Реакция осморегуляторной системы стерляди Acipenser ruthenus Linnaeus, 1758 (Acipenseridae) на воздействие гиперосмотической среды

Л.С. Краюшкина и О.Г. Семёнова

Труды Зоологического института РАН, 2019, 323(4): 506–522 · https://doi.org/10.31610/trudyzin/2019.323.4.506

Резюме

Изучены особенности реакции осморегуляторной системы пресноводного вида осетровых реки Волга (стерляди Acipenser ruthenus Linnaeus, 1758) на воздействие гиперосмотической среды (искусственной морской воды) солёностью 12.5–2.7‰ (403–409 мосм/л). Прослежены морфофункциональные изменения некоторых элементов комплекса органов, ответственного за осуществление процесса осморегуляции. Через 72 ч после перевода неполовозрелых особей стерляди в возрасте 2+ в гиперосмотическую среду из пресной воды осмолярность сыворотки крови становится изоосмотичной внешней среде. Интерреналовая железа на солевое воздействие отвечает повышением концентрации кортизола в сыворотке крови, высокий уровень которого (75.13 ± 12.96 против 19.29 ± 6.36 нг/мл в контроле) сохраняется в течение всего опыта (7 сут.), что указывает на стрессорное состояние рыб. Выведение кортизола в кровяное русло не сопровождается повышением активности транспортного фермента Na+/K+ АТФ-азы в гомогенате жабр и увеличением концентрации Na+ непосредственно в хлоридных клетках, определяемой при использовании А-голд техники. Ультраструктура хлоридных клеток, являющихся главным местом выведения и сорбции одновалентных ионов (Na+, K+, Cl-) у рыб, у стерляди не характеризуется чертами активного экскреторного состояния. Таким образом, кортизол не оказывает стимулирующего действия на повышение активности фермента Na+/K+ АТФ-азы в жабрах, необходимого для транспорта избытка ионов из организма. Щитовидная железа отвечает увеличением концентрации тироксина (Т4) в сыворотке крови в течение 3–6 ч солевого воздействия. В дальнейшие 114 ч происходит снижение концентрации гормона до исходного уровня (в контроле). Динамика концентрации тироксина в сыворотке крови не сопряжена с динамикой осмолярности сыворотки крови. Возможно заключить, что между эффекторным «органом», каким является совокупность многочисленных хлоридных клеток жаберного эпителия, и эндокринными железами (интерреналовая и щитовидная), находящимися под контролем гормонов тропных клеток гипофиза, отсутствует функциональная связь. У стерляди в гиперосмотической среде в почке сохраняется более высокая активность фермента Na+/K+ АТФ-азы, чем в жабрах. Высокая концентрация Na+ в моче (163.2 ± 5.3 мэкв/л), близкая к концентрации этого катиона в гиперосмотической среде, высокая доля Na+ (87.1 ± 0.1%) в суммарной концентрации основных катионов в моче, низкий уровень сорбции воды (50.8 ± 4.0%) в почечных канальцах, высокий диурез (0.58 ± 0.09, мл/час/100 г массы тела) обусловливают высокий уровень выведения Na+ с мочой (94.66 ± 3.50 мэкв/мл/час/100 г массы тела). Существенная роль почки в выведении избытка Na+ в гиперосмотических условиях среды лежит в основе стратегии осмоконформности стерляди.

Ключевые слова

жабры, интерреналовая и щитовидная железы, кишечная жидкость, моча, осетровые, осмолярность, почки, сыворотка крови

Поступила в редакцию 3 декабря 2019 г. · Принята в печать 16 декабря 2019 г. · Опубликована 26 декабря 2019 г.

Литература

Bakhteeva V.T. and Natochin Yu.V. 1976. Research method of water-salt metabolism and functions of fish kidneys. Standard methods for studies of productivity of fish species within the limit of their areas. Mokslas, Vilnius, part 2: 110–122. [In Russian].

Belogurov A.Ya. 1937. To question about the distribution of sterlet (Acipenser ruthenus L.) in North part of Caspian Sea. Scientific Proceedings of Moscow University, 9: 87–91. [In Russian].

Borzenko M.P. 1951. Distribution and grow of starlet in Caspian Sea. Journal of Fish Industry, 2: 44. [In Russian].

Bruevich S.V. 1937. Hydrochemistry of the Middle and Southern Caspian Sea. USSR Academy of Sciences, Moscow, 350 p. [In Russian].

Echmeyer W.N. 2019. Catalog of Fishes. Available from: http://researcharchive.calacademy.org/research/ichthyology/catalog/fishcatmain.asp on-line (accessed 3 December 2019)

Forrest J.N., MacKay W.C., Gallagher B. and Epatein F.H. 1973. Plasma cortisol response to seawater adaptation in the American eel, Anguilla rostrata. American Journal of Physiology, 224(3): 714–717. https://doi.org/10.1152/ajplegacy.1973.224.3.714

Karnovsky M.J. 1965. A formaldehyde-glutaraldehyde fixatative of high osmolality for use in electron microscopy. Journal of Cell Biology, 27: 137–138.

Krayushkina L.S. 1998. Characteristics of osmotic and ionic regulation in marine diadromous surgeon Acipenser brevirostrum and A. oxyrhynchus (Acipenseridae). Journal of Ichthyology, 38(8): 660–668.

