« УЧРЕЖДЕНИЕ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК ИНСТИТУТ БИОЛОГИИ РАЗВИТИЯ им. Н.К. КОЛЬЦОВА На правах рукописи ...»
Примечание: t - время развития при180С, сут; - биологическийвозраст, Детлаф; N - число измерений, n - числозародышей.
Рост
Рост зародышаначинается на стадии гаструлы. В этотпериод удельная скорость роста быстроувеличивается, достигая максимума кмоменту формирования трохофоры (3-4 сут.)(рис. 4.1б).
Начиная со стадиипоздней гаструлы и вплоть до формированияпозднего велигера, происходит плавноеувеличение объема зародышей (табл. 4.1; рис.4.1а), однакодальнейший рост идет неравномерно.
Особенно наглядно этовидно на графике зависимости удельнойскорости роста от возраста зародышей (рис.4.1б)
Рисунок 4.1. Кинетикаизменения объема зародыша (а), скорости роста(б), скоростипотребления кислорода (в) и интенсивностипотребления кислорода (г) в зародышевомразвитии L. stagnalis. По оси абсцисс - время развития, сут.Границы стадий развития (
): 1 -от начала дробления до поздней гаструлы; 2 -трохофора; 3 - велигер; 4 - ползающий зародыш.Линии проведены с помощью сглаживающихкубических сплайнов.
Удельная скорость ростав этот период начинает колебаться,формируя 2 пика: на 10 и 15 сут.Неравномерность роста, по-видимому, несвязана с рассинхронизацией развития вэтот период, поскольку неравномерный ростнаблюдается и в тех кладках, в которых всезародыши развиваются синхронно.
Энергетическийобмен
Скорость потреблениякислорода зародышами экспоненциальновозрастает, начиная с самых ранних стадийдо стадии позднего велигера. На болеепоздних стадиях темп увеличения этогопараметра замедляется (табл. 4.1; рис.4.1в).
Интенсивностьпотребления кислорода увеличивается наранних стадиях развития и достигаетмаксимума на стадии гаструлы. Затем,одновременно с началом роста зародыша,наблюдается постепенное плавноеуменьшение этого параметра вплоть довылупления (табл. 4.1; рис. 4.1г).
Взаимозависимостьмассы и энергетического обмена
Взаимосвязь скоростипотребления кислорода зародышами и ихобъема представлена на рис. 4.2. Для взрослыхживотных зависимость скорости потреблениякислорода Q отобъема (массы) тела M обычно описывается степенной(аллометрической) функцией (см.:Шмидт-Ниельсен, 1987):
Q = a Mk, (4.1)
где a, k - константы.
Однако из рис. 4.2 видно,что степенная функция (4.1) не может бытьприменена для зародышей L.stagnalis как на всем протяжениизародышевого развития, так и на части егоот поздней гаструлы до вылупления. Этоподтверждается использованием критериянелинейности с достоверностью p < 0.001.
На наш взгляд, взародышевом развитии L.stagnalis можно выделить, покрайней мере, три периода, в течениекоторых степенная зависимость междускоростью потребления кислорода и объемомзародыша имеет различные значениякоэффициентов. Первый период - раннееразвитие вплоть до стадии гаструлы. В этовремя увеличения объема зародыша непроисходит и, следовательно, скоростьпотребления кислорода не зависит от объемазародыша. Второй период - личиночный(стадии трохофоры и велигера), напротяжении которого коэффициентыуравнения (4.1) имеют следующие значения:a = 3.13±0.14нл О2/(чгk); k = 0.514±0.038. Третийпериод - постларвальный, в которомкоэффициенты уравнения (4.1) принимаютзначения: a = 9.85±0.20 нл О2/(чгk);k = 0.206±0.035.
Аллометрическийрост
Взаимосвязь междулинейными размерами зародышей также неможет быть описана аллометрическойзависимостью (3.2) на всем протяжениизародышевого развития (рис. 4.3) сдостоверностью p < 0.001.
