WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 |

Третий раздел главы, посвящённый энантиомерному составу (пропорции оптических изомеров) аминокислот природных вод, призван развеять распространённое заблуждение в том, что D-аминокислоты – признак неживой материи. По мере развития аналитической био- и гидрохимии обнаруживается, что на самом деле D-аминокислоты в достаточном количестве содержатся в тканях и экскретах человека, животных, растений и микроорганизмов, и, следовательно, попадают в почву и природные воды. Являясь компонентом пищевых организмов, D-аминокислоты могут стать для рыб пищевым сигналом. В природных водах аминокислоты присутствуют в виде смеси L- и D-изомеров в различных пропорциях. В водах рек (исследовались воды северных рек от Мезени до Колымы) доля D-форм отдельных аминокислот достигает 39%. В связи с этим стоит задуматься: на что (на качественное или количественное изменение стимула) мы наблюдаем реакцию рыб, когда к природной воде (смеси изомеров) мы добавляем раствор одного из изомеров.

Следующий раздел главы – это собственные результаты исследования способности наивной молоди русского осетра на поведенческом уровне распознавать изомеры аминокислот. В качестве стимулов были выбраны следующие соединения: структурные изомеры L--аланин и -аланин, оптический изомер L--аланин в паре с рацематом

D,L--аланином и оптический изомер D-тирозин в паре с рацематом D,L-тирозином. Помимо изомерии, поводом для выбора именно этих соединений послужили следующие соображения. По результатам предъявления отдельных аминокислот в стандартной концентрации 0.1 мМ по интенсивности вызываемой у молоди реакции привлечения использованные изомеры и рацемат аланина выстраиваются в следующий ряд предпочтений: L--ala>D,L--ala>-ala. В этом ряду L--аланин – один из мажорных компонентов пищевого стимула для молоди осетра, и (по результатам первого этапа исследований) воспринимается ею как пищевой сигнал. Последний в этом ряду -аланин не входит в состав белков, является результатом их метаболизма и, следовательно, не служит пищевым сигналом. Из изомеров тирозина D-тирозин воспринимается молодью осетра как пищевой сигнал, а D,L-тирозин – нет (см. вторую главу).

Результаты проведённых опытов показывают, что наивная молодь русского осетра на поведенческом уровне способна распознавать структурные (- и -) изомеры аминокислот, а также рацематы (смесь из L- и D- изомеров в соотношении 1:1) и энантиомеры (L- или D- изомеры в чистом виде) аминокислот, из чего с помощью элементарных логических выкладок можно заключить, что молодь способна распознавать и сами энантиомеры этой аминокислоты. Кроме того, есть определённая закономерность в знаках и интенсивности проявления реакции на замену одного вещества другим (Таблица 1). Замена менее привлекательного соединения на более привлекательное (или не пищевого стимула на пищевой) вызывает привлечение рыб в зону втока стимула, а замена в обратную сторону – либо их уход из этой зоны, либо повышенную локомоторную активность, не ориентированную относительно места поступления стимула.

Таблица 1. Реакции наивной молоди осетра на последовательно предъявленные структурные и стереоизомеры аминокислот в стандартной концентрации 0.1 мМ.

Последовательность предъявления

Знак реакции

L--аланин -аланин

>

-аланин L--аланин

+

L--аланин D,L-аланин

>

D,L-аланин L--аланин

+

D-тирозин D,L-тирозин

-

D,L-тирозин D-тирозин

+

Полученный результат наглядно показывает, что способность распознавать вещества очень близкого качества связана со степенью предпочтения этих веществ, что, в свою очередь, связано с их сигнальным значением для рыб. Выявленный у необученных рыб – представителей гидробионтов предел способности к распознаванию химических веществ сходен с таковым у террабионтов – человека и необученных млекопитающих (крыс).

Вопрос о сигнальном значении аминокислот для рыб представляет отдельный интерес. Традиционно аминокислоты, входящие в состав пептидов и белков, считаются пищевым химическим стимулом. Результаты опытов с голодной и сытой молодью осетра (см. вторую главу) показали, что для неё не все аминокислоты являются исключительно пищевыми сигналами. Это вполне понятно, поскольку САК присутствуют не только в пищевых объектах, но и во всех экскретах рыб: моче, фекалиях, кожной слизи, спермиевой и овариальной жидкостях. Есть данные о том, что растворы некоторых аминокислот при добавлении в аквариум, где находилась пара половозрелых японских горчаков Rhodeus ocellatus ocellatus, стимулировали у самца элементы поведения ухаживания за самкой, провоцирующие её нерест, и выделение спермы (Kawabata, 1993; Kawabata et al., 1992a,b). В этом случае аминокислоты играли для рыб роль полового феромона. Таким образом, сигнальное значение аминокислот для рыб, по меньшей мере, не однозначно.

