Введение к работе
Актуальность проблемы. Для тихоокеанских лососей, которые относятся к типичным проходным рыбам, миграция из реки в море и обратно является физиологической нормой. Успех подобного перехода имеет огромное значение не только для индивидуумов, но и для выживания вида в целом. В ходе анадромных я катадромных миграций лососи несколько раз в течение жизни меняют среду обитания. Наиболее значимым фактором при атом является изменение солености воды. В настоящее время в связи с возрастанием интереса к адаптационным мехйннзмам в условиях меняющейся окружающей среды появилась необходимость более детального изучения важнейших этапов онтогенеза лососей, таких как покатная (катадромная) и нерестовая (анадромная) миграции. Успешная адаптация к смене солености среды достигается главным образом благодаря эффективной работе осморегулирующей системы рыб (Наточин, Лаврова, 1984). Среди осиорегулирующих органов весьма важное значение имеют хлоридные клетки жаберного эпителия, ответственные за поддержание стабильной концентрации преимущественно одновалентных, а также некоторых двухвалентных ионов в тканях тела (Fenwick, 1989; Perry et al., 1992a; Flik et al., 1993; Jurss, Bastrop, 1995; Максимович, Загальская, 1997). Функциональные изменения этих клеток, отражающие перестройку осморегулирующей системы в целом, однозначно характеризуются динамикой концентрации ионов в плазме крови.
Несмотря на глубокую и детальную проработку отдельных вопросов физиологии и биохимии лососей, многие даже весьма общие проблемы до сих пор остаются мало изученными. Огромный интерес представяяет выяснение сути императивного (повелительного) стимула, под влиянием которого проходные рыбы меняют среду обитания. Наши результаты показывают, что этим стимулом, вероятно, является изменение концентрации осмотически активных веществ в организме рыб (Серков, 1996). Снижение уровня некоторых ионов (в первую очередь натрия) вынуждает пресноводную молодь лососей мигрировать в морскую воду, а повышение этого уровня у взрослых рыб стимулирует их заход в реки.
В последние годы появилось немало работ, посвященных ультраструктуре и функции осморегулирующих органов рыб в норме и при различных экспериментальных воздействиях. Углубились исследования ионной регуляции молоди лососевых и анадромных производителен (Варнавекий, 1990; Pisam, Rembourg, I99I; Наточин и др., 1992, 1993; Brauer et al., 1992; Marshal! et al., 1992; Chernitsky et al., 1993; Flik, Verbost, 1993; Flik et al., 1993; Максимович, Серков, 1994, а.б.в; Pisam et al., 1995; Серков, 1996). Однако весьма мало работ, описывающих перестройки осморегулирующих органов в результате естественной перемены солености среды и связь ультраструкгурных изменений с физиологическими характеристиками. Кроме того, практически не изученным остается
вопрос о видовых особенностях хлоридных клеток жаберного эпителия. Всестороннее исследование морфо-функциональных особенностей хлоридных клеток у проходных костистых рыб, изучение ульграструктуры этих клеток у рыб с различной экологией расширят представления о механизмах адаптации костистых рыб к меняющимся условиям среды.
Цель и задачи работы. Целью исследования являлось изучение изменения ультраструктуры и функции хлоридных клеток жаберного эпителия в онтогенезе проходных костистых рыб, а также сравнительный анализ физиологической активности этих клеток у пресноводных рыб с различной экологией.
Основные задачи работы заключались в следующем:
-
Изучить динамику ультраструктурных изменений хлоридных клеток жаберного эпителия тихоокеанских лососей в процессе смолтификацни и ската в море, а также в ходе нерестовой миграции.
-
Проследить развитие способности к гипоосмотической регуляции у молоди лососей и жилых форм.
3. Исследовать динамику концентрации ионов натрия и некоторых других
электролитов плазмы крови в онтогенезе тихоокеанских лососей.
4. Выполнить сравнительный анализ физиологической активности хлоридных
клеток у пресноводных рыб с различной экологией.
Научная новизна и теоретическое значение работы. Дано подробное описание ультраструктурных и функциональных изменений хлоридных клеток жаберного эпителия в онтогенезе тихоокеанских лососей. Показан преадаптивный характер этих изменений у молоди лососей в процессе смолтификацни и у взрослых рыб перед миграцией в реки. Впервые сделан стереологнческий анализ ультраструктуры хлоридных клеток на разных стадиях жизненного цикла лососей.
