Плодовитость Ceriodaphnia affinis при различных температурных режимах – «отсроченная реакция» или «материнский эффект»?

УДК 574.24+574.34:595.324.2

В. Б. Вербицкий, Т. И. Вербицкая, О. А. Малышева

ИБВВ им. И. Д. Папанина РАН,
Борок, Россия, verb@ibiw.yaroslavl.ru, ksenia@ ibiw.yaroslavl.ru

FECUNDITY OF CERIODAPHNIA AFFINIS
UNDEWR VARIOUS TEMPERATURE REGIMES –
«THE DELAYED REACTION» OR «MATERNAL EFFECT»?

V. B. Verbitsky, T. I. Verbitskaja, O. A. Malysheva

Papanin Institute for the Biology of Inland Waters, RAS,
Borok, Russia, verb@ibiw.yaroslavl.ru, ksenia@ ibiw.yaroslavl.ru

В экспериментах с зоопланктонными сообществами микрокосмов нами ранее выявлено наличие температурных режимов, оказывающих стимулирующее воздействие на численность отдельных видов. Например, определено, что повышение температуры воды в течение недели с +15 до +25°С с последующим снижением ее до +20°С и стабилизацией на этом уровне стимулирует рост численности ветвистоусых ракообразных Ceriodaphnia quadrangula (O. F. Mül­ler, 1785) (Вербицкий, 2008; Вербицкий и др., 2009). Прогрев воды с +15 до +20°С, так же как более длительное содержание при +25°С подобного эффекта не оказывали. Однако, эксперименты в микрокосмах позволили только констатировать наличие достоверного стимулирующего эффекта, но причины его остались не выясненными. Целью данной работы была оценка плодовитости чистой линии (отдельного клона) партеногенетических самок Ceriodaphnia affinis Lilljeborg, 1901 при воздействии различных температурных режимов.

Во всех экспериментах использовали единственный клон C. affinis, выведенный из особи, взятой из многолетней лабораторной культуры лаборатории физиологии и токсикологии ИБВВ РАН. Исходные особи происходили из США. Для стандартизации исходных условий самки перед использованием их потомства в экспериментах с температурными воздействиями были исходно акклимированы в пяти поколениях к температуре +15°С. В эксперименте особи содержались поодиночно в стеклянных цилиндрах, c объемом воды 15 мл. Воду, взятую из литорали Рыбинского водохранилища, предварительно процеживали через мельничное сито № 76 и отстаивали при комнатной температуре при постоянном аэрировании микрокомперессором. Тестировали ювенильных особей, фертильных самок и самок с яйцами в выводковой камере.

Пищей для цериодафний служила культура водоросли Chlorella vulgaris, выращенная отдельно на стандартной среде (Goulden et al., 1982; McCauley et al., 1990) и на этапе логарифми­ческого роста численности отделены от культуральной среды в центрифуге. В каждый сосуд с цериодафнией вносили суспензию хлореллы, доводя ее концентрацию до 1,2±0,3 х 106 кл./мл (Kumar et al., 2005; Sarma et al., 2006). Ежедневно каждого рачка перемещали в чистый сосуд со свежеприготовленной суспензией хлореллы. При этом под бинокулярным микроскопом МБС–10 вели учет числа яиц и эмбрионов, а также определяли общее состояние подопытных особей. Отрожденную молодь учитывали и убирали из сосуда. Каждый вариант температурного воздействия ставили в 10–12 повторах.

Были заданы следующие температурные режимы: первый вариант – исходный контроль при постоянной температуре +15°С (15→15→15), второй вариант – повышение температуры на 5°С (15→20→20), третий вариант – повышение температуры на 10°С (15→25→25) и четвертый вариант – повышение температуры на 10°С на период 4 сут. с последующим снижением на 5°С (15→25→20).

В ходе эксперимента проводили ежедневные наблюдения за состоянием исходных самок и отрожденной ими молоди первой генерации (F1) на протяжении периода их жизни. Продолжительность каждого эксперимента составляла 34–40 сут. Эксперимент был поставлен в августе–сентябре 2007 г. В ноябре–декабре 2007 г. был поставлен повторный эксперимент с первым (контрольным) и четвертым вариантами.

У особей, содержащихся при +15°С, показатели плодовитости у исходных самок и их молоди достоверно не различались. Так как они постоянно находились при +15°С и не подвергались воздействию других температур, мы ограничились учетом ювенильных и фертильных особей (табл.).

Таблица. Средняя плодовитость партеногенетических самок C. affinis
на протяжении 8 выметов (± станд. откл.)

