Scientific journal

Modern problems of science and education

ISSN 2070-7428

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,006

Под воздействием изменяющихся факторов среды и эндогенных ритмов у эктотермных организмов формируется адаптационный ответ, связанная, в частности, с изменением состава высших жирных кислот, как самых подвижных компонентов биомембран. Направлена данная реакция на поддержание «гомеостаза вязкости» и нормальное функционирование самой биомембраны [27]. Уровень ненасыщенности жирнокислотных радикалов, входящих в состав мембранных липидов, определяет жидкокристаллическое состояние липидного бислоя, а, следовательно, сказывается на функциональных свойствах в той или иной степени связанных с мембранами белков, на транспортной, секреторной и других клеточных функциях [4, 7, 12, 21]. Наиболее значительные адаптивные перестройки в липидном обмене водных животных вызывает температурный фактор [5]. На их биохимический состав достаточно большее влияние оказывает и физиологическое состояние гидробионтов - репродуктивный цикл, сезонная динамика активности питания, доступность и состав пищи [26]. Результаты воздействия этих факторов, оказывающих влияние на биохимический состав, в целом может служить индикатором популяционной разобщенности вида [2].

Целью работы являлось изучение влияния сезонных колебаний абиотических факторов среды и физиологического состояния литоральных ракообразных на их жирнокислотный состав.

Материал и методы

Объектом изучения служили гаммариды - Gammarus oceanicus (Segerstrale, 1947) и Gammarus duebeni (Lilljeborg, 1851), собранные во время отлива на литорали губы Чупа Кандалакшского залива Белого моря летом и осенью 2005 г. Исследуемые рачки относятся к бореальным широко распространенным североатлантическим видам, обитающим при различной солености. G. oceanicus - морской эвригалинный вид, способный существовать в широким пределах солености - от нормальной морской (32-34 ‰) до сильно распресненной воды с соленостью 1-5 ‰. G. duebeni - солоноватоводный вид, обитающий, как правило, в опресненных участках морского побережья, где соленость варьирует от 3 до 12 ‰ [13].

Во время сбора проб температура воды в осушной зоне была летом 13-18⁰С (в литоральных ваннах - около 20⁰С), а осенью - 3-4⁰С.

Бокоплавы являются всеядными животными. Используют детрит, остатки животных (изопод, личинки насекомых и олигохет); отмечены случаи каннибализма и некрофагии. В естественных условиях основу рациона рачков составляет растительная пища - зеленые и бурые водоросли [6, 13].

Собранных рачков, принадлежащих к одному виду, объединяли по 30 особей, фиксировали 90% (об.) этанолом и помещали на хранение до анализа при температуре около 4⁰С. Экстракцию липидов проводили по методу Фолча [20]. Жирнокислотный состав общих липидов был определен при помощи газо-жидкостной хроматографии на капиллярном хроматографе «Кристалл-5000» с пламенно-ионизационным детектором. Метилирование общих липидов проводили по Э.П. Цыганову [14]. Использовали капиллярную колонку с внутренним диаметром 0,32 мм и длиной 50 м со стационарной фазой FFAP, толщиной 0,50 мк. Анализ проводили в изотермическом режиме при 225⁰С. Концентрацию компонентов рассчитывали при помощи программ «Хроматэк-аналитик».

Идентификацию жирных кислот осуществляли сравнением времени удерживания доступных метчиков и по совпадению вычисленных эквивалентных цепей молекул с табличными данными [22].

Достоверность различий оценивали по непараметрическому критерию U - Вилкоксона-Манна-Уитни при р‹0,05 [3].

Результаты и обсуждение

Содержание основных групп высших жирных кислот в общих липидах гаммарид менялось по сезонам. Осенью в исследуемых рачках по сравнению с летом происходило уменьшение содержания насыщенных жирных кислот на 15-18 % и небольшое повышение моноеновых (эйкозаеновой) и полиеновых (линоленовой и докозагексаеновой) кислот (см. табл.). Эти вариации отразились на величине коэффициента ненасыщенности (отношении суммы полиненасыщенных к сумме насыщенных высших жирных кислот). Значения этого соотношения были выше в осенних пробах гаммарид на 33-57 %. Увеличение доли ненасыщенных жирных кислот и уменьшение количества насыщенных вызвано, по-видимому, прежде всего, сезонным снижением температуры воды и необходимостью поддерживать на должном уровне «жидкокристаллическое» состояние мембранных структур [5, 11, 19].