Предложена концепция императивного стимула, под влиянием которого проходные рыбы меняют среду обитания. В связи с тем, что молодь лососей испытывает потерю солей из тканей тела еще до своей миграции в море, гипоосмотический стресс является повелительным механизмом, вынуждающим рыб мигрировать в море. Аналогичный механизм работает на заключительном этапе морского периода нерестовой миграции лососей. Концентрация электролитов в тканях тела рыб, находящихся в море недалеко от своих'родных рек, возрастает до верхней границы нормы реакции. Гиперосмотический стресс является стимулом, который побуждает взрослых рыб к переходу в пресную воду. В основе предлагаемой концепции лежит обобщение собственных и литературных данных об условиях миграции, миграционном поведении и физиологическом состоянии лососей на разных этапах их онтогенеза.
Впервые сделан детальный сравнительный анализ структуры хлоридных клеток жаберного эпителия у пяти пресноводных видов рыб, обитающих в одном водоеме, но
ведущих различный образ жизни. Полученные результаты позволяют прийти к выводу, что экологические особенности видов влияют на интенсивность ионного обмена рыб и отражаются на структурной организации хлоридных клеток жаберного эпителия.
Практическое значение работы. В настоящее время в связи с приближением мирового промысла лососек к предельно допустимым для их нормального воспроизводства значениям повысились требования к качеству заводского разведения и подращивания молоди. Данное обстоятельство обусловливает необходимость более детального изучения биологии промысловых ввдов и особенно ранних этапов онтогенеза, охватываемых рыбоводным процессом.
Ключевым моментом раннего онтогенеза тихоокеанских лососей является переход молоди из пресных водоемов в море дая нагула. Именно в это время гибнет более 90% заводской молоди. Миграции молоди лососей из реки в море предшествует длительная внутренняя перестройка организма (смолтификация). У дикой и заводской молоди этот процесс завершается в разные сроки. Правильно определив степень завершения смолтификации и своевременно выпустив молодь можно значительно увеличить коэффициент возврата.
Малый коэффициент возврата, как правило, обусловлен не только объективными причинами (низкая температура воды, плохое качество кормов, недостатки проекта или строительства), но и субъективными факторами. В частности, отсталой биотехнологией рыборазведения. В практике отечественных рыбоводных заводов распространен выпуск в естественную среду молоди при достижении ею определенной массы тела, либо в определенные сроки без учета ее физиологического состояния. Это имеет негативные последствия, чрезвычайно снижая коэффициент возврата. Причиной гибели чаще всего бывает преждевременный выпуск, который приводит к длительной задержке большого количества мальков в бедной кормами реке. Ранний морской период также является критическим в жизненном цикле лососей и определяет формирование численности поколения. Поэтому задержка выпуска не менее вредна, так как в организме рыб развиваются изменения, снижающие успех адаптации к морской воде.
Многие ученые (Глубоковский, 1989; Марковцев, 1989; Рухлов, 1989; Варнавский, 1990) отмечают необходимость разработки простого доступного для рыбоводов метода оценки качества молоди и степени завершения смолтификации, дающего однозначные результаты. Наши исследования показали, что этим требованиям в значительной степени соответствует определение момента "включения" питьевого рефлекса (как известно, морские рыбы пьют окружающую их воду, а пресноводные - нет). Физиологически готовая к миграции молодь лососей после пересадки в морскую воду начинает пить через несколько минут после переноса, тогда как рыбы не готовые к адаптации начинают пить морскую воду только через несколько часов после переноса.
Кроме того, физиологическое состояние молоди характеризуется на основании анализа электролитного состава крови в ходе тестов на солевую устойчивость. Наши исследования показали, что сезонное наблюдение за динамикой концентрации ионов натрия в крови рыб также позволяет точно определить оптимальные сроки выпуска рыб.
Таким образом, исследования процесса смолтификацин имеют не только теоретический интерес, но и практическое значение. Результаты данной работы могут быть использованы: I) для разработки критериев оценки качества заводской молоди с целью определения вероятного процента возврата рыб и, следовательно, эффективности работы конкретных рыбоводных заводов; 2) для получения экспресс-информации о степени готовности рыб к переходу в морскую воду и успешной адаптации к ней с целью определения оптимального срока выпуска молоди в природную среду; 3) для определения эффективности тех или иных биотехнологических приемов, используемых или внедряемых в рыбоводную практику.
Апробация работы. Основные положения диссертации представлялись и обсуждались на Международной симпозиуме по марикультуре (Краснодар, 1995), на конференции молодых ученых ТННРО (Владивосток, 1992), на ежегодных конференциях ИБМ н межлабораторных семинарах.
Публикации: По теме диссертации опубликовано 7 работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, выводов и списка литературы. Работа общим объемом 120 страниц машинописного текста содержит S таблиц и 45 рисунков, в том числе 3 светооптических и 31 электронно-микроскопических фотографии. Список литературы включает 136 названий, в том числе 90 иностранных.