Рисунок 4.2. Зависимостьскорости потребления кислорода от объемазародыша L. stagnalis. По оси абсцисс - объем зародышаV, нл; по осиординат - скорость потребления кислородаQ, нл О2/ч. Границы стадийразвития (
): 1 - от началадробления до поздней гаструлы; 2 -трохофора; 3 - велигер; 4 - ползающий зародыш.(
) - аппроксимацияуравнением (4.1). Шкалалогарифмическая
Рисунок 4.3. Зависимостьширины (H) отдлины (L)зародышей L. stagnalis. Границы стадий развития (
Расчеты показывают, чтовесь эмбриогенез можно разделить, покрайней мере, на три периода, в течениекоторых степенная зависимость междушириной (H) идлиной (L)зародыша имеет различные значениякоэффициентов. Первый период - начиная сраннего развития вплоть до стадиитрохофоры, когда зародыш имеет форму,близкую к шарообразной и, соответственнозависимость (3.2) изометрична: H = L. Второй период -стадии велигера и великонхи, на протяжениикоторого зародыш имеет форму, близкую кэллипсоиду вращения, а зависимость H(L) описывается формулойотрицательной аллометрии скоэффициентами: a = 1.52±0.21 мм1-k; k = 0.878±0.077. По окончании этогопериода зародыш перестает вращаться иначинает ползать. Третий период - стадияползающего зародыша, в котором уравнение(3.2) имеет коэффициенты, соответствующиеположительной аллометрическойзависимости: a = 0.23±0.04 мм1-k; k = 1.149±0.039 (рис. 4.3).
4.1.2. Рост иэнергетический обмен в раннемпостличиночном онтогенезе Lymnaea stagnalis
Понятие "раннийпостличиночный период" весьма расплывчатои трактуется по-разному в зависимости отточки зрения авторов и изучаемого видаживотных. Поэтому необходимо уточнить, чтоименно понимается под этим термином врамках данной работы.
Выделение раннегопостличиночного периода как особогопериода развития связано с тем, что послеокончания метаморфоза и формирования"взрослого" животного, как правило,происходит резкая смена параметровокружающей среды и требуется определенноевремя для акклимации организма к новымусловиям существования. Очевидно, чтоначалом раннего постличиночного периодаможно считать момент перехода моллюсков кусловиям существования взрослыхорганизмов: вылупление, если предыдущееразвитие проходило внутри кладок; выходживотных из материнского организма вслучае живорождения; окончаниеметаморфоза и переход к взрослому образужизни для моллюсков, имеющих свободную илипаразитирующую личинку. Концом раннегопостличиночного периода мы будем считатьмомент окончания акклимации к новымусловиям среды, когда параметры организмов(масса и скорость метаболизма) начинаютподчиняться закономерностям, характернымдля взрослых животных (см. раздел 4.3).
Для L.stagnalis продолжительностьраннего постличиночного периода варьируети в среднем составляет приблизительно 10нед. от момента вылупления (при 18°С).
В этот периоднаблюдается массовая гибель животных.Всего из более чем 1000 вылупившихся L. stagnalis до 2-месячноговозраста дожило 20 экземпляров (около 2%), адо взрослого состояния - 14 экземпляров(около 1,5%).
Чувствительностьиспользованных нами методов определенияскорости потребления кислорода непозволила проводить измерения дляотдельных особей непосредственно послевылупления. Поэтому наиболее молодыхмоллюсков (с массой, не превышающей 3 мг) мыкультивировали в группах (до 20 особей нагруппу). В группы подбирали животных,имеющих приблизительно одинаковыеразмеры. Индивидуальные измеренияскорости потребления кислорода начинали,как только это позволяла чувствительностьметода.
Первоначально мыпровели 5 измерений для L.stagnalis в возрасте от 1 до 7 днейв водной среде с помощьюполярографического газоанализатора (см.раздел 3.2). Количество животных при каждомизмерении составляло 20-40 особей. Оказалось,что молодые L. stagnalis не потребляют кислород,растворенный в воде. По-видимому, находясьпод водой, они используют для дыханиякислород из воздуха, захваченного ими споверхности и находящегося подповерхностью раковины. В связи с этимдальнейшие измерение скорости потреблениякислорода мы проводили у животных,находящихся в воздушной среде. Полученныерезультаты представлены в табл. 4.2 и на рис.4.4.