Исследуя сезонную динамику жирнокислотного состава у эктотермных животных очень трудно вычленить воздействие только изменяющегося термического режима, поскольку на протяжении сезона претерпевают колебания и другие сопутствующие абиотические и биотические факторы. Так, температурные адаптации на уровне липидов очень тесно сопряжены с качественными и количественными изменениями состава пищи, видовыми особенностями экологии и жизненных циклов гидробионтов.

Полиеновые высшие жирные кислоты линолевого ряда (ω6 типа) имеют более высокую точку плавления в сравнении с кислотами линоленового ряда (ω3 типа) [1]. Вследствие этого, показателем изменения микровязкости мембранных липидов является отношение суммы ω3 кислот к сумме ω6 жирных кислот. В наших исследованиях величина этого коэффициента была выше у эвригалинного G. oceanicus, чем у солоноватоводного G. duebeni и составляла, соответственно 1,2-1,4 и 0,7. Полученные данные свидетельствуют об увеличении значения ω3/ω6, а, следовательно, и о снижении вязкости мембранных липидов, при возрастании солености среды обитания.

В осенних пробах по сравнению с летом у G. duebeni наблюдалось повышение количества ω3 кислот на 19 %, а у G. oceanicus снижение на 13 % (табл.), что обусловлено, вероятно, различиями жизненных циклов рачков. О правомочности такого предположения свидетельствуют данные, полученные при изучении липидного обмена у других водных беспозвоночных. Было показано, что у молоди креветки по мере развития половых продуктов накапливаются ω3 жирные кислоты [15]. Следует отметить, что период размножения у G .duebeni длится с мая по октябрь, а у G. oceanicus - с март по август [6, 13]. Поэтому, увеличение доли ω3 кислот в октябре у размножающихся G. duebeni связано, прежде всего, с интенсивным потреблением пищи, содержащей кислоты ω3 ряда, и расходованием их в репродуктивных процессах.

В исследуемых видах среди полиненасыщенных жирных кислот преобладали линолевая (6-8 %) и эйкозапентаеновая (5-8 %) кислоты, имеющие, вероятно, пищевое происхождение, поскольку у них отсутствуют ферменты-десатуразы, участвующие в синтезе целого ряда полиненасыщенных жирных кислот [16, 17].

Величина соотношения 20:5ω3/22:6ω3 кислот указывает на потребление животным растительной пищи. Было выявлено [18], что у антарктического криля, диета которого состоит из диатомовых микроводорослей, значение этого отношения существенно больше 1. Также показано, что в фитопланктоне и ракообразных-фитофагах выше содержание эйкозапентаеновой, чем докозагексаеновой [1]. В исследуемых рачках соотношение 20:5ω3/22:6ω3 составляло летом 3,3 - 3,6, а осенью - 1,6 - 2,4, что указывает на преобладание растительной пищи в их рационах. Уменьшение этого коэффициента осенью связано с сезонными качественными изменениями пищи гаммарид.

Важная роль в адаптивных реакциях эктотермных организмов принадлежит докозагексаеновой кислоте (22:6ω3), которая благодаря особенностям строения обладает уникальными свойствами, позволяющими ей вместе с другими компонентами биомембран выполнять функции температурного стабилизатора липидных бислоев. Количество докозагексаеновой кислоты у исследуемых гаммарид повышалось осенью (на 50-67%), но у G. duebeni ее уровень был стабильно ниже на 56-73%. Данная закономерность, вероятно, связана с различиями условий обитания этих видов.