Следующие два раздела главы – это аналитические обзоры практически всех доступных публикаций на темы чувствительность гидробионтов к химическим стимулам и относительной стимуляторной эффективности аминокислот для гидробионтов.

Методически корректных работ, где определялись дифференциальные пороги у рыб, немного (Bull, 1928, 1930, 1952; Сергеева, 1975; Johnstone, 1980; Neuhaus & Appelbaum, 1980; Mearns, 1989). Несомненный интерес представляют данные о пределах хемочувствительности наивных гидробионтов, полученные в поведенческих опытах. У лангуста ОДП для глицина составляет 1.8% (Zimmer-Faust, 1991), а у личинок атлантического лосося – порядка 15% (Mearns, 1989). У голубого краба абсолютный порог (АП) для пищевого экстракта составляет 10-18 г ткани на литр (Ache & Derby, 1985), а у гуппи АП для искусственного соединения -фенилэтанола – 10-21 М в операционных концентрациях (Мантейфель и др., 1987). Эти данные о высокой абсолютной чувствительности позволяют предполагать и высокую дифференциальную чувствительность гидробионтов.

Данные об относительной стимуляторной эффективности (RSE) аминокислот для наивных животных (омара, лимонной акулы, белого амура, желтохвоста, тиляпии и полосатого данио), полученные в электрофизиологических опытах с использованием в качестве фона искусственной воды, разнятся, но их объединяет то, что в начале всех ранжированных рядов находится глутамин – компонент «умами» (смеси веществ, имитирующей мясной вкус) и пищевых добавок, а также другие мажорные компоненты экстрактов из пищевых организмов для рыб, которые – как следствие – «по совместительству» являются мажорными компонентами природной воды. С другой стороны, по имеющимся данным связь между RSE аминокислот и их структурой не выявляется.

Содержание двух последующих разделов главы составляют результаты собственных исследований дифференциальной чувствительности наивной молоди осетра к многокомпонентным природным химическим стимулам (водным растворами спиртово-водных экстрактов) и к отдельным аминокислотам.

Спиртово-водный экстракт представляет собой смесь веществ, растворимых в воде и/или спирте. В эту смесь входят вещества разных химических классов, что не позволяет быстро и просто устанавливать полный качественно-количественный состав экстрактов. Та же проблема существует и с определением полного состава природной воды. Поэтому в настоящий момент нет технической возможности определять на фоне природной воды разностные пороги для полных экстрактов. Но определять пороговые концентрации для полных экстрактов можно и нужно. С целью отбора конкретных экстрактов для исследования дифференциальной чувствительности рыб и для определения диапазона искусственных фоновых концентраций, в отдельной серии опытов были зарегистрированы реакции на предъявление 5 наименований экстрактов в диапазоне концентраций от 10-4 до 10-10 или 10-12 кг материала/л с шагом в 1 порядок. Для исследования дифференциальной чувствительности (ДЧ) рыб к многокомпонентным химическим стимулам (МХС) были отобраны экстракт из дафнии (пищевой стимул) и экстракт из фекалий молоди осетра (внутривидовой стимул), для которых пороговые по специфической реакции концентрации были, соответственно, 1 и 10 мкг/л.

Экспериментально установлено: а) наивная молодь осетра идентифицирует в среднем 1%-ную (0.1% - 10%) прибавку МХС (проявляет специфическую реакцию на нее); б) на большей части диапазонов искусственных фонов ДЧ рыб к МХС описывается законом Вебера: lg(C/C)=const (дробь Вебера получена в логарифмических единицах поскольку величина шага выбрана в 1 порядок); в) максимальная ДЧ к МХС отмечена при максимальных по величине искусственных фоновых концентрациях. Установленная ДЧ молоди осетра к МХС сравнима с таковой лангуста (Zimmer-Faust, 1991).

