Вариации некоторых показателей липидного метаболизма у молоди колюшки (Gasterosteus aculeatus L.) из разных биотопов Кандалакшского залива Белого моря

BBЕДЕНИЕ

Трехиглая колюшка ( Gasterosteus aculeatus L.) в настоящее время является наиболее многочисленным видом в Белом море [17], хотя она и не входит в число промысловых рыб. Половозрелой она становится в возрасте одного года, продолжительность ее жизни три-четыре года. Взрослые особи проводят большую часть жизни в открытом море, где питаются планктоном, в период нереста (с мая по июль) подходят к берегам, где также поедают бентос и икру как других видов рыб, так и свою собственную [1].

В Белом море на протяжении последнего столетия численность колюшки сильно менялась, причем в теплые периоды увеличивалась [11]. Последний подъем наблюдается с конца 1990-х годов. В связи с массовостью вида в настоящий период колюшка играет большую роль в трофических цепях экосистемы Белого моря, и флуктуации ее численности связаны с изменением во всей экосистеме Белого моря, что, в частности, подтверждается данными о питании хищных рыб в периоды высокой и низкой численности [11]. Поэтому важно иметь представление о факторах и механизмах изменения численности колюшки. Такие сведения могут быть получены при комплексных исследованиях разных аспектов как аут-, так и синэкологии колюшки. К настоящему времени проведены исследования, дающие представление о пространственном распределении вида в Белом море [17], о роли колюшки в трофических цепях прибрежной зоны Белого моря [11], [12], зараженности паразитами [21], связи молоди с подводной растительностью [22].

С применением эколого-биохимических методов исследования можно получить важную информацию о жизнедеятельности организма и его адаптации к локальным условиям [5], [6], [7]. Изменение биохимических характеристик часто предваряет морфологические, генетические, физиологические ответы, поэтому такого рода данные представляют большой интерес в контексте более глубокого и всестороннего исследования биологии данного вида. Следует отметить, что биохимические исследования липидного, в том числе и жирнокислотного, статуса колюшки, обитающей в Белом море, в настоящее время отсутствуют.

С другой стороны, трехиглая колюшка – очень популярный объект исследований в области генетики, эволюционной биологии, паразитологии, этологии, экспериментальной биологии, является одним из наиболее часто изучаемых модельных видов рыб, заслуживших статус «супермодели» [15]. В связи с этим можно полагать, что колюшка имеет высокий потенциал для того, чтобы стать модельным объектом и в области экологической биохимии.

Настоящая работа посвящена сравнительному изучению профиля и содержания липидов, в том числе жирных кислот (ЖК), молоди трехиглой колюшки, обитающей в двух разных биотопах в Белом море, различающихся трофоэкологичес-кими факторами.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОBАНИЯ

Настоящая работа проводилась в два этапа: полевой и экспериментальный.

Полевые сборы

Пробы молоди были собраны 20 августа 2014 года в губе Сельдяная и безымянной лагуне в проливе Сухая Салма («лагуна Сухая»). Общая длина тела колюшек составляла 22,1 ± 0,6 и 21,7 ± 0,5 мм, а численность – 210 и 40 экз./м2 в губе Сельдяная и лагуне Сухая соответственно.

Губа Сельдяная (66°33’80,66’’ N, 33°62’25,16’’ E) – залив треугольной формы с широким входом глубиной до 8 м. Вершина губы мелководная с небольшим пресным стоком. В губе имеется плотное поселение зостеры (плотность побегов – около 1500–2000 экз./кв. м, М. В. Иванов, неопубл. дан.), на литорали дно каменистое, глубже – илистое. Это сравнительно более высокопродуктивное нерестилище колюшки. В таких биотопах плотность производителей может превышать 100 экз./кв. м [17]. В губе довольно много хищных рыб, питающихся колюшкой [11]. Питание молоди исследовано в [12].

Лагуна Сухая (66°31’32,62’’ N, 33°64’59,53’’ E) – полуизолированный залив площадью 0,064 кв. км, глубиной до 4 м и c обширными мелководьями, соединяющийся с морем мелководной протокой. Незначительное опреснение за счет слабого берегового стока и атмосферных осадков. Дно илистое. Заросли зостеры менее плотные, чем в губе Сельдяной (300–500 экз./кв. м, М. В. Иванов, неопубл. дан.), обильны зеленые нитчатые водоросли. Плотность колюшки здесь обычно несколько ниже, чем в губе Сельдяная (Т. С. Иванова, М. В. Иванов, Д. Л. Лайус, неопубл. дан.). Здесь имеется одна преобладающая форма планктона – копепода Acartia longiremis (Н. В. Полякова, неопубл. дан.). Плотность молоди колюшки в лагуне обычно ниже, чем в губе Сельдяная [21].

