственных за транспорт ионов (Tipsmarket al.,2002). В тоже время, изучение солеустойчивости у различных рыб позволяет дать рекомендации, направленные на оптимизацию рыбоводного процесса и повысить выживаемость молоди, воспроизводство которой осуществляется в искусственных условиях.
Перспективным направлением в настоящее время становится и исследование, связанное с выяснением той роли, которую может играть изменение ионного состава внешней среды и соотношения различных электролитов в соленой воде в качестве ориентира для миграций рыб (Hubbard et al.,2002). Решение подобных проблем предусматривает анализ изменений показателей ионного состава крови и мышечной ткани у разных видов в ответ на повышение солености внешней среды. Известно, ч го даже среди близкородственных видов отношение к изменению солености может быть различным (Natochin ct al.,1985). В связи с этим, особенности функционирования механизмов, ответственных за осморегуляцию у многих видов рыб, требуют дальнейших исследований. Так, не достаточно изученной является динамика изменений ионного состава плазмы, эритроцитов и мышечной ткани у осетровых рыб, среди которых имеются виды, как способные совершать миграции при океанической солености, так и проводящие весь жизненный цикл в пресной воде.
Цели и задачи исследований. Цель настоящих исследований состояла в том, чтобы выявить эколого-физиологические особенности солеустойчивости у осетровых рыб.
В задачи исследований входило:
1. Изучить особенности поддержания ионного состава плазмы, эритроцитов и мышечной ткани у некоторых осетровых рыб при повышении солености.
«>с национальная!
-
Сравнить особенности осморезистентности у разных видов осетровых.
-
Провести сравнительный анализ ионного состава плазмы осетровых рыб и
плотвы, как представителя костистых рыб, в воде различной солености. Научная новизна: Впервые в условиях разной солености проанализирована способность поддерживать ионный гомеостаз по СГ в плазме, Na+, К+ и СГ в эритроцитах и СГ в мышцах у осетровых, отличающихся своей солеустойчивостью. Определены пределы солеустойчивости у молоди 3-х различных видов осетровых - стерляди, сибирского и русского осетров. Установлено, что проходной русский осетр отличается способностью регулировать содержание ионов Na+, СГ.К* и Mg^npn повышении солености до 15%о. Нарушение в регуляции концентрации хлоридов в плазме крови у осетров и стерляди, вызывающее гемолиз эритроцитов, является одной из непосредственных причин гибели рыб при повышении солености. Сибирский и русский осетры могут более эффективно регулировать содержание СГ в мышечной ткани, по сравнению со стерлядью.
Практическое значение: Полученные результаты исследований солеустойчивости позволяют прогнозировать выживаемость молоди осетровых при изменении солености водоемов. Результаты исследований могут быть использованы в разработке биотехнологии выращивания и воспроизводства осетров в искусственных условиях с использованием воды различной солености. Разработана биохимическая методика количественной оценки активности сукцинатдегидрогеназы жаберного эпителия у рыб на основе модификации способа качественной оценки активности этого фермента (Гинеци-анскийидр.,1962) с применением акцептора тетразолия.
Защищаемые положения: Различия в солеустойчивости у 3-х видов осетровых обусловлены их способностью поддерживать ионный гомеостаз плазмы крови по Na+, СГ , К+ и м+ при повышении солености Определены причины гибели осетровых при повышении солености Показано, что стерлядь, сибирский и русский осетры, в отличие от плотвы, при повышении солености до 10%о поддерживают более низкую концентрацию Na+, СГ и Mg2* в плазме крови.
Апробация работы и публикация материалов исследований: По теме диссертации
опубликовано 3 тезисов и 3 статьи, из которых 1 находится в печати. Материалы диссертации были представлены на VI Международной конференции «Экология, человек,
сообщество» (Киев, 2003), на П Международной конференции « Биотехнология- охране
-3-окружающей среды»(Москва,2004).Основные положения диссертации докладывались на межлабораторном коллоквиуме ИПЭЭ РАН (2005 г).
Структура и объем диссертации: Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания методов и материалов исследований, результатов, обсуждения, выводов и списка цитируемой литературы, включающего 160 ссылок. Материалы диссертации изложены на 116 страницах текста, и иллюстрированы 24 рисунками и 17 таблицами.
