Состояние гонад голотурии Cucumaria frondosa Баренцева моря в осенне-зимний период

Одним из перспективных объектов промысла являются иглокожие, в частности голотурии. Они входят в состав большинства бентических сообществ и играют в них доминирующую роль. Велика экологическая роль голотурий, они оказывают мощное воздействие на биопереработку органического материала на дне моря. В Баренцевом море встречается массовый вид голотурий – Cucumaria frondosa , запасы которой представляют интерес для промышленного освоения. Во избежание подрыва ресурсов и нарушения целостности донных сообществ необходимым аспектом является изучение репродуктивной биологии вида.

Эти животные играют важную роль в хозяйственной деятельности человека. Их используют в качестве пищевых продуктов, которым приписывают не только гастрономические, но и лечебные качества. Установлено, что органы и ткани C . frondosa , как и у других видов голотурий, содержат большой спектр ценных биологически активных веществ (БАВ), которые обладают противоопухолевой, антимикробной активностью, им присущи иммуномодулирующие и радиозащитные свойства. Концентрация и сезонные изменения химических соединений тесно связаны с динамикой и интенсивностью гаметогенетических процессов ( Хотимченко и др ., 1993). Поэтому при проведении работ по разработке биотехнологии получения и использования БАВ необходимой основой является знание особенностей функционирования репродуктивной системы вида в разные сезоны года ( Оганесян , 1996).

В литературе накоплен обширный материал о репродуктивной биологии многих видов голотурий, а C . frondosa Баренцева моря в этом отношении является мало изученной.

Цель исследований состояла в изучении репродуктивного цикла на примере особенностей оогенеза промысловой голотурии Баренцева моря.

Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи:

• •    идентифицировать пол самок;

• •    изучить морфологию гонад и клеточный состав половых трубочек;

• •    выявить стадии зрелости гонад кукумарии;

• •    оценить плодовитость особей.

• 2.    Материалы и методы

Объектом исследования является баренцевоморская голотурия C . frondosa , которая относится к типу Иглокожих Echinodermata , классу Голотурий Holothuroidea , отряду Древовиднощупальцевых Dendrochirotida , семейству Cucumariidae , роду Cucumaria .

Материал собран в различных районах Баренцева моря: Западно-Прибрежном, м. Св. Нос, Мурманского мелководья, Северо-Канинской и Гусиной банок – научно-промысловыми рейсами ПИНРО и рыболовецкими судами. Отлов животных производили путем траления на глубинах 80-180 м. Материал фиксировали в 4 % и 10 % растворах формалина.

У каждой особи определяли длину и массу кожно-мускульного мешка; описывали морфологию гонад: цвет, длину, массу, общее количество половых трубочек.

Гонадный индекс ( ГИ , в %) определяли как отношение массы гонад q к массе кожномускульного мешка (КММ) P по формуле:

ГИ = (q/P)∙100, где q – масса половых желез, P – масса животного.

Использование в подобных расчетах значений массы КММ кукумарии вместо общей массы тела было принято различными исследователями голотурий ( Jordan , 1972; Hamel, Mercier , 1996). Это связано со значительным содержанием внутриполостной жидкости (до 40-60 % массы тела) у этих животных и сильной оводненностью внутренних органов (водные легкие, желудочно-кишечный тракт), что приводит к значительным погрешностям при вычислениях.

При исследовании клеточного состава и стадий зрелости гонад у каждой самки отбирали 10 трубочек гонады, в каждой трубочке просматривали три участка (по 1 см): концевой, средний и основание трубочки. Измерение диаметра и подсчет разных категорий ооцитов проводили под бинокуляром при помощи окуляр-микрометра. Значения диаметра ооцитов группировали в размерные классы с интервалом 50 мкм. Развитие гонад классифицировали в 5 стадий ( Гудимова , 1998):

• 1)    Восстановления. Стадия характеризуется уплощенными стенками трубочек. Вдоль эпителия появляются гроздья молодых ооцитов (около 200 мкм). В трубочках присутствуют также мелкие ооциты диаметром менее 120 мкм. Трубочки тонкие (диаметр менее 1 мм), гонада коричневого цвета.

• 2)    Роста. Толщина трубочек достигает максимума. Вдоль пристеночного эпителия располагается много мелких (около 120-180 мкм) ооцитов и некоторое количество превителлогенных ооцитов (400600 мкм). В ооцитах заметно увеличивается количество желтка. Все ооциты округлые. Яичник коричневый, все трубочки округлы в поперечном сечении, средний диаметр их составляет около 1 мм.