Экспериментальный этап

Липидный статус молоди колюшки оценивали по содержанию общих липидов (ОЛ), фосфолипидов (ФЛ), триацилглицеринов (ТАГ), холестерина (ХС), эфиров холестерина (ЭХС) и жирных кислот (ЖК) общих липидов: насыщенные жирные кислоты (НЖК), мононенасыщенные жирные кислоты (МНЖК), а также полиненасыщен-ные жирные кислоты (ПНЖК).

Индивидуальные пробы молоди фиксировали 96 % спиртом по 1 мл, затем гомогенизировали в 10-кратном объеме смеси хлороформ : метанол (2 : 1) и хранили при температуре +4 °С до анализа. Липиды экстрагировали в системе растворителей хлороформ : метанол (2 : 1 по объему)

по методу Фолча [14] и фракционировали на пластинках «Silufol» (Kavalier, Чехия) в системе растворителей петролейный эфир : серный эфир : уксусная кислота (90 : 10 : 1 по объему). Количественное определение суммарных ФЛ, ТАГ, ЭХС проводили гидроксаматным методом [9], [24], ХС – методом Энгельбрехта [13] и выражали в процентах сухой массы.

После экстракции и очистки общих липидов проводили метанолиз жирных кислот общих липидов [10], после чего метиловые эфиры жирных кислот разделяли и идентифицировали методом газожидкостной хроматографии с применением хроматографа «Кристалл 5000.2» (ЗАО «ХРОМА-ТЭК», Йошкар-Ола, Россия). В качестве внутреннего стандарта использовали бегеновую кислоту (22:0) (Sigma Aldrich, USA). Идентификацию ЖК осуществляли сравнением хроматографических подвижностей, имеющихся на хроматограмме пиков (времени удерживания и логарифмических индексов) с таковыми для стандартных ЖК, при этом использовали стандартные растворы метиловых эфиров жирных кислот (Sigma Aldrich, USA) при помощи компьютерной программы по обработке хроматограмм «Хроматэк Аналитик».

Работа проведена с использованием научного оборудования центра коллективного пользования «Комплексные фундаментальные и прикладные исследования особенностей функционирования живых систем в условиях Севера» (ЦКП ИБ КарНЦ РАН).

Статистическая обработка

Результаты проведенных экспериментов были обработаны с применением общепринятых методов вариационной статистики [3] с помощью компьютерных программ Excel и Stadia.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Липидный статус

У молоди колюшки из двух исследованных местообитаний уровень суммарных липидов достоверно не различался (9,75 и 9,98 % сухой массы, в губе Сельдяная и лагуне Сухая соответственно), большую их долю составляют структурные липиды – ФЛ и ХС (табл. 1). Молодь, обитающая в Сухой лагуне, по сравнению с таковой из Сельдяной губы, отличалась достоверно более высоким уровнем ФЛ (6,40 и 5,18 соответственно), но значительно более низкой долей запасных ТАГ (0,50 и 1,32 % соответственно) и показателями отношений: ТАГ/ФЛ (0,08 и 0,27 соответственно) и ТАГ + ЭХС/ФЛ + ХС (0,13 и 0,29 соответственно).

Жирнокислотный спектр

Жирнокислотный спектр общих липидов молоди колюшки из двух местообитаний заметно различался. Рыбы из Сельдяной губы по сравнению с таковыми из Сухой лагуны характеризу-

Таблица 1

Содержание общих липидов и липидных классов (фосфолипиды, триацилглицерины, эфиры холестерина, холестерин) (% суммы; % сухого вещества) у молоди трехиглой колюшки из разных мест обитания (губы Сельдяной и лагуны Сухой)

Место обитания	Сельдяная	Сухая
n	14	14

% сухого вещества

ОЛ	9,75 ± 0,44	9,98 ± 0,60
ФЛ	5,18 ± 0,39	6,40 ± 0,43*
ТАГ	1,32 ± 0,15	0,50 ± 0,08*
ЭХС	0,86 ± 0,11	0,67 ± 0,14
ХС	2,39 ± 0,16	2,42 ± 0,32
ХС/ФЛ	0,49 ± 0,05	0,40 ± 0,06
ТАГ/ФЛ	0,27 ± 0,04	0,08 ± 0,02*
ТАГ+ЭХС/ФЛ+ХС	0,29	0,13

Примечание. Значения представлены в виде: M ± m; n – число проб, ОЛ – общие липиды, ФЛ – фосфолипиды, ТАГ – триацилглицерины, ЭфХС – эфиры холестерина, ХС – холестерин; * – значение достоверно отличается от такового у молоди Сельдяной губы (p ≤ 0,05; ANOVA).