Особенности ионной регуляции:плазмы.крови у различных видов рыб
Изучение способности поддерживать ионный гомеостаз плазмы крови и определение интенсивности обмена ионами между рыбой и внешней средой осуществлялось несколькими различными способами. Сравнительный анализ данных литературы показал, что наиболее распространенной методикой является исследование динамики изменений концентрации ионов у рыб при воздействии различных факторов внешней среды (Цюбин,1977; Мартемьяшв,2001; Natochin et al.,1985; et al). В ряде экспериментов проводились измерения концентрации разных ионов в воде перед проведением опытов и вовремя акклимации особей, затем, сравнивая полученные результаты,проводился расчет скорости потерь или поглощения этих осмолитов (Турстонидр.,1979;Виио-градов,2000). В некоторых работах определялась скорость экскреции ионов с помощью введения в организм (например, в брюппгуїо полость) изотопной метки, с последующей регистрацией концентрации изотопа в крови и во внешней среде через определенные промежутки времени (Мае1г,Еап5,1972;Роп:8Диау, 1972).
В тоже время известно, что у различных видов при адаптации к условиям среды (например, к: изменениям температуры или солености) имеются отличия в особенностях поддержания ионного гомеостаза (Константинов и др.,2003). Известно, что повышение температуры может отражаться на регуляции водно-солевого обмена вследствие изменения активности ферментов, ответственных за интенсивность экскреции ионов (напримерД а-К АТФазы (3.6.1.3.)), и. уменьшения эффективности энергоснабжения процессов, направленных на поддержание гомеостаза (Шелухин и др.,1990; MaetZjEvans, 1972). Так, у карпа повышение температуры внешней среды с 15 до 25 градусов приводило к возрастанию соотношения Cl"/Na+ в плазме крови в пресной воде, вследствие сішжения активности Na-K АТФазы и возрастания активности кар-бонатангедразы в жаберном эпителии (Houston, Mearow,! 982).
Исследуя особенности ионной регуляции у рыб при их адаптации к изменению солености, следует отметить, что способность поддерживать концентрацию разных ионов в плазме крови на определенном уровне зависит от эффективности их активного транспорта структурами, ответственными за осморегуляцию и широты нормы реакции содержания этих электролитов в различных тканях. Так, сравнение данных литературы показало, что морские костистые при заходе в пресную воду способны поддерживать более высокую осмолярность плазмы, за счет повышения концентрации основных осмолнтов, по сравнению с менее солеустойчивыми пресноводными костистыми и осетровыми рыбами (Natochin, Lavrova,l 974). При этим концентрация Na+ у сельдей (Alosakessleri и Acaspio) и некоторых бычков (например, Benthophilus mac-rocephalus), Na4 и СІ" у звездчатой камбалы Platichthys stellatus были более высокими, по сравнению с карповыми и осетровыми в воде сходной минерализации (таб.1), что приводило к повышению гиперосмотичности плазмы у этих видов (NatochiaJLavrova, 1974;Яоу,197б).У пресноводных и проходных видов содержание СГ в плазме, в норме, не превышает концентрацию Na+(исключением может являться гиперхлория перед гибелью), а у ряда морских рыб (например, некоторых камбаловых Pleuronectidae, цшюгло-ссовых Cynoglossidae, бычковых Gobiidae, звездочетовых Uranoscopidae) отношепие СГ/ Na+ больше 1 №MaHcifflB,1986;KparafflKfflia,1998;Potts,Rudy,1972;Natochui,Lavrova,1974; Hegab,Hanke,1982). В связи с этим, можно предположить, что у проходных видов выведение хлоридов из организма в ряде случае может происходить более интенсивно, при этом бикарбонат-ион, обметывающийся на СГ при функционировании ионных насосов, является необходимым составляющим регуляции кислотно-щелочного го-меостаза в крови (Виноградов,2000;РойзДио!у,1972). В тоже время для морских костистых было показано, что в их почках имеется взаимосвязь между секрецией сульфатов, фосфатов и реабсорбцией хлоридов, что способствует повышепию содержания СГ в крови (Наточин,1979). Однако, у ряда морских рыб (трески Gadus morhua, камбал-Platichthys stellatus и Platichthys flesus, бычка- мартовика), способных заходить в пресную или сильно распресненную воду во время нагульных мшраций (Никольский, 1979;Roy,1976;Sundell,Bjornsson, 1988), содержание хлоридов в их плазме в соленой воде совпадало с диапазоном концентрации этих ионов у проходных осетровых и лососевых (таб.1). При этом сопоставление результатов, полученных в ряде исследований, свидетельствуют, что у некоторых бычковых и камбаловых диапазон концентрации Na+ и СГ шире, чем у пресноводных видов (СолдатовДООО; Fugelli, Zachar-iassen,l 976; Natochm,Lavrova,l 974).