В опытах по определению ДЧ рыб к аминокислотам (АК) сначала при природном фоне были установлены пороговые для специфической реакции концентрации АК (они различны для отдельных АК и находятся в диапазоне от 10-12 М до 10-8 М) и наиболее эффективные концентрации АК (они находятся в диапазоне от 10-11 М до 10-5 М). Результаты исследования ДЧ рыб к АК таковы: наивная молодь осетра способна идентифицировать в среднем 0.1%-ное прибавление или уменьшение АК; на большей части диапазонов искусственных фонов ДЧ рыб к АК описывается законом Вебера: lg(C/C)=const; максимальная ДЧ рыб к АК отмечена при близких к природным искусственных фоновых концентрациях. Следует отметить, что ДЧ к АК на порядок выше, чем к МХС. При определении ДЧ рыб к обоим видам стимулов (МХС и АК) обнаружена сенсибилизация к подпороговым по специфической реакции концентрациям некоторых стимулов при предъявлении их на фоне надпороговых концентраций этих стимулов. ДЧ наивной молоди осетра к АК несколько выше, чем у обученных рыб к минеральным веществам (Bull, 1952; Сергеева, 1975) и гораздо выше, чем ДЧ обученной атлантической трески (Johnstone, 1980) и необученной молоди атлантического лосося (Mearns, 1989) к простейшей аминокислоте глицину. По сравнению с наземными позвоночными животными и человеком ДЧ водных позвоночных – рыб к ординарным и многокомпонентным химическим стимулам на 1-2 порядка выше.

Последний раздел главы посвящён сопоставлению собственных результатов

психофизических и гидрохимических исследований для проверки гипотезы об экологической обусловленности различительной хемочувствительности рыб.

Под экологической обусловленностью чувствительности животных в литературе понимается то, что сенсорные модальности наилучшим образом приспособлены к определённым местам обитания и образу жизни каждого конкретного вида животного (Гершуни, 1968, 1973; Мак-Фарленд, 1988). Например, для рыб установлена экологическая обусловленность спектральной чувствительности к свету (Протасов, 1960, 1961, 1978; Wald, 1960). Относительная стимуляторная эффективность АК для рыб, по литературным данным, связана с аминокислотным составом их привычного корма, этим же можно объяснить и пищевую привлекательность D-тирозина для молоди осетра. Закон Вебера, применимость которого для хемочувствительности рыб показана в данной работе, отражает зависимость ДЧ от кратковременного адаптирующего фона (искусственного, задаваемого экспериментатором). Природную воду, в которой обитают рыбы, можно рассматривать как естественный долговременный адаптирующий фон. Поэтому важно было cопоставить параметры чувствительности рыб к АК с их концентрацией в природном фоне (Таблица 2).

.

Таблица 2. Искусственный фон, на котором зарегистрирована наивысшая дифференциальная чувствительность(a), пороговые концентрации аминокислот для специфических реакций (b) и наиболее эффективные концентрации аминокислот (c) при природном фоне, а также концентрации САК в природной воде (n).

Аминокислота

Концентрация, lg, М

a

b

c

n

Глицин

Аланин

Серин

Глутаминовая к-та

Пролин

Гистидин

Тирозин

Метионин

-7

-5

-

-

-

-8

-9

-10

-9

-8

-11

-9

-11

-12

-11

-12

-6

-5

-7

-6

-11

-9

-8

-9

-7.2218

-7.5229

-7.1739

-7.8239

-10

-7.699

-9

-10

Примечание: прочерк – параметр не определялся

Между данными столбцов “n” и “a”, “n” и “b”, таблицы 2 существует положительная корреляция по Пирсону на уровне тенденции (ran=0.7658, =10%; rbn=0.5239, =20%), а между данными столбцов “n” и “c” – достоверная (rcn=0.7697, =5%), т. е. параметры хемочувствительности рыб связаны с химическим фоном их среды обитания. Иными словами, чувствительность рыб к природным химическим стимулам экологически обусловлена.

Интересно также отметить, что разница между пороговой и наиболее эффективной концентрациями при природном фоне АК (столбцы “b” и “c” Таблицы 2, для которых rbc=0.814, =2%, т.е. корреляция значима) для большинства АК одинакова и составляет три порядка. Такое единообразие нельзя объяснить сходством физико-химических свойств этих АК, т.к. все они относятся к разным химическим типам соединений своего класса. По-видимому это следствие корреляции обоих параметров хемочувствительности рыб к АК с фоновой концентрацией этих АК.

В заключении подведены итоги исследования и представлены выводы.

Выводы:

  1. Различительная хемочувствительность рыб (водных позвоночных) характеризуется те ми же закономерностями, что и различительная хемочувствительность наземных

позвоночных. При этом способность рыб к распознаванию химических стимулов

сравнима с таковой наземных млекопитающих и человека, а дифференциальная

чувствительность на 1-2 порядка выше, чем у них.

Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»