ются доминированием и более высоким содержанием ПНЖК (44,08 и 34,10 % от суммы ЖК соответственно) c превалированием ПНЖК ω-3 семейства, в основном за счет докозагексаеновой 22:6ω-3 (23,30 и 13,03 % от суммы ЖК соответственно), а также эйкозапентаеновой 20:5ω-3 (8,03 и 5,30 % соответственно) кислот (табл. 2). У молоди колюшки из Сельдяной губы установлен и более высокий показатель отношения суммарных ПНЖК семейств ω-3/ω-6 (7,92 и 4,65 соответственно). У особей из Сельдяной губы была ниже доля эссенциальной линоленовой 18:3ω-3 кислоты (0,74 и 2,29 % от суммы ЖК соответственно) и более низкий показатель отношения эссенциальных 18:3ω-3/18:2ω-6 кислот, что указывает на ее пониженный уровень в кормовых организмах. Однако, несмотря на низкий уровень пищевой 18:3ω-3 кислоты у молоди из Сельдяной губы, содержание ее метаболического производного 22:6ω-3 кислоты было в 1,8 раза выше, чем у таковых из Сухой лагуны.

Не выявлено достоверных различий среди двух группировок рыб по содержанию суммарных МНЖК, в которых превалируют «пищевые» ЖК – фитопланктонная 18:1ω-9, а также 20:1ω-9, 22:1ω-11 кислоты, которые синтезируются только веслоногими рачками – копеподами, однако установлены достоверные различия по специфическим минорным кислотам (17:1ω-7 и 20:1ω-7, бактериальное происхождение) – повышенная их доля отмечена у особей из Сухой лагуны.

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОB

Более высокое содержание запасных ТАГ (в 2,6 раза), а также показателей отношений запасных липидов (ТАГ + ЭХС) к структурным

Таблица 2

Жирнокислотный состав молоди (% суммы ЖК) трехиглой колюшки из разных мест обитания (губы Сельдяной и лагуны

Сухой)

Место обитания	Сельдяная	Сухая
n	14	14
14:0	2,67 ± 0,12	3,81±0,37*
16:0	17,91 ± 0,40	20,24±0,96*
18:0	5,83 ± 0,18	7,61 ± 0,46*
20:0	1,80 ± 0,13	2,36 ± 0,24
∑ НЖК	30,23 ± 0,54	37,10 ± 1,69*
16:1 ω -9	0,99 ± 0,05	1,20 ± 0,10
16:1ω-7	2,68 ± 0,15	2,90 ± 0,34
16:1ω-5	0,22 ± 0,01	0,17 ± 0,01
17:1ω-7	0,62 ± 0,03	1,06 ± 0,14*
18:1ω-9	7,48 ± 0,17	7,89 ± 0,33
18:1ω-7	2,29 ± 0,11	2,47 ± 0,12
20:1ω-9	5,30 ± 0,88	6,08 ± 0,65
20:1ω-7	0,18 ± 0,02	0,27 ± 0,03*
22:1ω-11	5,06 ± 0,91	5,78 ± 0,71
22:1ω-9	0,74 ± 0,11	0,90 ± 0,20
∑ МНЖК	25,56 ± 1,75	28,73±3,45
18:2ω-6	1,03 ± 0,08	1,37 ± 0,18
20:4ω-6	1,16 ± 0,09	1,62 ± 0,19*
∑ ω-6 ПНЖК	5,06 ± 0,44	6,18 ± 0,77
18:3ω-3	0,74 ± 0,10	2,29 ± 0,39*
18:4ω-3	1,04 ± 0,11	0,89 ± 0,12
20:5ω-3	8,03 ± 0,33	5,30 ± 0,61*
22:5ω-3	2,22 ± 0,13	2,33 ± 0,25
22:6ω-3	23,30 ± 0,66	13,03 ± 1,53*
∑ ω-3 ПНЖК	37,24 ± 1,18	26,09 ± 2,51*
∑ ПНЖК	44,08 ± 1,39	34,10 ± 2,83
(ω-3)/(ω-6)	7,92 ± 0,59	4,65 ± 0,54*
16:0/18:1(ω-9)	2,40 ± 0,04	2,57 ± 0,09*

Примечание. Значения представлены в виде: M ± m; n – число проб, НЖК – насыщенные жирные кислоты, МНЖК – мононенасыщенные жирные кислоты, ПНЖК – полине-насыщенные жирные кислоты; * – значение достоверно отличается от такового у молоди Сельдяной губы (p ≤ 0,05; ANOVA).

