Сопоставление данных полученных в ходе эксперимента с подобным анализом поведенческих и физиолого-биохимических особенностей на каждой из стадий приспособительных реакций при интоксикациях различными химическими соединениями позволяет сделать вывод, что лизосомы участвуют в стрессовых реакциях рыб, вызванных стоками ЦБК и некоторыми составляющими их, компонентами.
.4 Участие лизосомального аппарата в процессах питания
Важнейшим фактором среды, играющим первостепенную роль в биохимической, морфологической и экологической адаптации видов является пища. В то же время, такие основные функции организма, как питание, дыхание и размножение взаимосвязаны и находятся под регулирующим влиянием нервной и эндокринной систем. Поэтому изучение механизмов поддержания гомеостаза, обеспечения организма необходимыми энергетическими и пластическими веществами на разных стадиях онтогенеза, при различных физиологических состояниях представляет несомненный интерес, как для фундаментальной науки, так и для решения практических задач сельского хозяйства, звероводства и рыбоводства.
Составляющие ингредиенты пищи трансформируются в энергию биохимических процессов и структурные элементы организма. Важный момент - количество и качество пищи, так как только при выполнении этих условий обеспечивается нормальный рост и развитие организма. При несбалансированном питании, частичном или полном голодании включаются различные механизмы физиолого-биохимической адаптации, регулирующие интенсивность и направленность метаболизма на тканевом и клеточном уровнях. При этом следует учитывать, что на успешность процессов питания, пищеварения и усвоения пищи оказывают влияние сразу многие внешние и внутренние факторы.
Согласно современной концепции питания усвоение пищи происходит с помощью трех основных: внеклеточного, внутриклеточного и мембранного и двух дополнительных: индуцированного и симбионтного типов пищеварения. В большинстве из названных типов больший или меньший вклад в процессы расщепления компонентов пищи вносит ферментативный аппарат лизосом.
Внутриклеточное пищеварение является основной функцией лизосом. У простейших и беспозвоночных животных этот механизм ассимиляции пищи является основным. У позвоночных, в том числе рыб, он имеет большое значение на ранних этапах развития, а также в те периоды жизненного цикла, когда обеспечение организма веществом и энергией осуществляется за счет эндогенного питания.
На разных стадиях онтогенеза и годового цикла гидробионтов в процессы питания, осуществляющихся с помощью разных сменяющихся и дополняющих друг друга механизмов, вовлекаются лизосомальные гидролазы.
Проводились эксперименты по определению активности ферментов у молоди лосося при разных вариантах кормления. [13] В результате опыта было установлено, что при улучшении рационов в организме повышается активность лизосомальных ферментов, ответственных за катаболическую часть обмена веществ, а это в конечном счете, способствует формированию жизнестойкой крепкой молоди.
В исследованиях приводится пример опыта по выявлению активности ферментов у рыб при разных формах голодания.[13]
В результате cделаны выводы, что выработанная в процессе эволюции способность многих видов рыб в определенные периоды переключать метаболизм на эндогенные источники пластического и энергетического материала позволила им в конкурентной борьбе за выживание занять определенную экологическую нишу и, в конечном счете, обеспечить сохранение своего вида.
4. БИОХИМИЧЕСКИЙ ИНТЕГРАЛЬНЫЙ ИНДЕКС - БИИ
При интерпретации разнообразных биохимических данных, полученных при изучении влияния различных экологических факторов, и особенно разного рода химических загрязнений, ученые столкнулись с необходимостью суммарной оценки биохимической реакции организма на эти воздействия. Большое разнообразие в характере изменений индивидуальных биохимических показателей в зависимости от действия концентраций токсиканта и в процессе длительного действия сублетальных концентраций токсиканта затрудняет однозначную оценку степени, интенсивности и опасности для организма происходящих процессов. Особенно трудно использовать эти данные при определении предельно-допустимых концентраций веществ (ПДК).
