ВОЗМОЖНОСТЬ ЗАВИСИМОСТИ ВАРЬИРОВАНИ СЕРДЕЧНОЙ АКТИВНОСТИ MYTILUS EDULIS L. И MODIOLUS MODIOLUS L. ОТ ФЛУКТУАЦИЙ ГИДРОЛОГИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ

И.Н. Бахмет¹, Р.Э. Здоровенов¹, И.М. Примаков^{2 1}Учреждение Российской академии наук Институт биологии Карельского научного центра РАН, г.

²Учреждение Российской академии наук Институт зоологии РАН ББС «Картеш», г. Санкт-Петербург, Россия e-mail: igor.bakhmet@gmail.com Введение

Экзогенная поведенческая активность морских организмов периодически изменяется, что связа­но, в основном, с отливно-приливным ритмом и освещенностью (Saigusa, 1988; De Vries et al. 1994; Oishi and Saigusa 1999). При исследовании данных компонентов поведения животных используются са­мые различные методики и показатели. Одним из таких показателей, хорошо себя зарекомендовавших в последнее время, является сердечная активность. В долговременных экспериментах, использовавших сердечную ритмику в качестве функции организма в литоральной зоне, было показано наличие циркад­ных и отливно-приливных осцилляций работы сердца у крабов и мизид (Aagaard et al. 1996). В то же время, попытки найти подобные ритмики у мидии не увенчались успехом (Trueman and Lowe 1971; Curtis et al. 2000; Bakhmet and Khalaman 2006). Авторы объясняли отсутствие связи тем, что частота сер­дечных сокращений (ЧСС) мидий представляет собой достаточно стохастический процесс. Следует все же подчеркнуть, что данные работы выполнялись в лабораторных условиях, в которых невозможно полностью воссоздать природную среду. Мы предполагаем, что содержание моллюсков в аквариумах могло привести к утрате ритмики физиологических процессов. Для проверки этой гипотезы мы провели долговременную полевую регистрацию сердечной активности двустворчатых моллюсков Mytilus edulis L. и Modiolus modiolus L. Второй вид был выбран для сравнительного анализа, поскольку модиолюс обитает глубже мидии и, соответственно, меньше подвержен влиянию внешних факторов.

Поскольку эксперимент проводился впервые, мы выбрали зимнее время для упрощения ана­лиза. Температура и соленость в Белом море с декабря по апрель держатся стабильно на одном уровне: -1°С и 25 %o, соответственно. В то же время, животные подвержены влиянию отливно-при­ливных течений, что гипотетически должно найти отражение в сердечной активности.

Материалы и методы

Работа была выполнена в июле 2008 года на Беломорской биологической станции «Картеш» им. О.А. Скарлато Зоологического института РАН. Мидии собирались в бухте Круглой Чупинской губы Кандалакшского залива Белого моря с установок для культивирования моллюсков (глубина 2 м) при температуре воды -1°С. Модиолюсы извлекались со дна бухты Левой при помощи водола­зов. При этом мидии не отрывались от субстрата. После поднятия каната, с прикрепленными к нему животными, к раковинам моллюсков приклеивались инфракрасные датчики. Далее канат опускался обратно в море таким образом, что животные находились на глубине около 2 метров. Модиолюсы же, после приклеивания датчиков опускались на дно на глубину около 8 метров.

Запись сердечного ритма осуществлялась при помощи методики дистантной регистрации из­менения объема сердечной мышцы (плетизмограмма), основанной на излучении инфракрасного света в область расположения сердца и приема измененных отраженных лучей. Были использованы оптические сенсоры CNY-70. С помощью специально разработанного усилителя с системой фильт­ров и портативного цифрового осциллографа Fluke 125 сигнал передавался на персональный компь­ютер, где записывался в виде последовательных волн сердечных сокращений и обрабатывался при помощи программы FlukeView 3.0 (De Pirro et al., 1999; Santini et al., 2000). При расчете ЧСС полу­чали время, за которое происходило одно сокращение сердца. Затем вычисляли количество сокра­щений, которое происходило в одну минуту. Показания амплитуды сигнала нормировали путем вы­бора первого значения каждого отдельного животного как 100 % с расчетом последующих показа­телей по отношению к первому.

Регистрацию сердечной активности моллюсков осуществляли сразу после опускания субстра­та в водную среду каждые 30 минут в течение 4 суток. Всего в эксперименте было использовано 12 мидий и 8 модиолюсов.

Для выявления периодических составляющих частоты сердечных сокращений (ЧСС) и ам­плитуды сигнала, полученные ряды данных подвергали анализу при помощи быстрого Фурье-пре­образования (БФП). Кроме того, для определения возникновения осцилляций в реальном времени был применен Вейвлет-анализ.

Температура водной среды отслеживалась по показаниям термологгеров DS9490, помещен­ных среди мидий. Соленость измерялась при помощи рефрактометра.

После окончания регистрации животные были измерены и взвешены. Измерялись длина, ши­рина и высота раковины. Получали сырой вес мидий без раковины.