Большинство морских костистых, в отличие от пресноводных рыб, способны поддерживать стабильный уровень Na+ в плазме крови при значительных изменениях концентрации этого иона во внешней среде (таб.1) и, скорее всего, могут эффективнее экскретировать этот ион из организма. Так, у керчака Myoxochephalus scorpius уровень Na в плазме был сходным в Барещевом и Белом море, хотя концентрация этого катиона во внешней среде составляла 465 и 225 ммоль/л, соответственно, т.е. отличалась более чем в 2 раза (Natochin, Lavrova, 1974). Морские костистые рыбы выводят незначительное количество Na+ через почки,-по сравнению с пресноводными (таб.2), а основным оргапом его экскреции,у них являются.хлоридсекретнрующие клетки жаберного аппарата и слизистая кшцечника(Наточинидр.,1980; Sundell,Bjomsson,I988).
Следует отметить, что увеличение интенсивности транспорта ионов Na+ и СГ из организма у различных видов рыб при адаптации к возрастанию солености происходит при повышения активности сукцинатдегидрогеназы и Na-K-АТРазы (3.6.1.3) и, как показали недавно проведенные исследования на лососевых (кумже Salmotrutta, атлантическом лососе Salmo salar), - за счет повьшіеїшя активности Ш+Д+,2СГ котранспор-тера в хлоридсекретирующих клетках жаберного эпителия (Pelisetal., 200 l;Tipsmarket al.,2002). При этом у молоди ряда проходных видов (лососевые) повышение активпос-ти Na-K-АТФазыи сукцинатдегидрогеназы(П.3.99.1) происходит еще вовремя ската в пресной воде, что обеспечивает увеличение интенсивности транспорта ионов перед переходом в море (4epHHHKHit,19773jonisson et.al.,1989).
Регуляция содержания К в плазме крови происходит за счет функционирования хлоридсекретирующих клеток жаберного эпителия (ВиноградовДООО), почечного механизма ионной экскреции (Natochin etal:,l 985) и обмена этого электролита с мышечной тканью и эритроцитами: (Мартемьянов, Запруднова,1982; Запруднова, Мартемьянов,! 990). Повышение уровня К в плазме у рыб, по данным литературы, не коррелирует с увеличением его содержания в пресной воде (Natochin, Lavrova.1974), но в соленой воде возрастанию концентрации К+ в плазме может способствовать то, что при функционировании ионных насосов происходит его обмен, на Na+ (Матей,1986). Кроме того, у ряда осетровых (стерляди, русского и персидского осетров, севрюги) выведение К и Mg2+(Ta6.1) с мочой, по сравнению с видами, выдерживающими океаническую соленость, незначительно, и отсутствует секреция этих ионов в обмен на реабсорбцию Na+ в почечных канальцах (Наточин,1979).
Особенности регуляций ионного состава эритроцитов и мышечной ткани у различных видов осетровых в воде разной солености
Результаты исследований ионного состава эритроцитов показали,1 что у сибирского, русского осетров (таб. 10): как и у ряда других видов рыб (Сшжин,Солюс,1987; Мартемьянов,199б;2001), содержание К в негемолизирующихся клетках красной крови в пресной и соленой воде больше, чем Na+. В тоже время, у сибирского осетра в диапазоне от 0 до 10%о уровень ионов Na ДС и СРв эритроцитах поддерживался практически стабильным (таб.10,11). При этом отношение концентрации Na+в эритроцитах к его уровню в плазме (Na+эр / Na+пл) у сибирского осетра в 10%о снизилось на 20%, по сравнению с этим показателем у рыб в пресной воде, 1Сэр/1Спл.-на 27%,за счет увеличеїшя содержания этих ионов в плазме, а С1"эр/С1"лл.в-диапазоне от 0—10%опрактически не изменилось (таб.7,10,11).