(ФЛ + ХС) у молоди из Сельдяной губы в период роста отражает, скорее всего, более благоприятные условия питания (как качественный состав пищи, так и ее обилие) и обеспечивает создание энергетических резервов в форме ТАГ и ЭХС. Накопление у молоди энергетического потенциала (в форме липидов) в физиологических пределах имеет функциональное значение, определяя их высокую физическую активность и возможность находить и потреблять больше корма, что способствует их быстрому росту и развитию [5], [7].

На процессы запасания и расходования липидов, главным образом энергетических ТАГ, в организме рыб оказывает влияние комплекс факторов, среди которых ведущую роль играют экологические – температурный режим и кормовая база (разнообразие видов, их массовость и питательная ценность) [8], [16], [18].

Проведенные ранее исследования кормовой базы молоди колюшки в данном биотопе показали, что в составе питания в двух исследованных биотопах встречались как планктонные организмы (инфузория Helicostomella subulate , копеподы Acartia longiremis, Temora longicornis и Microsetella norvegica ), так и бентосные (Oligochaetae и Orthocladiinae). В двух местообитаниях копеподы составляли основной объект питания, хотя в лагуне это была A. longiremis , а в губе Сельдяной – T. longicornis и M. norvegica . Не исключено, что эта разница приводит к обнаруженным различиям в составе липидов у молоди. При этом необходимо помнить и о том, что эти местообитания несколько отличаются и по другим характеристикам. В частности, небольшое, но статистически достоверное различие в содержании ФЛ у молоди из разных биотопов может являться следствием адаптивных реакций на разные условия среды обитания, в частности на более высокую температуру в мелководной лагуне.

Итак, условия обитания (трофоэкологические факторы) молоди колюшки во многом влияют на их физиолого-биохимическое состояние, в том числе на уровень липидов (в большей степени энергетических ТАГ), выполняющих важные функции в метаболических процессах как в целом организме, так и на клеточном уровне. Здесь необходимо отметить, что в генетическом отношении колюшка из нерестилищ, расположенных на расстоянии нескольких километров друг от друга, отличаться не может, так как она зимует довольно далеко от берегов, а в лагуне остаются только единичные экземпляры (Т. С. Иванова, М. В. Иванов, Д. Л. Лайус, неопубл. дан.). Поэтому предпосылки для популяционной структурированности колюшки в столь небольших географических масштабах отсутствуют.

Функции тех или иных липидов во многом определяются спектром их жирных кислот, которые наиболее быстро включаются в адаптивные реакции организма. Высокий уровень физиологически значимой 22:6ω-3 кислоты у личинок колюшки, возможно, связан с потреблением ими планктонных простейших (инфузорий, составляющих первые звенья детритной пищевой цепи и обладающих способностью синтезировать ПНЖК, в том числе докозагексаеновую 22:6ω-3 и другие кислоты) [2]. Действительно, доля инфузории H. subulate в питании молоди из Сельдяной губы была заметно выше, чем в Сухой лагуне [21]. В литературе имеются сведения о тесной корреляции между содержанием 22:6ω-3 кислоты в липидах половых продуктов производителей и выживаемостью развивающейся икры и личинок рыб [19], [23]. Более высокий показатель отношения суммарных ПНЖК семейств ω-3/ω-6 у молоди колюшки из губы Сельдяная имеет определенное функциональное значение для роста и развития молоди рыб, что было показано и в других работах [6], [7], [20].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данном исследовании показано, что молодь трехиглой колюшки из разных местообитаний в Белом море различается по количественным характеристикам липидов, в том числе жирных кислот. Эти различия, скорее всего, отражают адаптивный ответ на разные условия обитания, поскольку генетические отличия колюшки из исследованных районов практически исключены.

Можно полагать, что наиболее вероятным фактором установленных различий у молоди колюшки является специфика липидного и ЖК состава доминирующих видов кормовых объектов в каждом из биотопов.

Полученные результаты дают основания предположить, что стабильность регуляции жизненных функций в различных экологических условиях обеспечивается структурными перестройками липидных систем организма, которые являются следствием изменения соотношений отдельных классов липидов и жирных кислот. Это свидетельствует о перспективности исследований липидов и жирных кислот как инструмента для изучения механизмов адаптаций колюшки к изменениям условий среды.

* Финансовое обеспечение работы осуществлялось из средств федерального бюджета на выполнение государственного задания (№ темы 0221-2014-0033). Участие Д. Л. Лайуса поддержано грантом РФФИ 17-04-00027.