Результаты и обсуждение

Средние показатели сердечной активности мидии были достоверно выше ЧСС и амплитуды сигнала у модиолюса (5.26 ± 0.78 versus 3.49 ± 1.01 и 1,77±0,33 versus 0,86±0,22, соответственно). Эти различия находятся в соответствии с уровнем метаболизма и скоростью роста, которые также намного выше у мидий (Anwar et al. 1990; Navarro and Thompson 1996). Заметим, что уровень сер­дечной активности у животных, как указано выше, находился на достаточно высоком уровне, не смотря на низкую температуру. Это может свидетельствовать об адаптации моллюсков к суровым условиям Белого моря. К примеру, ЧСС мидий Калифорнийского побережья падала до нуля при температурах 1-3°С (Hoffman, Somero, 2006). В нашем эксперименте прекращение сокращений сердца не было отмечено ни у одного животного.

ЧСС и амплитуда сигнала нестационарны и, соответственно, некоторые характеристики показате­лей невозможно определить без применения методов анализа временных рядов. При помощи БФП частот сердечных сокращений и амплитуд сигналов были выявлены три группы осцилляций: с длинной волны от 3 до 6, от 9 до 15 и от 18 до 24 часов. Вейвлет-анализ показал наличие аналогичных осцилляций. В то же время, благодаря возможности отслеживания возникновения периодических составляющих во времени, было показано, что коротко-часовые осцилляции связаны с отливно-приливным ритмом (Рис.).

Очевидно, что биоритмы беспозвоночных являются результатом ответа организма на измене­ния окружающей среды таких, как течения, освещение и др. (De Vries et al. 1994). В нашем случае изменения в окружающей среде происходили только с отливно-приливными течениями, которые изменялись от нуля в верхней и нижней точках прилива до 12-15 см/сек между крайними точками. За 1-1,5 часа до и после верхних и нижних точек приливной волны скорость течения составляла 6­8 см/сек. (Babkov 1982). Таким образом, можно предположить, что именно эти скорости потока морской воды являются наиболее оптимальными для моллюсков. Это предположение основано на том, что только в эти моменты осцилляции ЧСС и амплитуды сигнала проявлялись одновременно, что не было обнаружено для средне- и долгочасовых осцилляций.

Схематическое изображение возникновения короткочасовых осцилляций ЧСС и амплитуды во время отливно-приливной волны.

Отсутствие связи средне- и долгочасовых осцилляций с отливно-приливными течениями и циркадным ритмом в нашем исследовании пока не находят объяснения. Необходим дальнейший анализ и дополнительные эксперименты, чтобы ответить на этот вопрос.

В заключение хотелось бы поблагодарить сотрудников ББС ЗИН РАН «Картеш » за неоцени - мую помощь в сборе материала и постановке экспериментов.

Литература

Бабков А. И., 1982. Краткая гидрологическая характеристика губы Чупа, Белое море / В: Экологиче­ские исследования возможных объектов фауны Белого моря для марикультуры. Ленинград. С. 1-16.

Aagaard A., 1996. In situ variation in heart rate of the shore crab Carcinus maenas in relation to environmental factors and physiological condition // Mar.

Anwar N.A., Richardson C.A., Seed R., 1990. Age determination, growth rate and population structure of the horse mussel Modiolus modiolus // J. Mar. Biol. Ass. UK. Vol. 70. P. 441-457.

Bakhmet I.N., Khalaman V.V., 2006. Heart rate variation patterns in some representatives of Bivalvia // Biol. Bull. Vol. 33. P. 276-280.

Curtis T.M., Williamson R., Depledge M.H., 2000. Simultaneous, long-term monitoring of valve and cardiac activity in the blue mussel Mytilus edulis exposed to copper // Mar. Biol. Vol. 136. P. 0837-0846.

De Pirro M., Santini G., Chelazzi G., 1999. Cardiac responses to salinity variations in two differently zoned Mediterranean limpets // J. Comp. Physiol. B. Vol. 169. P. 501-506.

De Vries M.C., Tankersley R.A., Forward R.B., Kirby-Smith W.W., Leuttich R.A., 1994. Abundance of estuarine crab larvae is associated with tidal hydrogic variables // Mar. Biol. Vol. 118. P. 403-413.

Hofmann G., Somero G., 1995. Evidence for protein damage at environmental temperatures: seasonal changes in levels of ubiquitin conjugates and hsp70 in the intertidal mussel Mytilus trossulus // Exp. Biol. Vol.

198. P. 1509-1518.

Navarro J.M., Thompson R.J., 1996. Physiological energetics of the horse mussel Modiolus modiolus in a cold ocean environment // Mar. Ecol. Prog. Ser. Vol. 138. P.135-148.

Oishi K., Saigusa M., 1999. Rhythmic patterns of abundance in small sublittoral crustaceans: variety in the synchrony with day/night and tidal cycles // Mar. Biol. Vol. 133. P. 237-247.

Saigusa M., 1988. Entrainment of tidal and semilunar rhythms by artificial moonlight cycles // Biol. Bull. Mar. Biol. Lab. Woods Hole. Vol. 174. P. 126-138.

Santini G., Williams G.A., Chelazzi G., 2000. Assessment of factors affecting heart rate of the limpet Patella vulgata on the natural shore // Mar. Biol. Vol. 137. P. 291-296.

Trueman E.R., Lowe G.A., 1971. The effect of temperature and littoral exposure on the heart rate of a bivalve mollusc, Isognomon alatus, in tropical conditions // J. Comp. Biochem. Physiol. A. Vol. 38. P. 555-564.