У русского осетра при повышении солености в диапазоне от 0 до 10%о уровень ионов Na+ ДС и С1" в клетках красной крови тоже поддерживался стабильным (таб. 10,11). При этом у русского осетра отношение концентрации Na+3p/Na+roi и С1"эр/С1"пл. у особей в 10%о по сравнению с этим показателем у рыб в пресной воде, практически не изменилось, а К эр/К пл- снизилось на 29% (таб. 10), за счет увеличения содержания этого иона в плазме (таб. 10). У особей русского осетра, способных адаптироваться к солености 15%о; отношение С1 эр./С1 пл.,по сравнению с этим показателем у рыб в пресной воде, снизилось на 14%. В тоже время, следует отметить, что вариация в, коїщентрапии ионов Na+, К4" и С1 в эритроцитах между отдельными особями (таб. 10,11) может быть связана с межиндивидуальными различиями.
В -15%о при увеличении содержания хлоридов - в плазме более, чем на- 28% (свыше 150-155 ммоль/л), по сравнению с его уровнем у особей в пресной воде, у исследуемых видов! осетровых нами был обнаружен значительный гемолиз эритроцитов. О наличии гемолиза эритроцитов перед гибелью у осетровых в 15%о свидетельствует резкое снижение гемоглобина в крови— в 2.5-3раза, по сравнению с его уровнем у молоди стерляди и сибирского осетра в, пресной воде, который-составлял 75±2.0 г/л и - 80±2.5 г/л, соответственно. Гемолиз эритроцитов вызывает резкое возрастание концеїгграции Na+ и снижение К в клетках красной крови у рыб. Так, концентрация Na+ в эритроцитах у сибирского осетра в воде с соленостью 15%о увеличивается вЗ: раза, по отношению к этому показагелюуособей в пресной воде, и становится больше, чем содержание 1С (таб. 10). У русского осетра; концентрация Na+ в эритроцитах. возрастает в 1.7 раза, по отношению к этому показателю у особей в пресной воде (таб.10). Существенно, что несмотря на большую солеустойчивость русского осетра, по сравнению с сибирским, его эритроциты тоже не были способны противостоять гемолизу при наблюдающемся повышении уровня СГ в плазме (таб.7,8).
Следовательно, уровень 1С в плазме у рыб в воде с соленостью 15%о резко возрастал (таб.5,10), не только из-за его поступления из внешней среды, но и из-за перехода этого иона из эритроцитов (Кузьмичев,2004в). Известно, что гемолиз даже 0.5% эритроцитов у млекопитающих способен привести к повышению концентрации 1С в плазме крови на 0.5 ммоль/л (Меньшиков,2002), а возрастание К в плазме на 2 и более ммоль/л, как показали; исследования, проведенные ранее у карповых рыб, предшествует гибели особей (Запруднова, Мартемьяиов, 1990).
Таким образом, гибель части сеголеток русского осетра и всех особей сибирского осетра и стерляди при повышении солености до 15%о была обусловлена гемолизом эритроцитов, происходящем при возрастании уровня СГ в плазме крови свыше 150-155 ммоль/л вследствие нарушения регуляции содержания хлоридов в организме.
Исследование содержания попов в мышечной ткани показало, что в пресной воде у стерляди концентрация СГ в мышцах поддерживается на более низком уровне, по сравнению с сибирскими русским осетрами, при сходной концентрации этого иона в плазме у всех 3-х видов (таб.5,7,8,12). При: повышении: солености воды до 10%» концентрация СГ в мышечной ткани возрастает в 2.1-2.2 раза у стерляди при его уровне в плазме 120-126 ммоль/л (таб.5,12).
