Особенности обмена основных катионов природных вод у личинок Chironomus с разными размерно-весовыми характеристиками
УДК 574.5:592
Е. В. Борисовская, Н. А. Шобанов
Институт биологии внутренних вод им. И. Д. Папанина РАН,
п. Борок Ярославской обл., Россия, boris@ibiw.yaroslavl.ru
PECULIARITIES OF THE EXCHANGE OF MAIN CATIONS
OF NATURAL WATERS IN CHIRONOMID LARVAE
WITH DIFFERENT SIZE AND WEIGHT CHARACTERISTICS
E. V. Borisovskaya, N. A. Shobanov
Institute for Biology of Inland Waters RAS, Borok, Russia, boris@ibiw.yaroslavl.ru
Пресноводные животные вынуждены постоянно поддерживать во внутренней среде осмотическое давление, концентрацию минеральных веществ и pH на уровнях, значительно отличающихся от этих показателей во внешней среде (Krogh, 1939). На личинках рода Chironomus Meig. показано, что между видами (в том числе близкородственными) существуют различия в уровнях и специфике ионообменных процессов (Виноградов, Шобанов, 1990). Они определяют возможности существования вида в воде с характерной концентрацией ионов (Шобанов, Павлова, 1990). Являются ли параметры ион-транспортирующих систем постоянными для вида или они меняются в течение онтогенеза? Пытаясь ответить на этот вопрос, мы исследовали ионообмен личинок Chironomus с разными размерно-весовыми характеристиками.
Материалом исследования служили личинки Chironomus riparius Meigen, 1804 из лабораторной культуры ИБВВ РАН. Исследовали параметры обмена натрия, магния и кальция у личинок Chironomus разного размера: крупных (вес 5,4–5,8 мг) и мелких (1,0–1,4 мг). Рассчитывали показатели ионного обмена: Vo (мкмоль/(г•ч)) – скорость общей потери ионов в дистиллированной воде, Vmax (мкмоль/(г•ч)) – максимальная скорость поглощения ионов, константы Михаэлиса-Ментон – Km (мкмоль/л), Cb (мкмоль/л) – концентрацию ионного баланса.
Скорость потери натрия в дистилляте у мелких личинок составляла ~2 мкМ/(г•ч), ионный баланс наблюдался при концентрации ~70 мкМ/л, а максимальная скорость поглощения составляла 2,9 мкМ/(г•ч) и была постоянна на этом уровне после превышения концентрации ионов натрия в воде 400 мкМ/л. Динамика обмена натрия у крупных личинок представляла примерно такую же картину, однако с меньшей амплитудой – при скорости потери в дистилляте ~1 мкМ/(г•ч) максимальная скорость поглощения достигала чуть больше 1 мкМ/(г•ч) (табл.).
Потери магния в дистилляте очень незначительны как у крупных, так и у мелких личинок (не более 0,5 мкМ/(г•ч)). Соответственно, ионный баланс наступал при низких концентрациях магния в воде (менее 30 мкМ/л). Максимальная скорость поглощения магния устанавливалась после превышения его концентрации в воде ~200 мкМ/л и составляла 0,5 мкМ/(г•ч) у крупных, и ~1 мкМ/(г•ч) у мелких личинок.
Кальций личинки теряли со скоростью ~0,15 мкМ/(г•ч) и достигали ионного баланса при концентрациях от 0,20 (мелкие) до 0,25 мкМ/л (крупные). Максимальная скорость поглощения кальция устанавливалась у обеих групп после превышения концентрации этого иона в воде 300–400 мкМ/л и составила у крупных 1,48 мкМ/(г•ч), у мелких личинок – 2,57 мкМ/(г•ч). Константы полунасыщения по всем изученным ионам незначительно различались у размерных групп личинок.
Полученные данные показали, что мелкие личинки Chironomus с большей скоростью теряют ионы в дистилляте и с большей скоростью поглощают их в воде с относительно высокой концентрацией катионов по сравнению с крупными личинками. Следовательно, в процессе роста и развития интенсивность ионного обмена личинок уменьшается.
Таблица. Основные параметры ионного обмена
|
Показатели |
Изученные катионы |
Параметры ионообмена у личинок |
|
|
«крупные» |
«мелкие» |
||
|
Cb, мкМ/л |
Na+ |
78 ± 0,06 |
69 ± 0,50 |
|
Ca2+ |
25 ± 0,16 |
20 ± 0,15 |
|
|
Mg2+ |
26 ± 0,01 |
9 ± 0,04 |
|
|
Km, мкМ/л |
Na+ |
96 ± 0,05 |
94 ± 0,30 |
|
Ca2+ |
155 ± 0,15 |
173 ± 0,10 |
|
|
Mg2+ |
135 ± 0,20 |
102 ± 0,15 |
|
|
Vmax, мкМ/(г·ч) |
Na+ |
2,13 ± 0,20 |
4,90 ± 1,00 |
|
Ca2+ |
1,48 ± 0,11 |
2,57 ± 0,66 |
|
|
Mg2+ |
0,50 ± 0,05 |
1,03 ± 0,01 |
|
|
Vo, мкМ/(г·ч) |
Na+ |
0,91 ± 0,11 |
1,90 ± 0,75 |
|
Ca2+ |
0,13 ± 0,08 |
0,16 ± 0,19 |
|
|
Mg2+ |
0,05 ± 0,02 |
0,03 ± 0,01 |
|
Примечание: Cb – концентрация ионного баланса, Km – константа полунасыщения, Vmax – максимальная скорость поглощения ионов, Vo – скорость потери ионов.
Если полагать, что обмен кальция и магния у личинок Chironomus осуществляется через всю поверхность кожистых покровов тела, то можно предположить, что при уменьшении соотношения «поверхность тела/объем тела» (или относительной поверхности тела), происходящем при росте личинок, уменьшится и интенсивность обмена. Активный транспорт натрия у личинок Chironomus осуществляется через анальные папиллы (Wright, 1975 a, b), Отсюда следует, что обмен этого иона не зависит или зависит не только от относительной поверхности тела – либо в процессе роста уменьшаются размеры папилл относительно размеров тела, либо в процессе онтогенеза меняются другие параметры метаболизма. Повышенный уровень обмена у молоди по сравнению с более зрелыми стадиями – общебиологическая закономерность. Вероятно, помимо изменения параметров тела здесь играют не последнюю роль и другие факторы – прежде всего генная и биохимическая регуляции, которые во многом «диктуют» направления и интенсивность жизнедеятельности организма.
Следовательно, с увеличением массы (размеров) личинок Chironomus в процессе онтогенеза уменьшается интенсивность их ионообмена. Уменьшение интенсивности ионообмена личинок Chironomus, с нашей точки зрения, вызывается, прежде всего, уменьшением соотношения площади поверхности тела к его объему.
Zoocenosis — 2009
Біорізноманіття та роль тварин в екосистемах: Матеріали V Міжнародної наукової конференції. – Дніпропетровськ: Ліра, 2009. – С. 39-40.