Имеются сведения, что включение в мембраны 22:6ω3 кислоты представляет один из основных способов быстрого реагирования на любые изменения окружающей температуры и стабилизации липидного бислоя в течение непродолжительного периода [8, 9, 10]. Методами имитационного компьютерного моделирования было показано [8, 25], что с увеличением количества двойных связей в углеводородной цепи от одной до шести, растет ориентационная разупорядоченность простых связей, соседних с двойными, возрастают пространственные флуктуации атомов углерода двойных связей и резко уменьшается абсолютная величина температурного коэффициента геометрических размеров цепи. Эта важнейшая характеристика для кислоты 22:6w3cis оказалась на порядок меньше таковой для насыщенной цепи с тем же числом атомов углерода 22:0 [8]. Иными словами, полиненасыщенная цепь докозагексаеновой кислоты в жидкокристаллическом состоянии характеризуется максимальной равновесной и высокой кинетической гибкостью, а чувствительность ее средних геометрических размеров и других параметров к изменению температуры оказывается многократно более низкой по сравнению с насыщенными цепями [8].

Из сказанного следует, что включение докозагексаеновой кислоты в состав биомембран гаммарид, снижает чувствительность литоральных рачков к колебаниям температуры, солености и других экологических факторов.

У изученных рачков к осени было выявлено снижение уровня пальмитолеиновой кислоты на 22-30 %, которая может использоваться в качестве маркера наличия диатомовых водорослей в пище животного. В умеренных водах содержание этой кислоты в диатомеях подвержено влиянию условий среды обитания [23]. Диатомовые водоросли могут накапливаться в донных осадках и участвовать в образовании детрита. В наших исследованиях была выявлено, что содержание пальмитолеиновой кислоты меняется в зависимости от сезонных вариаций количества диатомовых водорослей в воде и осадках. Можно предположить, что уменьшение количества этой кислоты осенью связано, как со снижением ее содержания в пище гаммарид, так и с уменьшением доли детрита в их рационах.

Маркером потребления бурых водорослей является суммарное содержание 18:2ω6, 18:3ω3, 18:3ω6, 18:4ω3, 20:2ω6, 20:4ω6 кислот в жирнокислотном составе организма-консумента [23]. По нашим данным, в исследуемых видах количество этих жирных кислот было довольно высоким (летом - около 14, а осенью - 16-17 %).

Таким образом, результаты исследования показали наличие сезонной динамики в содержании как основных групп жирных кислот, так и индивидуальных фракций. Изменение температуры окружающей среды индуцирует модификацию жирнокислотного состава липидов. В частности, к осени усиливается синтез моноеновых и снижается количество насыщенных жирных кислот. Количественные вариации полиненасыщенных жирных кислот у гаммарид обусловлены сезонным изменением видового и жирнокислотного состава их пищи. На основании полученных данных можно предположить, что в рационе рачков в летний период значительную долю составляет детрит, в осенний - бурые водоросли. У исследуемых гаммарид выявлены различия значений соотношения ω3/ω6 жирных кислот в зависимости от солености среды обитания и стадии жизненного цикла. Репродуктивный цикл рачков обусловливает изменения в содержании ω3 кислот.

Работа выполнена при поддержке грантов Президента РФ для поддержки ведущих научных школ НШ-4310.2006.4, РФФИ (№ 02.444.11.7135) и проекта РГНФ (проект № 05-04-97517).

Таблица 1. Содержание основных высших жирных кислот (% от суммы жирных кислот, M±m) в общих липидах исследованных гаммарид (n=10)

¹ Сумма жирных кислот линоленового типа / сумма жирных кислот линолевого типа;

² Сумма полиненасыщенных жирных кислот / сумма насыщенных жирных кислот.