У сибирского осетра в солености 10% о концентрация СГ в мышцах возрастает, при его уровне в плазме: 135-140 ммоль/л (таб,7), по сравнению с содержанием хлоридов в мышечной ткани особей,в пресной воде, в 1.4-1.5 раза (таб.12).
У разноразмерных особей русского осетра содержание хлоридов в мышечной ткани поддерживалось стабильным в диапазоне от 0 до 10%о (таб.12). Кроме того, сравнительный анализ полученных нами, результатов (таб. 5,7,8,12) показал, что отношение концентрации СГ в мышечной ткани к его уровню в плазме (СГ и J СГ пл.) при повышении солености до 10%о у русского осетра не изменилось, у сибирского осетра возросло на 20%, а у стерляди на 49%. В воде с соленостью 15 %о у молоди сибирского осетра и стерляди наблюдается дальнейшее увеличение уровня СГ в мышечной ткани, однако у стерляди перед гибелью было зарегистрировано более значительное повышение этого показателя, в отличие от сибирского осетра (таб.12). У особей русского осетра в 15%о уровень СГ в мышечной ткани возрастает, при его концентрации в плазме 135-140 ммоль/л (таб.8,12), более чем в 1.6 раз, по сравнению с этим показателем у особей в пресной воде (Кузьмичев и др., 2005). Следует отметить, что содержание СГ в мышцах у молоди осетровых в 15%о зависело от продолжительности солевого воздействия и физиологического состояния особей, что объясняет большую вариацию значений по этому иону у рыб при данных условиях (таб.12).
Таким образом, сибирский и русский осетры могут более эффективно регулировать содержание СГ в мышечной ткани, по сравнению со стерлядью. В тоже: время, механизм регуляции содержания ионов в плазме и мышечной ткани у русского осетра позволяют этому виду выдерживать более высокую соленость, в отличие от стерляди и сибирского осетра.
Сравнительный анализ солеустоичивости и особенностей регуляции содержания ионов в плазме крови у различных видов осжтровьгхи костистьгх рьш
Исследования особенностей адаптации к солености у различных по своей эко-логаи видов рыб, свидетельствуют, что адаптация к этому фактору включает несколько связанных между собой механизмов: физиологический, биохимический и поведенческий. Физиологические изменения в организме у рыб связаны с процессами транспорта ионов против концентращгошшх градиентов н обменом осмоли-тами между различными тканями, что позволяет осуществлять осморегуляцию. Биохимические механизмы включают в себя повышение активности различных ферментов, как входящих в состав ионных насосов (в жабрах, почках, клетках красной крови), так и ответственных за увеличение энергоснабжения организма (Матей,І986;Солдатов,2000;РеИзеіа1.,200І). В тоже время, адаптация к солености связана не только с физиологическими и биохимическими особенностями организма, которые позволяют выдерживать в определенных нормой реакции пределах солевое воздействие, но и с возможностью особей совершать миграции; позволяющие выбрать условия, необходимые для выживания и. постепенного возникновения приспособленности к рассматриваемому фактору. При этом экспериментальные исследования; и наблюдения, проведенные в: природных условиях свидетельствуют, что рыбы разных видов при нахождении в галоградиенте избирают различные концентрации солевого раствора в зависимости от их способности адаптироваться к ее повышению (Тирса и др., 1980; Максимович, 1998; Reynolds, Thomson, 1974). Так, изучение особешюстей распределения в солевом градиенте молоди отличающихся по своей солеустойчивости видов рыб: сигов — С. lavaretus и С. sardmella и горбуши, показало, что для сига свойственен выбор морской воды, ряпушки- пресной воды, а сеголетки горбуши, еще находясь в реке, оказывают предпочтение морской воде, но в зависимости от условий откорма могут задерживаться в течение некоторого времени; в пресной (Тирса и др.,1980). Известно, что постепенное увеличение концентрации солей во внешней среде может привести к повышению солеустойчивости у рыб за сравнительно небольшой временной интервал (Дюбин, Киселева, 1983). Так, после предварительного выдерживания молоди лосося, гибридов карпа с сазаном, колюшки трехиглой в течение 15-30 дней в солености, которая являлась максимальной для особей, их порог устойчивости повысился наЗ-5%о(Привольнев,1964). При ступен чатой акклимации - карась может выживать даже при концентрации Na+ 190 ммоль/л в 12%о (Lahlou et al,1969). При последовательной акклимации сеголеток русского осетра и белуги к соленостям в 12-15% после 7-8%о, снижение концентрации ионов Na+ в крови у этих видов к величине, близкой к исходной, происходило быстрее (Дюбин, Киселева, 1983). Исследования жаберного эпителия у осетровых показали, что повышение скорости адаптации к гиперосмотической среде в условиях последовательного возрастания концентрации солей может обеспечиваться за счет увеличения количества хлоридсекретирующих клеток и, следовательно, интенсивности экскреции ионов (Краюшкина, 1967).