Krayushkina L.S. 2006. Considerations on evolutionary mechanisms of osmotic and ionic regulation in Acipenseridae: an overview. Journal of Applied Ichthyology, 22(suppl. 1): 70–77. https://doi.org/10.1111/j.1439-0426.2007.00931.x

Krayushkina L.S. and Moiseenko S.N. 1977a. Functional peculiarities of osmoregulation in ecologically different species of acipenserids (fam. Acipenseridae) in hypertonic medium. Voprosy Ikhtiologii, 17(3): 503–509. [In Russian].

Krayushkina L.S. and Moiseenko S.N. 1977b. Reaction of freshwater acipenserids forms – Baikalian sturgeon and big Amu-dar shovelnose on the change of environment salinity. Reports of the USSR Academy of Sciences, 232(2): 496–499. [In Russian].

Krayushkina L.S. and Semenova J.G. 2006. Osmotic and ion regulation in different species of acipenserids (Acipenseriformes, Acipenseridae). Journal of Ichthyology, 46(1): 108–119. https://doi.org/10.1134/s0032945206010139

Krayushkina L.S., Semenova O.G. and Pritvorova A.V. 2016. Reaction of osmoregulatory system in juveniles of Russian sturgeon Acipenser gueldenstaedtii (Acipenseridae) on influence of somatotropin of carp Cyprinus carpio. Journal of Ichthyology, 56(5): 775–782. https://doi.org/10.1134/s0032945216050052

Krayushkina L.S., Semenova O.G. and Vyushina A.V. 2006. Level of serum cortisol and Na⁺/K⁺ ATPase activity of gills and kidneys in different acipenserids. Journal of Applied Ichthyology, 22 (Suppl. 1): 182–187. https://doi.org/10.1111/j.1439-0426.2007.00948.x

Krayushkina L.S., Semenova O.G. Vyushina A.V. and Gerasimov A.A. 2015. Morphofunctional remodelling of the osmoregulatory system in starred sturgeon Acipenser stellatus (Acipenerseridae) during transition from hyperosmotic to hypoosmotic regulation. Journal of Ichthyology, 55(2): 259–272.https://doi.org/10.1134/S0032945215020101

Lukin A.V. 1947. Principal features of ecology of acipenserids from Middle Volga. Proceedings of Natural History Society of Kazan’ University, 7(3–4): 39–143. [In Russian].

Martines-Álvarez R.M., Hidalgo M.C., Domezain A., Morales A.E., Garcia-Gallego M. and Sanz A. 2002. Physiological changes of sturgeon Acipenser naccarii caused by increasing environmental salinity. Journal of Experimental Biology, 205: 3699–3706.

Pakhomova F.S. and Zatuchyaya B.M. 1966. Hydrochemistry of the Caspian Sea. Gidrometezdat, Leningrad, 323 p. [In Russian].

Reynolds E.S. 1963. The use of lead citrate at high pH bas an electron-opaque stain in electron microscope. Journal of Cell Biology, 17: 208–212. https://doi.org/10.1083/jcb.17.1.208

Romeis B. 1953. Microscopic technique. (Sokolov I.I., ed.). Foreign Literature Publishers, Moscow, 718 p. [In Russian].

Roth J., Bendayan M. and Orci L. 2007. Ultrastructural localization of intercellular antigens by the use of prolactin A-gold complex. Journal of Histochemistry and Cytochemistry, 26: 1074–1081. https://doi.org/10.1177/26.12.366014

Sadov I.A. 1957. Changes of nucleus sizes during period of growth and maturation of ovocytes in sturgeon, starred sturgeon and sterlet. Doklady of the USSR Academy of Sciences, 112(2): 359–362. [In Russian].

Semenkova T.B., Barannikova I.A., Kime D.E., McAllister B.G., Bayunova L.V., Dyubin V.P. and Kolmakov N.N. 2002. Sex steroid profiles in female and male stellate sturgeon (Acipenser stellatus Pallas) during final maturation induced by hormonal treatment. Journal of Applied Ichthyology, 18: 375–381. https://doi.org/10.1046/j.1439-0426.2002.00368.x

Semenova O.G., Pritvorova A.V. and Krayushkina L.S. 2018. Changes of somatotropin concentration in blood serum of juvenile Russian sturgeon Acipenser gueldenstaedtii (Acipenseriformes) during adaptation to hyperosmotic medium. Journal of Ichthyology, 58(2): 265–268. https://doi.org/10.1134/S0032945218020133

Sokolov L.I. and Tsepkin E.A. 1971. Sterlet Acipenser ruthenus L. in Middle and Lite Holotcene. Bulletin of Moscow Natural History Society, 76(3): 137–145. [In Russian].

Urbakh V.Yu. 1964. Biometrical methods. Science, Moscow, 415 p. [In Russian].

Wendelaar-Bonga S.E. 1993. Endocrinology. In: D.H. Evans (Ed.). The physiology of fishes. London, Tokyo, CRC Press: 469–502.

Zaugg W.S. 1982. A Simplified Preparation for Adenosine Triphosphatase Determination in Gill Tissue. Canadian Journal of Fisheries Aquatic Sciences, 39: 215–217. https://doi.org/10.1139/f82-027