Карельские ученые получают новые данные о передаче энергии в ихтиофауне Арктики

В Арктике жизнь не прекращается даже в полярную ночь. Молодь рыб продолжает питаться даже при отсутствии видимого света и низкой температуре. Ученые из лаборатории экологической биохимии Института биологии КарНЦ РАН совместно с коллегами из Норвегии (UiT Арктический университет Норвегии, UNIS Университетский центр Свальбарда, Akvaplan-niva AS) проанализировали биохимию внутренних процессов у пятнистого лептоклинуса в акватории архипелага Шпицберген.

7 суток на борту научного судна, 650 бутылочек биоматериала — столько же зафиксированных уникальных проб, 280 дней анализа в лаборатории экологической биохимии Института биологии Карельского научного центра РАН. Не меньшее количество дней ушло на понимание полученных данных и их обсуждение… И вот, результаты исследования опубликованы в статье высокорейтингового международного журнала «Polar Biology». Заключительная работа над статьей была проведена в период карантина - в марте и апреле этого года.

Светлана Пеккоева, к.б.н., участник проекта, автор статьи в журнале «Polar biology»:

«Данная работа является продолжением выполняемых в нашей лаборатории исследований и имеет ключевое значение для раскрытия процессов трансформации и динамики липидов в арктической пищевой цепи и приспособления организма к жизни в условиях полярной ночи».

В исследованиях последних лет установлено, что жизнь в Арктике не затухает даже в полярную ночь. Опубликованные данные лаборатории экологической биохимии ИБ КарНЦ РАН это подтверждают – показано, что молодь лептоклинуса находит калянусов и продолжает питаться даже в условиях отсутствия видимого света и при низкой температуре! Компоненты запасных липидов - жирные кислоты, отражают их зоопланктонное происхождение, тогда как жирнокислотный состав липидов биомембран клеток - ответную реакцию на низкую температуру.

Пелагические сообщества играют ключевую роль в арктических экосистемах. Запасание жиров, как источников энергии, очень важно для выживания молоди рыб в Арктике. Молодь пятнистого лептоклинуса обитает в пелагиали, и отличатся наличием уникального «липидного мешка», в котором накапливаются липиды (в данном случае они же «жиры»). Основными объектами питания личинок является зоопланктон - калянусы. Ранее считалось, что зимой они массово опускаются на дно (уходят в диапаузу), что также отражает проведенное нами исследование по содержанию липидов у калянусов Земли Франца-Иосифа.

Особый интерес представляет состав липидного мешка – уникального временного органа, обнаруженного только у молоди рыб семейства Стихеевые, в частности у лептоклинуса. В липидном мешке накапливается значительное количество запасных липидов – триацилглицеринов, в то время отдельные другие классы липидов представлены в меньшем количестве. Основная функция липидного мешка состоит в запасании липидов, как источников энергии, кроме того, они способствуют поддержанию плавучести пелагической молоди. Липидный мешок рассасывается, когда рыба переходит к придонному образу жизни (на стадии развития L5 – ювенильная).

Липидный мешок окаймлен серией меланофоров и состоит из крупных липидных капель. Мы предполагаем, что меланофоры и преломление света через липидные капли и его рассеивание может способствовать маскировке личинок рыбы от хищников.

В период полярной ночи в липидном мешке обнаружено до 68 % сухой массы липидов, которые являются триацилглицеринами и выполняют в основном энергетических функции, на L3 стадии развития личинок, в составе которых установлен высокий уровень мононенасыщенных жирных кислот, являющихся одними из основных компонентов энергетических липидов. Среди жирных кислот доминировали 20:1(n-9) и 22:1(n-11) — трофические биомаркеры зоопланктона Calanus spp. Высокое содержание этих жирных кислот в липидном мешке личинок люмпена пятнистого показывает, что копеподы рода Calanus spp. являются основным источником питания для молоди этой рыбы и в полярную ночь. Эти данные важны для анализа путей передачи вещества и энергии в трофических сетях арктических экосистем в сезонном и онтогенетическом аспектах в этот период года. Установлено, что жирнокислотный спектр напрямую отражает возрастные и сезонные особенности питания молоди лептоклинуса пятнистого.

Светлана Мурзина, д.б.н., руководитель проекта, автор статьи в журнале «Онтогенез»:

«Мы привыкли к тому, что полярная ночь и все, что происходит в этот период, это некоторое таинство, нечто непознанное… на грани мистического. А еще полярная ночь ассоциируется у нас с темнотой, безмолвием и тишиной, кажется, что жизнь замирает. Оказывается, что это далеко не так, жизнь в полярную ночь продолжается, и она, зачастую, не менее активна, чем летом, а вот то, что зимой многие биологические процессы протекают в специфическом ритме или характеризуются определенной спецификой взаимодействия между компонентами биоты —это в какой-то мере можно назвать «особенным» или «таинственным» для данного периода. Несмотря на специфический фотопериод зимой, компоненты экосистемы активно, согласно сезону, взаимодействуют друг с другом. Так, фито- и зоопланктон продолжают составлять определенную долю в структуре пелагических сообществ, обеспечивая пищей пелагических рыб. Это мы показали в наших двух работах, как в статье Polar Biology, так и более ранее публикации, вышедшей в начале нынешнего года, в российском авторитетном журнале «Онтогенез», на примере молоди арктико-бореальной рыбы пятнистого лептоклинуса. Для многих гидробионтов Арктики то, как они проводят зиму, скажется на выживаемости и «встрече» высокопродуктивного арктического лета.