Изменение каждого биохимического параметра при разных концентрациях токсикантов контролируется столь многозначительными факторами, в свою очередь варьирующими в разной степени под действием различных веществ, что ожидать прямолинейной зависимости отдельных биохимических компонентов было бы нереальным. Поэтому возникла необходимость найти какую либо единую интегральную величину, усредняющую наблюдаемое разнообразие ответов организма на уровне индивидуальных биохимических показателей и коррелирующую с дозой токсиканта.
Основные принципы эколого-биохимического мониторинга были разработаны в лаборатории Н.Н. Немовой.[13] К ним относятся: принцип учёта экологического и таксономического разнообразия объектов (водных организмов); принцип исследования органов рыб и других гидробионтов; онтогенетический принцип; принцип комплексности тестов; принцип биохимической диагностики; принцип адекватности методов задачам эколого-биохимического мониторинга. При изучении влияния некоторых токсических веществ (ртути и других тяжелых металлов, нитратов, нитритов, солей калия) на разные стороны метаболизма рыб эта система была успешно апробирована сотрудниками Института биологии КарНЦ РАН. Они предложили биохимический интегральный индекс - БИИ, который представляет собой отношение числа резко отклоняющихся от нормы биохимических показателей к общему числу изученных показателей, выраженное в процентах.
Вычисление такого индекса оказалось очень полезным при определении ПДК, когда важна суммарная оценка биохимических изменений в организме, а также при выявлении механизмов и степени биохимических адаптационных перестроек при хроническом действии на него негативных факторов. Величина БИИ зависит от вида и возраста рыб, а также от токсичности загрязнителя водоема.
Важно знать, что величина БИИ, то есть число показателей, близких к крайним границам их естественной вариабельности или выходящих за ее пределы, то есть уже патологичных, во всех случаях соответствует классическому принципу токсикологии «доза-эффект», означающему, что с увеличением дозы токсиканта усиливается производимый им эффект.
Точность определения БИИ должна зависеть от степени охвата биохимическими показателями основных путей метаболизма: гликолиза, пентозофосфатного пути, цикла ди- и трикарбоновых кислот, окислительного фосфорилирования, бета-окисления жирных кислот, путей биосинтеза и распада биополимеров, пуриновых и пиримидиновых оснований, заменимых жирных кислот, глюконеогенеза, функционирования компонентов соединительной ткани, дыхания, состояния биологических мембран, гормонального статуса, обмена аминокислот, окислительного стресса и др.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Изучив биохимические ос можно сделать следующие выводы.
Рыбопродуктивность, численность, плодовитость, размерно-весовой состав популяций естественных водоемов зависят от физиолого-биохимического состояния рыб, о котором можно судить по ряду биохимических показателей.
Появление в водоемах повышенных и превышающих допустимые нормы концентраций токсических веществ вызывает нежелательные изменения в воде и кормовых организмах, что приводит к нарушениям клеточного метаболизма и, как следствие, к изменению плодовитости и выживания рыб. Это очень хорошо показано в исследованиях по влиянию «промстоков» целлюлозно-бумажного комбината и др.
Собран огромный экспериментальный материал, полученный в ходе натуральных модельных исследований, касающийся развития ответных реакций у водных организмов и, прежде всего, у пресноводных рыб при воздействии различных факторов среды, в том числе антропогенных.
Биохимические методы позволяют наблюдать изменения в обмене веществ в организме, наступающие, как правило, до появления физиологических и морфологических изменений или отклонений от нормы и дают возможность определить границы адаптационных способностей, выявить фазы воздействия и на основании этого, делать выводы о степени устойчивости и чувствительности видов.
Значение таких исследований состоит не только в теоретической значимости для биологии и экологии, для изучения биохимических механизмов адаптации, но и для решения практических задач биомониторинга биотестирования состояния рыб в естественных водоемах и в аквакультуре. Исследования вносят вклад также в проблему разработки современных методов оценки экологической ситуации в водоемах. Потребуется еще немало времени и усилий для того, чтобы усовершенствовать и внедрить в практику эту систему комплексного биохимического тестирования водоемов.