Таблица 4.2 Рост иэнергетический обмен L.stagnalis в раннем постличиночномонтогенезе
| t, нед. | Рост | Энергетический обмен | ||||||
| N | n | M, мг | L, мм | N | n | Q, мкл О2/ч | q, мл О2/(ч·г) | |
| 0* | 17 | 843 | 0.38±0.01 | 1.25±0.01 | 17 | 843 | 0.035±0.001 | 0.093±0.002 |
| 0.5 | 12 | 224 | 0.43±0.03 | 1.35±0.03 | 12 | 224 | 0.136±0.017 | 0.314±0.033 |
| 1 | 13 | 246 | 0.53±0.04 | 1.55±0.03 | 13 | 246 | 0.147±0.010 | 0.285±0.019 |
| 1.5 | 14 | 231 | 0.76±0.04 | 1.73±0.03 | 14 | 231 | 0.152±0. 013 | 0.201±0.015 |
| 2 | 21 | 332 | 0.61±0.05 | 1.51±0.05 | 21 | 332 | 0.160±0.014 | 0.271±0.021 |
| 2.5 | 18 | 177 | 0.84±0.05 | 1.80±0.04 | 17 | 175 | 0.171±0.034 | 0.203±0.029 |
| 3 | 19 | 219 | 0.69±0.06 | 1.68±0.05 | 19 | 219 | 0.139±0.023 | 0.207±0.022 |
| 3.5 | 8 | 35 | 1.05±0.12 | 1.98±0.09 | 7 | 32 | 0.261±0.079 | 0.218±0.044 |
| 4 | 13 | 74 | 0.86±0.15 | 1.80±0.08 | 11 | 69 | 0.384±0.081 | 0.444±0.058 |
| 5 | 8 | 38 | 1.23±0.21 | 2.08±0.17 | 7 | 37 | 0.349±0.074 | 0.285±0.033 |
| 6 | 18 | 38 | 1.34±0.15 | 2.17±0.09 | 15 | 33 | 0.351±0.058 | 0.327±0.046 |
| 7 | 11 | 25 | 1.70±0.18 | 2.42±0.10 | 1 | 1 | 0.450 | 0.366 |
| 8 | 18 | 25 | 1.95±0.26 | 2.53±0.13 | 18 | 25 | 0.599±0.114 | 0.317±0.046 |
| 9 | 6 | 6 | 2.91±0.56 | 3.02±0.30 | 5 | 5 | 0.542±0.141 | 0.367±0.208 |
| 10 | 9 | 9 | 3.28±0.56 | 3.14±0.32 | 6 | 6 | 0.687±0.071 | 0.328±0.055 |
Примечания: * – приведены данные,полученные при изучении эмбриогенезаL. stagnalis; t – время от моментавыхода из капсулы; N –количество измерений; n –число животных;M – масса; L – высота раковины;Q – скоростьпотребления кислорода; q = Q/M –интенсивность потребления кислорода.
Рост
Интегральные параметры(масса и высота раковины) изменяются враннем постличиночном онтогенезе, напервый взгляд, вполне равномерно ипродолжают кривую роста зародышевогопериода. Однако расчеты динамическихпараметров (удельной скорости роста,dM/Mdt и относительной скорости изменениявысоты раковины, dL/Ldt) показывают, что этоне так: рост моллюсков идет с переменнойскоростью. Причем, для обоих параметровнаблюдаются синхронные колебания спериодом 1-2 нед. различной амплитуды (рис.4.4а, б). В среднем, значениядинамических параметров стабильны втечение всего раннего постличиночногопериода и совпадают с их значениями,полученными для конца зародышевогопериода.
Рисунок 4.4. Кинетикаизменения параметров L.stagnalis в зародышевом развитии(1) и раннем постличиночном онтогенезе (2). Пооси абсцисс: возраст (начальный моментвремени t = 0соответствует вылуплению). По оси ординат:а - масса (полевой оси; сплошная линия, черные кружки -экспериментальные данные) и удельнаяскорость роста (по правой оси; "размытая"линия); б -высота раковины (по левой оси; сплошнаялиния, черные кружки - экспериментальныеданные) и относительная скорость изменениявысоты раковины (по правой оси; "размытая"линия); в -скорость потребления кислорода (черныекружки - экспериментальные данные); г - интенсивностьпотребления кислорода. (черные кружки -экспериментальные данные). Кривыепроведены с помощью сглаживающихкубических сплайнов. Вертикальнаяпунктирная линия - момент вылупления
Энергетическийобмен
Скорость потреблениякислорода Q враннем постличиночном периоде нарастает.Рост идет ступенчато: периоды увеличениязначений Q втечение 1ойнед. сменяются 2х недельными периодамиотносительного постоянства этогопараметра (рис. 4.4в).