различия достоверны (р‹0,05) при сравнении

^a летние пробы G. oceanicus и G. duebeni

^b летние и осенние пробы G. oceanicus

^c летние и осенние пробы G. duebeni

^d осенние пробы G. oceanicus и G. duebeni

Также были идентифицированы жирные кислоты: iso-13:0, 13:0, 13:1, iso-14:0, 14:1, iso-15:0, anteiso-15:0, 14:2(n-6), iso-16:0, anteiso-17:0, 16:2(n-6), 17:0, 17:1(n-8), 18:4(n-3), 20:0, 20:2(n-6), 20:3(n-6), 22:2(n-9), содержание которых не превышало 0,5 % от суммы жирных кислот.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Акулин В.Н., Каредин Е.П., Первунинская Т.А. // Гидробиол. ж. 1975. Т. XI. № 2. С. 45.
2. Брязгин В.Ф. // Физико-химические условия формирования биологической продукции Баренцева моря. Апатиты: Изд-во Кольского филиала АН СССР. 1980. С. 93.
3. Гублер Е.В., Генкин А.А.. Применение критериев непараметрической статистики для оценки различий двух групп наблюдений в медико-биологических исследованиях. М.: Медицина. 1969. 29 с.
4. Когтева Г.С., Безуглов В.В. // Биохимия. 1998. Т. 63. Вып. 1. С. 6.
5. Крепс Е.М. Липиды клеточных мембран. Л.: Наука, 1981. 339 с.
6. Луппова Е.Н. // Фауна беспозвоночных Карского, Баренцева и Белого морей (информатика, экология, биогеография). Апатиты: КНЦ РАН. 2003. С. 240.
7. Проссер К.Л. // Клетка и температура среды. М.; Л.: Мир. 1964. С 245.
8. Рабинович А.Л., Рипатти П.О. // Успехи современной биологии. 1994. Т.114. Вып. 5. С. 581.
9. Рабинович А.Л., Рипатти П.О., Дашевский В.Г. // Биофизика. 1985. Т.30. Вып. 5. С. 802.
10. Рипатти П.О., Рабинович А.Л., Богдан В.В. // Биохимия молоди пресноводных рыб. Петрозаводск: Кар. филиал АН СССР. 1985. С.27.
11. Смирнов Л.П. Роль липидов и белков в становлении биохимических адаптаций у эктотермных орагнизмов: Автореф. дис...доктора биол.наук. - Петрозаводск, 2005.
12. Хочачка П., Сомеро Дж. Биохимическая адаптация. М: Мир. 1988. 567 с.
13. Цветкова Н.Л. Прибрежные гаммариды северных и дальневосточных морей СССР и сопредельных вод. Л.: Наука. 1975. 256 с.
14. Цыганов Э.П. // Лабораторное дело. 1971. N8. С. 490.
15. Allen Cathy E., Copley Jon T., Tyler Paul A. // Mar. Ecol. 2001. Vol. 22. N 3. P. 241.
16. Arts M.T., Ackman R.G., Holub B.J. // Can. J. Fish.Aquat. Sci. 2001. Vol. 58. P.122.
17. Birkely S.R., Grahl-Nielsen O., Gulliksen B. // Polar Biol. 2003.Vol. 26. P. 83.
18. Falk-Petersen S., Hagen W., Kattner G., Clarke A., Sargent J.R. // Can. J. Fish.Aquat. Sci. 2000. Vol. 57. P.178.
19. Farkas T., Herodek S. // J. Lipid Res. 1964. N 5(869). Р. 396.
20. Folch J., Lees M., Sloan-Stanley G.H. // J.Biol.Chem. 1957. V. 226. N1. P. 497.
21. Hazel J. // Effect of temperature on ectothermic organisms. Btrlin. 1973. Р.55.
22. Jamieson G.R. // J. Chromatogr.Sci. 1975. V.13. N 10. P.491.
23. Kharlamenko V.I., Zhukova N.V., Khotimchenko S.V., Svetashev V.I., Kamenev G.M. // Mar.Ecol.Prog.Ser. 1995. Vol. 120. P.231.
24. Leveille J-C., Amblard C., Bourdier G. // J. Plankt. Res. 1997. Vol. 19. P. 469.
25. Rabinovich A.L., Ripatti P.O., Balabaev N.K., Leermakers F.A.M. // Physical Review E. 2003. V.67. N 1. P. 011909_1.
26. Rosa R., Nunes M.L. // Deep-Sea Res. Pt 1. 2003. 50, N 1. Р. 119.
27. Sinensky M. // Proc. Nat. Acad. Sci. USA. 1974. Vol. 71. P. 522.