Полученные результаты по биохимической индикации состояния рыб и других водных организмов поставили перед учеными некоторые вопросы и проблемы, для выяснения которых необходимы дальнейшие исследования.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Абакумов В.А., Сущеня Л.М. Гидробиологический мониторинг пресноводных экосистем и пути его совершенствования / Экологические модификации и критерииэкологического нормирования Л.: Гидрометеоиздат, 2003. С. 41-52.
Акимова Н.В., Рубан Г.И. Анализ воспроизводственной системы рыб в связи с проблемами биоиндикации на примере сибирского осетра // Вопр. ихтиологии 2004. С. 109.
Аршаница Н.М. Состояние рыб как показатель степени загрязнения рыбохозяйственных водоемов /Н.М. Аршаница, О.Е.Перепелицина // Первая Всес. конф. по рыбохозяйственной токсикологии: Тез. докл. Рига, 1988 .-4.1.-С. 23-25
Багоцкий С.В. Пестициды и их воздействие на водные экосистемы / С.В. Багоцкий, М.В. Санин, Л.О. Эйлор. - М.: ВНИИТЭИагропром, 2012. С. 48.
Богдан В.В. Влияние ртути на состав липидов печени и мышц / В.В. Богдан, Н.Н. Немова, Т.Р. Руоколайнен // Вопр. ихтиологии. - 2002. - Т.42, № 2. С. 259 - 263.
Влияние компонентов буровых растворов на активность лизосомальных и антиоксидантных ферментов камбалы / Высоцкая Р.У., Крупнова М.Ю., Ломаева Т.А., Такшиев С.А. // Современные проблемы водной токсикологии: Тез. докл. Всеросс. конф., 19-21 ноября 2002 г. С. 30 - 31.
Головина И.В. Влияние полихлорбифенилов на активность ферментов в тканях мидии Mytilus galloprovincialis / И.В. Головина, О.Ю. Бочко // Современные проблемы физиологии и биохимии водных организмов: Материалы Международн. конф. (6 - 9 сентября 2004 г., г. Петрозаводск, Республика Карелия, Россия). - Петрозаводск: КарНЦ РАН,2004. С. 45 - 48.
Колупаев Б.И. Дыхание гидробионтов в токсической среде / Б.И. Колупаев. - Казань: изд-во Казанского ун-та, 2012. 128 с.
Комплексная оценка качества водной среды с помощью биомаркеров разного уровня / Руднева И.И., Шевченко Н.Ф., Овен Л.С. и др. // Актуальные проблемы водной токсикологии. - Борок: Ин-т биологии внутр. вод РАН, 2004. С. 124 - 149.
Котова Л.И. Биологический контроль качества вод / Л.И. Котова, Л.П. Рыжкова, А.В. Полина. - М.: Наука, 2012. 144 с.
Крылов О.Н. Методические указания по гематологическому обследованию рыб в водной токсикологии. / О.Н. Крылов. Л.: Изд-во ГосНИОРХ, 1974. - 40 с
Кудрявцева Г.В. Надёжность и качество ферментативных функциональных систем. / Г.В. Кудрявцева, В.И. Шишкин - СПб.: Изд-во СПб ун-та, 2009 - 68
Моисеенко Т.И. Лукин А.А., Шарова Ю.Н., Королева И.Н., Рыбная часть сообщества в изменяющихся условиях среды обитания - М.: Наука, 2002. 390
Моисеенко Т.И. Экотоксикологический подход к оценке качества вод // Водные ресурсы 2005 Т.32№4. С. 410 - 424.
Немова Н.Н. Биохимическая индикация состояния рыб / Н.Н. Немова, Р.У. Высоцкая. - М.:Наука, 2004. С. 9-159
Решетников Ю.С. Метод экспертной оценки состояния особи и популяции сиговых рыб // Биология и биотехника разведения сиговых рыб. СПб.: Изд. ГосНИОРХ, 2004. - С. - 119.
Романенко В.Д. Основы гидроэкологии / В.Д. Романенко. - К.: Генеза, 2012. - С. 52. индикация рыба биохимический лизосомальный