Для интенсивностипотребления кислорода (q) наблюдаютсязначительные колебания (рис. 4.4г). Возраст, прикотором эти колебания достигают локальныхмаксимумов, и их период не совпадают ссоответствующими значениями для dM/Mdt иdL/Ldt. Колебания интенсивностипотребления кислорода осуществляются сразличным, все возрастающим периодом от 1.5до 3 нед. при общей тенденции к постоянствусредних значений q.
Взаимозависимостьмассы и энергетического обмена
Несмотря нанеравномерность изменения размеровмоллюсков и метаболизма,взаимозависимость между этими параметрамихорошо аппроксимируется аллометрическимуравнением (4.1), что подтверждаетсякритерием нелинейности. Аллометрическиезависимости имеют следующие значениякоэффициентов:
M = (0.202±0.004) L(2.29±0.02), (n = 228);
M = (0.8181±0.011) H(3.06±0.04), (n = 228);
H = (0.641±0.006) L(0.764±0.011), (n = 228);
Q = (0.257±0.012) M(0.758±0.043), (n = 203);
q = (0.257±0.012) M(-0.242±0.043), (n = 203);
где M - масса (мг); L - высота раковины (мм);H - ширинараковины (мм); Q -скорость потребления кислорода(мкл О2/ч);q -интенсивность потребления кислорода(мл О2/(ч·г);n - числоизмерений.
Следует отметить, чтостепенной коэффициент k аллометрическойзависимости M(H)достоверно не отличается от 3, чтосвидетельствует о том, что ширина раковинысвязана с массой, так называемым,соотношением объемного подобия. В то жевремя соответствующий коэффициентзависимости M(L)достоверно меньше 3 (p < 0.001). Таким образом, по мере ростараковина L. stagnalis вытягивается в высоту. Коэффициентk зависимостиQ(M) имеет обычноезначение (Hemmingsen, 1960), и достоверно неотличается от 0.75.
4.1.3. Рост иэнергетический обмен в позднемпостличиночном онтогенезе отдельныхособей Lymnaeastagnalis
Данные по изменениюмассы, высоты раковины и скоростипотребления кислорода отдельных особейL. stagnalis (14экземпляров) в позднем постличиночномонтогенезе приведены в табл. 4.3 и на рис.4.5-4.7.
Моллюски, успешнопрошедшие акклимацию к условиямкультивирования прожили от 55 до 95 нед. идостигли максимальной массы от 3.216.94 г и максимальнойвысоты раковины - 31.8 мм40.9 мм. Кривыеизменения всех параметров у разных особейL. stagnalis имеютсходный характер. Различия незначительны иносят, по-видимому, случайныйхарактер.
Рост
Нарастание массыпроисходит по характерной S-образнойкривой с одним перегибом (рис. 4.5), тогда какувеличение линейных размеров происходитпо выпуклой кривой без перегибов (рис. 4.6).
Масса всех особей вцелом постоянно нарастает вплоть до гибелимоллюсков. Однако для линейного ростанаблюдается другая картина (рис. 4.6).Обращает на себя внимание резкий переломкривой нарастания высоты раковины,происходящий примерно на 30 нед. развитиядля 3 особей (№ 111,623, 621), на 35 нед. - для 2особей (№ 1203,1904), в районе 40 нед. -для 8 особей (№ 501,1206, 1301, 1901, 1902, 1908, 19011, 19012) и на 45 нед. - для 1особи (№ 1402).После перелома высота раковины либопродолжает постоянно нарастать (моллюски№ 111, 501, 623, 1301, 19012), либостабилизируется (моллюски № 631, 1206, 1402, 1901, 1902, 1904, 1908), а у некоторыхособей после достижения максимуманаблюдается даже тенденция к уменьшениювысоты раковины (моллюски № 1203, 19011).
Динамические параметрыроста: удельная скорость роста иотносительная скорость изменения высотыраковины, - имеют общую тенденцию куменьшению их значений. Все эти параметрыпостоянно колеблются.
Таблица 4.3 Размеры искорость потребления кислорода уотдельных особей L.stagnalis