Следует отметить, что предпочтение проходными видами различной солености напрямую связано с тем, что в ходе онтогенеза способность адаптироваться к гиперосмотической среде у рыб может возрастать (в зависимости от потенциальной; возможности адаптации,у разных видов) при достижении определенного возраста и размеров (Привольнев, 1966; Баранникова и др.,1983; Ott,Mcbiemey etal.,1970; Reynolds, Thomson,l 974). Сравнительный анализ литературных данных показал, что солеустой-чивость молоди различных видов (осетровых, лососевых) и способность поддерживать ионный гомеостаз в плазме зависят не только от уровня сформированности осморегуляторной системы, но и от размеров особей (Привольнев,!966; Краюшкина, Дюбин,1974; Краюшкина, 1983). Результаты, полученные нами, позволяют заключить, что более крупные сеголетки стерляди, сибирского и русского осетров способны при повышении солености до 10%о и до 15%о поддерживать осморегуляцию более эффективно, по сравнению с особями меньших размеров. Для представителя лососевых - семги ранее было показано, что ее солеустойчивость с возрастом тоже увеличивается, и двухгодовики-смолты этого вида в; бассейне Белого моря способны выдержать 20-25%» (Привольнев, 1966). В тоже.время известно, что минимальная длина смолтов, необходимая для успешной смолтификации во всех реках, составляет 10-12 см, а вес 10-20 г (Казаков,Веселов,1998). Поэтому, при наличии подходящих условий для достижения определенных размеров во время нагула молоди в реке, сеголетки кумжи S. trutta и семги способны адаптироваться к 25%» уже в возрасте 60 дней (Talbot et ah, 1982). Происходит повышение солеустойчивости в онтогенезе и у тюльки С. cultriventris, так для полупроходных популяций на стадии икры и личинки она выдерживает до 13%о (Луц и др.,1984), молоди: до - 33%о (Дорофеевой, 2002).
Повышение солеустойчивости у более крупной молоди различных видов может объясняться несколькими причинами. Известно, что возможность адаптации к повышению солености определяется; сформированностью структур органов ответственных за осморегуляцию. Наряду с этим необходимо учитывать, что повышение способности адаптироваться к солености с ростом особей может быть связано с изменением соотношения между поверхностью тела, через которую происходит обмен ионами с внешней средой, и его объемом. При этом возрастание объема и массы тела у рыб по отношению к его поверхности сопровождается увеличением размеров кровеносной системы, а значит и количества крови, что способствует сохранению водно-солевого баланса. Однако, следует учитывать, что поддержание гипоосмотического типа осморегулящш связано с потреблепием жидкости, необходимой для предотвращения обезвоживания организма в солевой: воде (Наточини др., 1980),что приводит к возрастанию концентрации Na+ ,СГ,М + и К в плазме крови. В тоже время, у более крупных рыб имеется большая площадь жаберного эпителия (Строганов, 1962), а значит и более значительное количество хлоридсекре-тирующих клеток (КраюшкинаД 972), которые играют основную роль в вьшедеіши одновалентных ионов из плазмы крови в гиперосмотической среде.