• 3)    Созревания . Большинство ооцитов имеет диаметр 280-340 мкм. Увеличивается количество превителлогенных ооцитов (диаметром около 600 мкм). Клетки плотно прижаты друг к другу. В основной массе они уже отделены от стенок трубочки и лежат свободно в ее полости. При разрыве гонады выделяются ооциты темно-оранжевого и красного цвета. Диаметр трубочек 1 мм и более.

• 4)    Быстрого роста. Стенка трубочек становится тоньше, диаметр ее увеличивается. Помимо превителлогенных (около 600 мкм) присутствуют вителлогенные (>600 мкм) ооциты красно-оранжевого цвета. Вдоль эпителия располагаются многочисленные мелкие ооциты (около 300 мкм).

• 5)    Зрелости. Трубочки предельно расширяются, стенки их тонкие, распрямленные, упруго твердые. Даже при незначительном повреждении из трубок вытекают ооциты. Просвет трубочек заполнен зрелыми ооцитами (>800 мкм). Незрелые клетки практически отсутствуют. Попадаются случайные мелкие ооциты (диаметром около 120 мкм). Толщина трубочек достигает 2-2,5 мм.

• 3.    Результаты и обсуждение

  В основном голотурии Cucumaria frondosa – раздельнополые животные. Нами при обработке материала обнаружена гермафродитная особь. В литературе гермафродитизм у C . frondosa отмечен только Джорданом ( Jordan , 1972). Поэтому можно сказать, что гермафродитизм у данного вида встречается очень редко.

Кроме того, для изучения клеточного состава и стадий зрелости использовали гистологический анализ. Парафиновые срезы толщиной 6-8 мкм окрашивали гематоксилином и эозином, заключали в консервирующую среду "пертекс" и просматривали под микроскопом при увеличении 10 x 40.

Для оценки индивидуальной абсолютной плодовитости определяли среднее количество половых клеток разного диаметра в сегменте (1 см), затем в одной трубочке по формуле:

N = n∙l, где n – среднее количество всех яйцеклеток в сегменте, l – длина трубочки.

Далее находили среднее значение ооцитов на 10 трубочек и рассчитывали индивидуальную абсолютную плодовитость ( F ) гонады в целом.

F = L∙M, где L – среднее количество яйцеклеток в 10 трубочках, M – количество всех трубочек в гонаде.

Они имеют непарную гонаду, которая состоит из двух пучков длинных и многочисленных разветвленных и неразветвленных трубочек, заполняющих почти все свободное пространство полости тела. Определить пол особи по внешнему виду невозможно. В период интенсивного развития гаметогенеза и во время нереста его легко идентифицировать по цвету гонад после вскрытия. У самцов они бледно-фиолетовые или розовые, у самок – темно-коричневые или бордово-оранжевые.

В осенний период материал собран в Западно-Прибрежном районе (сентябрь, 2003) и районе м. Святой Нос (ноябрь, 2002).

Животные с массой яичников (сентябрь) от 1,24 до 93,66 г имели длину кожно-мускульного мешка от 7 до 16 см и массу от 56,03 до 308,14 г. У 20 % особей не удалось установить пол по причине незрелости. В яичниках половозрелых особей выявлены средние и толстые трубочки диаметром 0,81,6 мм, количество таких половых трубочек у самок в гонадах колеблется от 159 до 377 штук. Длина трубочек варьирует от 2,0 до 34,5 см.

Стенка трубочек толстая, толщиной 240-260 мкм. При обработке материала установлено, что гонады находятся на стадиях восстановления (I) и роста (II), т.к. в яичниках преобладают пристеночные мелкие ооциты диаметром d 45-115-300 мкм, и постепенно происходит накопление превителлогенных и вителлогенных ооцитов. Практически отсутствуют зрелые клетки. Наблюдается резорбция как превителлогенных, так и вителлогенных ооцитов. ГИ – 30,12-31,40 %.

Масса яичников (ноябрь) – 55,58-68,15 г. Стенка трубочек толстая. В основном яичники образованы средними и толстыми трубочками диаметром 1,5-2,0 мм, их количество составляет от 98 до 214 шт. Много трубочек с разветвлениями (около 33%). Анализ показал, что гонады находятся на стадии быстрого роста (IV), т.к. в них преобладают крупные ооциты диаметром более 475 мкм в количестве 55,06 %. Зрелые клетки d 700-900 мкм составляют 14,98 % от общего количества вителлогенных ооцитов. Содержание превителлогенных ооцитов и ооцитов цитоплазматического роста приблизительно равное 21,20 % и 23,84 %. В половых трубочках практически отсутствуют мелкие ооциты d 25-75 мкм. Процессы резорбции протекают в превителлогенных ооцитах.