Температурный
режим, оС

Ювенильные   особи

Фертильные   самки

Самки с яйцами

исходные

F1

исходные

F1

исходные

F1

15→15

8,9 ± 2,3

8,9 ± 2,4

8,9 ± 3,8

8,1 ± 2,7

15→20

8,7 ± 3,9

5,2 ± 1,1

9,2 ± 3,0

8,9 ± 3,0

8,1 ± 2,9

9,8 ± 4,2

15→25

6,8 ± 1,7

5,6 ± 2,8

10,6 ± 4,6

6,8 ± 3,4

10,2 ± 4,1

7,6 ± 2,7

15→25→20 (I)

6,9 ± 2,7

12,1 ± 3,5

8,7 ± 1,3

8,4 ± 1,8

6,8 ± 2,5

4,8 ± 1,0

15→25→20 (II)

7,3 ± 2,3

10,4 ± 3,6

 

При перемещении из +15 в +20°С плодовитость исходных самок не отличалась от плодовитости в контрольном варианте. Плодовитость особей F1, подвергнутых воздействию прогрева на ювенильной стадии, снизилась на 40 % по сравнению с исходными самками. У фертильных самок и самок с яйцами в выводковой камере плодовитость исходных особей и особей F1 достоверно не различалась (см. табл.).

Плодовитость цериодафний, помещенных в +25°С, у всех особей F1 была на 17,6–35,8 % ниже, чем у исходных самок. В то же время плодовитость исходных самок, подвергнутых нагреву на стадии фертильных и овулярных особей, была на 33,3–35,8 % выше, чем у исходных самок, подвергнутых нагреву на ювенильной стадии (см. табл.).

При комбинированном температурном режиме (15→25→20) выросла, по сравнению с исходными самками, плодовитость особей F1 (на 30–43 %), рожденных от самок, подвергнутых нагреву на ювенильной стадии. У фертильных и овулярных самок достоверная разница отсутствовала.

Таким образом, при всех вариантах температурного воздействия у исходных самок, помещенных в опыт на всех стадиях развития, плодовитость достоверно не различалась.

Максимальное стимулирование плодовитости наблюдали только у потомства самок, подвергнутых комбинированному воздействию температуры на ювенильной стадии, причем, в обеих сериях экспериментов, поставленных осенью и зимой 2007 г. Этот результат позволяет сделать предварительное заключение, что воздействие в течение нескольких суток на ювенильные партеногенетические особи C. affinis температурой +25°С, близкой к верхней температурной границе жизни, с последующим ее снижением до +20°С, оказывает стимулирующее воздействие, эффект от которого проявляется только у потомства.

Полученные результаты подтверждают наличие выявленного нами ранее в экспериментах на модельных мезокосмах эффекта «отсроченной реакции», однако причины его пока остаются не ясны. Можно предложить два объяснения. Первое – температура воздействует на находящиеся в организме исходной самки яйцеклетки непосредственно, вызывая перестройки в их биохимии, приводящие в последующем к более высокой плодовитости развившихся из них организмов. Второе – температура воздействует на материнский организм, который передает эту информацию потомству, то есть мы наблюдаем проявление так называемого «материнского эффекта».

Материнский эффект – механизм для адаптивного фенотипического ответа на изменяющуюся окружающую среду, с помощью которого матери передают информацию об экологической изменчивости своему потомству (Mousseau, Fox, 1998). Матери получают сигнал (например, температура или фотопериод) и производят потомство, соответствующее тем условиям, с которыми потомство, как ожидают, столкнется в будущем. Материнские эффекты были описаны у разных видов (Lynch, Ennis, 1983; Goulden et al., 1987; Tessier, Consolatti1, 1991; Glazier, 1992; Guissande, Gliwicz, 1992; Ebert, 1993; Lampert, 1993; Boersma, 1997a, b; Алексеев, Казанцева, 2007), но преимущественно, в отношении стимулирования качественных реакций, таких как переход от партеногенеза к производству покоящихся стадий. В их основе лежит регулирование матерью обеспеченности потомства необходимой энергией и/или биохимическим составам. Например, на разных видах насекомых и на коловратках было показано, что эмбрионы способны «выбрать» прямое развитие или состояние покоя не только под влиянием факторов среды, но и воспринимая информацию от материнского организма (Tanaka, 1992; Olvido et al., 1998). В то же время нам не известны работы, в которых бы приводились данные о возможности у эктотермов передачи материнским организмом дочерним особям информации, вызывающей «отсроченное» стимулирование количественных показателей, к которым можно отнести плодовитость. Таким образом, эта тема требует дальнейшего исследования.


Zoocenosis — 2009
Біорізноманіття та роль тварин в екосистемах: Матеріали V Міжнародної наукової конференції. – Дніпропетровськ: Ліра, 2009. – С. 42-44.

Розповісти колегам:

Опубликовать в Google Plus
Опубликовать в LiveJournal
Опубликовать в Мой Мир
Опубликовать в Одноклассники