Следует отметить, что адаптация к солености сопровождается изменениями в структурах, ответственных за этот процесс (жабрах, почках), что требует значительных энергетических затрат (Hegab3anke,1982;MorganJwawa,1998). Кроме того, в проведенных ранееэкспериментах на некоторых лососевых (микижа, атлантический лосось) было показано, что адаптация к гиперосмотической среде сопровождается снижением скорости роста более мелких особей,- что может быть связано с увеличением: «энергетической стоимости» осуществления саморегуляции (Jurss et al.,1985; Duston, 1994). Так, у атлантического лосося при солености 20%о было отмечено замедление роста пестряток, а в 20-31 %о временно уменьшалась скорость роста и у смолтов (Dustoii,1994). В тоже время, известно, что применение богатой белком диеты при содержании в гиперосмотической среде молоди лососевых может позволить компенсировать затраты на осморегуляцию и предотвратить снижение скорости роста молоди (Jurss et al.,1985).
Сравнительный анализ особенностей, регуляции содержания ионов в; эритроцитах и мышечной ткани у различных видов осетровых и костистых рыб
Способность регулировать содержание ионов в эритроцитах у различных видов рыб при изменении осмолярности плазмы крови и ее ионного состава является одним из механизмов эколого-физиологической адаптации к повышению солености. В пресной воде у осетров в эритроцитах концентрация ионов Na+, была больше (таб.10), чем у некоторых карповых - плотвы, карпа (Мартемьянов,1996;2001), леща и щуковых—щуки (МартемьяновД 988). Кроме того, у сибирского и русского осетров концентрация 1С в эритроцитах была больше, чем у плотвы и леща (таб.10, 14). Ранее более высокая концентрация ионов Na+ была обнаружена в эритроцитах у форели, по сравнению с карпом, во время акклимации в пресной воде (Лиманский, 1986).
Изменение концентрации ионов в эритроцитах, происходящее в соленой воде у особей разных видов, может быть связано с поддержанием необходимого уровня оксигенации гемоглобина, т.к. адаптация к повышению солености во многих случаях сопроюждается повышением потребления кислорода у различных видов рыб (Хлебович, 1974; DeSUvaetal., 1986), в связи с увеличением энергозатрат, требующихся на поддержание осморегуляции (Morganjwama, 1998). Так, известно, что увеличение содержания К в клетках красной крови при повышении солености или температуры (Мартемьянов, 1995; Jensen, 1992) сопровождается; дезоксигенацией гемоглобина и возрастанием интенсивности тканевого дыхания, а значит и окислительного фосфорилирования, приводящего к синтезу АТФ ( Березов, Коровкин,1998). У придонных морских рыб (бычки, скорпена), которые могут испытывать недостаток кислорода,.в эритроцитах происходит повышение содержания М +(Содцатов,1997). В этой ситуации возникает необходимость усилить оксигенацию гемоглобина, чему способствует конкурентное ингибирование катионами Mg связи нуклиотидтрифос-фатов, присутствующих в эритроцитах, с молекулой дыхательного пигмента (Сол-датов,1997; HoustonJfCoss, 1984). Следовательно, изменение концентрации ионов М 4", К4" и; в ряде, случаев СГ (Солдатав, 1997) в эритроцитах у разных видов рыб способствует поддержанию оптимального сродства гемоглобина к кислороду. В тоже время, в случае уменьшения эффективности газообмена в оргаїшзме, например, при аккумуляции нитратов, которые, превращаясь в нитриты, приводит к образованию метгемоглобина(Князев,Смарыгнн,1990) у рыб, как показали наши исследования на стерляди, может происходить. нарушение ионной регуляции и снижение солеустойчи-вости. (Кузьмичев, 20036).
Проведенные нами исследования; показали, что устойчивость эритроцитов к гемолизу у различных ввдов при повышении солености определяется, прежде всего, их устойчивостью к возрастанию концентрации СГ в плазме. Так, у стерляди, сибир ского и русского осетров гемолиз эритроцитов происходил при возрастании СГ в плазме крови свыше 155 ммоль/л. При: этом перед гибелью у плотвы в. 12%о, а у стерляди и сибирского осетра в 15%о повышение хлоридов в плазме у особей происходило более интенсивно, чем Na+, т.к. концентрация СГ была больше уров ня Na+ (таб.5,7,13). Кроме того, у стерляди, гибель которой в 15%о происходила за 24-28 ч, концентрация в плазме, в отличие от сибирского осетра и части особей русского осетра, гибнущих в этой солености через 3-5 - суток, возрастала незначительно (таб.5,7,8). Проведенные ранее эксперименты на карпе (Пучков,1954) тоже показали, что при повышении солености перед гибелью у особей при нарушении ионной регуляции происходит резкое возрастание уровня хлоридов, а изменения в концентрации Mg + в плазме крови у рыб были незначительными. Кроме того, исследования ионного состава крови у угря Anguilla anguilla показали, что при его акклимации к растворам КС1 значительной коїщентрации гибели рыбы предшествовало резкое. возрастание уровня СГ в плазме, а содержание других ионов (Na+, Mg , Са2+ ) в: плазме при этом изменялось незначительно (Пучков,1954).
Таким образом, сравнение наших результатов и данных литературы свидетельствует, что СГ является тем осмолитом, возрастание уровня которого, в случае нарушения регуляции его содержания в организме при повышении солености, может привести к гемолизу эритроцитов-и к гибели некоторых осетровых и карповых.
В тоже время, у карпа устойчивость эритроцитов гемолизу, происходящему в результате воздействия высоких концентраций NaCl на клетки красной крови при повышении осмолярности плазмы, может быть выше в связи с более значительным сродством его эритроцитарных мембран к ионам Са + .Это предположение подтверждается результатами ранее проведенных исследований, которые показали полный гемолиз клеток красной крови карпа в случае резкого снижения концентрации Са2 в инкубационной среде (Котелевцев и др.,2004). Следует отметить, что у систематически близкой к карпу плотвы снижению устойчивости эритроцитов к гемолизу сразу после нереста (МартемьяновДООІ) тоже предшествовало уменьшение концентрации Са2+ в эритроцитах (Мартемьянов,1998). Кроме того, сравнительный анализ данных литературы показал, что и у многих морских рыб устойчивость эритроцитов к гемолизу может быть выше, чем у осетровых, о чем свидетельствует способность морских видов поддерживать более высокий уровень СГ в крови (таб.1). При этом некоторые морские виды имеют более высокий верхний предел концентрации СГ в; плазме крови, допустимый для жизни, по сравнению с проходными осетровыми и лососевыми, выдерживающими океаническую соленость (ЛиманскшМ 986; КраюшюшаД 998; Natochin, Lavrova,1974; Morgan, Iwawa, 1998). Следует отметить, что наличие более устойчивых к повышению концентрации хлоридов в плазме эритроцитов у многих морских видов рыб является одним из механизмов физиологических адаптации, т.к. может позволить им уменьшить энергозатраты на экскрецию СГ в морской воде. В тоже время, у морских костистых и хрящевых рыб в плазме крови поддерживается значительный уровень Са2+ - так его концентрация у акул и скатов достигает 4.5 ммоль/л, а у костистых- 6.8ммоль/л при обитании особей в воде различной солености (Силкин, Солюс, 1987; Natochin, Lavrova, 1974), При этом сравнение данных литературы показало, что в морской воде у рыб; возрастание концентрации Са2+ в плазме коррелирует с увеличением содержания СГ (рис.16). Известно, что при резком возрастании уровня ионов Са2+ внутри клеток сверх допустимого значения их устойчивость к различным повреждающим факторам может снижаться (Болдырев, 1986). Показано, что ионы Са2+, содержащиеся в плазме крови, необходимы для: активации большинства факторов свертывания крови, и играют существенную роль в полимеризации фибрина (Шмидт, Тевс,1996). Кроме того, необходимо учитывать, что увеличение концентрации Са2+ в кровяном русле, часть которого находится в виде свободных катионов (Шмидт, Тевс,1996), позволяет поддерживать сбалансированный ионный: состав плазмы (ХлебовичД974) и может оказывать стабилизирующее воздействие на структуру эритроцитарных мембран, замедляя гемолиз форменных элементов при изменении содержания NaCl в крови. Подтверждением этому может служить и проведенное ранее исследование проницаемости эритроцитов у ската Rajaclavata во время их инкубации в растворе с различными коїщентрациями Са2 .