Животные, выловленные в Западно-Прибрежном районе Баренцева моря (декабрь, 2003), – длиной кожно-мускульного мешка от 5 до 9 см и массой – от 26,54 до 80,36 г – имели маленькую массу яичников от 0,39 до 3,87 г. У 50 % особей не удалось установить пол по причине незрелости. Количество половых трубочек у самок в гонадах колеблется от 48 до 181 штук. Яичники половозрелых особей образованы средними трубочками диаметром 0,5-0,75 мм. Длина трубочек варьирует – 0,6 до 15 см.

Стенка трубочек толстая. Клеточный состав на разных участках одной половой трубочки существенно не отличается. В гонадах преобладают пристеночные ооциты d 25-75 мкм (27,74 %) и ооциты цитоплазматического роста d от 100 до 225 мкм (44,65 %). Количество превителлогенных ооцитов, которые перешли к накоплению трофических веществ в цитоплазме, d 250-450 мкм составляет 26,26 %. Помимо превителлогенных присутствуют вителлогенные ооциты размером 475-750 мкм (1,32 %) и ооциты диаметром более 750 мкм (0,045 %), но обнаружены они были не во всех сегментах.

Полученные данные позволяют судить, что пол особей можно диагностировать при массе яичников около 2 г при условии, если диаметр половых трубочек около 0,5 мм. Исследованные гонады молодых животных (массой 1,83-3,87 г) находятся на стадии роста (II).

При изучении гонад C . frondosa (февраль, 2005) на исследуемой нами акватории юго-восточной части Баренцева моря – Северо-Канинская и Гусиная банки, а также из района Мурманского мелководья установлено, что созревание особей в популяциях происходит неодновременно, т.к. яичники находились на разных стадиях зрелости (II-IV).

Анализируемые гонады имели массу от 5,32 до 41,21 г ( l КММ 10-16 см и m КММ 70,14174,40 г). ГИ – 7,58-23,36 %. Максимальное количество трубочек в яичниках составило 233 шт. В основном гонады образованы средними трубочками d 0,5-1,5 мм. Длина трубочек варьирует. Короткие имеют длину 2,5-6 см, длинные 8,5 – 14 см. Взаимосвязь между длиной и толщиной в наших исследованиях не выявлена.

Половые трубочки неразветвленные, округлые в поперечном сечении, их стенка имеет толщину 170-215 мкм. Клетки плотно прижаты друг к другу в просвете трубки. Клеточный состав на разных участках трубочек существенно не отличается. Для стадии роста (II) характерны ооциты цитоплазматического роста диаметром 25-300 мкм. Накопление превителлогенных ооцитов происходит на стадии созревания (III), а на стадии быстрого роста (IV) увеличивается доля зрелых клеток. Резорбции подвергаются как вителлогенные, так и превителлогенные ооциты, чтобы обеспечить развивающиеся половые клетки "строительным материалом". В ядрах превителлогенных ооцитов насчитывается большое количество ядрышек (5-10 шт.), что говорит об активных синтетических процессах в этих клетках.

По полученным данным можно предположить, что нерест баренцевоморской голотурии в 2005 г. происходил у большинства особей в апреле-мае.

В наших исследованиях гонады в преднерестовом состоянии обнаружены в ноябре и феврале. Согласно литературным данным, основной нерест баренцевоморской голотурии происходит в феврале-марте ( Оганесян , 1996). Сроки нереста животных зависят от многих причин, в частности, от температуры придонных вод ( Conand , 1993) и цветения фитопланктона ( Jordan , 1972); до наступления благоприятных для нереста условий вымета половых продуктов не происходит.

Плодовитость рассчитывали только для самок с гонадами на стадии быстрого роста (IV). Плодовитость низкая, у среднеразмерных особей с массой КММ 150-200 г она составила 60-150 тыс. клеток, что характерно для видов с лецитотрофной стратегией.

• 4.    Выводы

  • 1)    Пол самок C . frondosa можно идентифицировать при массе гонад около 2,00 г, но при условии, если диаметр половых трубочек около 0,5 мм.

  • 2)    Выявлена неоднородность половых трубочек: тонкие трубки имеют неполовозрелое состояние, средние и толстые содержат все категории гамет.

  • 3)    Созревание особей в популяциях происходит неодновременно, т.к. исследованные гонады находятся на разных стадиях развития.

  • 4)    На протяжении всего периода наблюдений в половых трубочках яичников наряду с гаметогенетическими процессами протекают процессы резорбции гамет.

  • 5)    Нерест баренцевоморской голотурии в 2005 г. происходил у большинства особей в апреле-мае.

  • 6)    Индивидуальная абсолютная плодовитость составила 60-150 тыс. клеток на гонаду.