Можно сказать, что нынешний год – один из самых успешных для пятнистого лептоклинуса, одного из любимых объектов исследований. Почему? Потому что, уже в нынешнем полугодии мы смогли опубликовать несколько крупных статей в рейтинговых журналах, где представили обобщающие сведения, во много имеющих характер новизны о биологии и биохимии данного вида, а также на его примере, мы дополнили представления о функционировании арктических морских экосистем. Это чрезвычайно важно в условиях современного изменения климата и антропогенной нагрузки на эти экосистемы».

Влияние лунного света в полярную ночь на структуру и функционирование морских экосистем имеет глубоко эволюционное значение, в результате чего даже в зимнее время осуществляется перенос углерода и осуществляется взаимодействие в системе «хищник-хозяин» как внутри отдельных водных слоев, так и между ними. В работе, опубликованной в журнале Онтогенез, впервые представлены результаты сравнительного исследования суточной динамики липидного и жирнокислотного профиля, уровня энергетического обмена у молоди пятнистого лептоклинуса разных стадий развития (L2, L3, L4, L4*, L5), являющихся звеньями пелагической (L2, L3, L4) и бентосной (L4, L4*, L5) пищевой цепи из залива Конгсфьорд в условиях полярной ночи.

Обнаруженная динамика общих липидов и их липидных классов в мышцах молоди демонстрирует их важную роль в развитии метаболических адаптаций, соответствующих стадии развития, а также косвенно свидетельствует о генетической детерминированности молоди в ответ на суточный цикл (ночное и дневное время), сопряженной с особенностями функционирования биоты и трофическими взаимодействиями у молоди лептоклинуса в условиях полярной ночи зимой. Установленные различия в активности ферментов энергетического обмена в дневное и ночное время связаны с динамикой пищевой активности. Это свидетельствует о том, личинки перестают использовать липидный мешок и начинают активно питаться. Процесс сопровождается началом активного взаимодействия со средой обитания, в частности, с формированием суточных ритмов в обмене веществ, связанных со световым режимом, питанием и двигательной активностью.

Мария Чурова, участник проекта и соавтор статьи в журнале «Онтогенез»:

«Определяемые нами показатели – активность ферментов аэробного и анаэробного энергетического обмена - позволяют судить об энергетическом статусе и функциональной активности органов рыб, а именно о перераспределении энергетических затрат на процессы биосинтеза, рост, двигательную активность и адаптационные перестройки метаболизма. Проведенные исследования по изучению данных показателей у лептоклинуса пятнистого в онтогенезе и в зависимости от времени суток, позволили описать энергетический статус особей в суточной динамике и сделать вывод о непосредственной связи изменения активности ферментов энергетического обмена с пищевой активностью особей в ночное время. Так, по высокой активности лактатдегидрогеназы (ЛДГ), индикатора анаэробного синтеза АТФ, и альдолазы, фермента гликолиза, в ночное время выделялись особи 2-х стадий L3 и L4, что говорит о их высокой двигательной активности в это время суток и, скорее всего, для молоди L4 это связано с суточными вертикальными миграциями в определенном диапазоне глубин, в поисках кормовых объектов. Наши данные хорошо согласуются с данными липидного анализа, что позволяет более полно описать особенности энергетического обмена у исследуемых рыб. Так, различия в ночное и дневное время по активности ЛДГ и альдолазы были выражены у особей на стадии L4 (в 3 и 2раза соответственно), что согласуется с данными липидного анализа по содержанию структурных и запасных липидов и выделяет эту стадию среди других по энергетическому статусу».

Публикации по теме:

Pekkoeva S.N., Murzina S.A., Nefedova Z.A., Falk?Petersen S., Berge J., Lonne O.J., Nemova N.N. Fatty acid composition of the postlarval daubed shanny (Leptoclinus maculatus) during the polar night // Polar Biology. 2020. https://doi.org/10.1007/s00300-020-02669-4

Мурзина С.А., Пеккоева С.Н., Чурова М.В., Нефедова З.А., Филиппова К.А., Фальк-Петерсен С., Немова Н.Н. Суточная динамика липидов и жирных кислот и активность ферментов энергетического и углеводного обмена у молоди лептоклинуса пятнистого Leptoclinus maculatus (Fries, 1838) разных стадий развития в условиях полярной ночи // Онтогенез. 2020. Т. 51, № 2. С. 143-153. DOI: 10.31857/S047514502002007X

Ученые выяснили, как питается молодь рыбы в полярную ночь

Источник: m.vk.com

Комментарии: