Исследование химических коммуникаций у доминантных видов биоты солоноватого озера Шира (Хакасия) в лабораторных условиях

Губанов М.В. (guban@ibp.ru)

Институт биофизики СО РАН, Красноярск

Введение

Вертикальное распределение зоопланктона, его суточные вертикальные миграции играют большую роль в функционировании морских и континентальных водоемов. Формирование вертикальной структуры зоопланктона происходит под действием комплекса абиотических и биотических факторов среды. Вертикальная структура сообщества складывается как результирующая суточных и сезонных миграций. Вертикальное распределение с одной стороны является интегральной характеристикой, отражающей состояние водоема, а с другой является одним из регуляторов потока вещества и энергии в экосистеме.

Одним из факторов, определяющих феномен вертикальных миграций, являются колебания освещенности (Заика и др., 1976). Ламперт и Луз (Lampert, 1993; Loose, 1993) продемонстрировали, что для многих видов зоопланктона суточные вертикальные миграции вероятнее всего связаны с избеганием в светлое время хищников. В этом случае, суточные вертикальные миграции индуцируются двумя регулирующими факторами -интенсивностью света и химическими сигналами от хищников (Larsson, Dodson, 1993; Reingelberg, 1999). Имеется большое количество данных, иллюстрирующих действенность химических сигналов хищников на вертикальное распределение их жертв в лабораторных условиях (Dodson, 1988; Dawidowicz et al., 1990; Loose et al., 1993).

Работы по исследованию суточной динамики вертикальной структуры некоторых массовых видов зоопланктона в солоноватом меромектическом озере Шира (Россия, Хакасия, максимальная глубина 22 м) показали, что копеподы Arctodiaptomus salinus и коловратки Brachionus plicatilis обладают закономерно изменяющимся в течение суток стратифицированным вертикальным распределением. В дневные часы они отходят от поверхности, а в темное время суток, наоборот, стремятся к ней (Zotina et al., 1999). Лабораторное исследование питания бокоплава Gammarus lacustris показало, что ювенильные особи G.lacustris потребляют коловраток, а взрослые особи потребляют веслоногих рачков A.salinus (Yemelyanova et al., 2002). То есть, по данным этих авторов копеподы A.salinus могут быть частью пищевого рациона бокоплавов, а G.lacustris в таком случае единственный вид, который является потенциальным хищником для A.salinus, потому что в озере Шира полностью отсутствуют рыба и другие возможные хищники. Наши лабораторные исследования показали, что продукты жизнедеятельности G.lacustris достоверно влияют на вертикальное распределение A.salinus в лабораторных условиях. При этом эффективность действия воды-скоплений на вертикальное распределение A.salinus тем выше, чем выше плотность посадки G.lacustris при приготовлении воды-скоплений (Zadereev, Gubanov, 2002).

Однако у экспериментов с водой скоплений есть и свои недочеты (Задереев, 2002). Для приготовления воды скоплений затрачивается длительный промежуток времени, в течение которого в среде происходит накопление всех типов продуктов жизнедеятельности (как видоспецифичных, так и невидоспецифичных) в повышенных концентрациях. Неизвестны как скорость и интенсивность выделения продуктов жизнедеятельности, так и скорость их распада. Метаболизм животных, используемых для «производства» продуктов

жизнедеятельности, может быть нарушен вследствие слишком плотной посадки на стадии приготовления воды-скоплений, что влечет за собой изменение спектра выделяемых веществ. Кроме того, в экспериментах с водой скоплений химические вещества, вызывающие наблюдаемые эффекты, присутствуют во всем экспериментальном объеме, то есть отсутствует градиент (неоднородность) их концентрации. В результате, интерпретация данных, полученных с использованием вышеописанной методики, не всегда однозначна.

Учитывая все вышесказанное, с целью дальнейшего исследования химических взаимодействий между A.salinus и G.lacustris и оценки роли этих взаимодействий в формировании вертикального распределения зоопланктона в озере Шира были поставлены следующие задачи:

А) в лабораторных условиях исследовать вертикальное распределение A.salinus при неоднородном распределении химических веществ, ассоциирующихся с G.lacustris и его жертвой A.salinus.

Б) получить и сравнить вертикальные профили распределения A.salinus и G.lacustris в озере Шира.

Материал и методы исследования

Исследование вертикального распределения A.salinus проводилось в вертикальных стеклянных квадратных сосудах (высота - 60 см, ширина боковой стенки - 5 см, объем среды 1,3 литра). Эксперименты проводились в термостате, где поддерживалась температура 17-19оС. Во всех экспериментах для оценки вертикального распределения A.salinus стаканы были разделены на 5 одинаковых вертикальных слоев. Определение количества рачков в каждом слое производилось

визуально. Средняя глубина залегания популяции ( d ) определялась как:

- 5 i • n

d = х -,

i=1 n

где: i - номер слоя, ni - количество рачков в i - слое, n - общее количество рачков.

В экспериментах для заполнения экспериментальных стаканов использовалась озерная вода с глубины 3 метра с пелагиали озера (станция над глубиной 16 м) пропущенная через мелкий газ №76. Диаптомус для экспериментов отбирался сачком (площадь сачка = 0.44 м2, размер ячейки = 160 мкм) вертикальным тралом с глубины 3 метра до поверхности. Гаммарус для экспериментов отлавливался у берега.

Во время проведения всех экспериментов в экспериментальные стаканы вносился A.salinus в количестве 45 - 50 особей на один стакан. Визуальные наблюдения и регистрация вертикального распределения производились через регулярные промежутки времени. Первое наблюдение производилось через час после начала эксперимента, затем каждые полчаса - в течение 4 - 5 часов. Всего десять наблюдений в каждом эксперименте.

Для создания направленного воздействия на вертикальное распределение A.salinus в опытные сосуды помещались:

1)закрытые стаканчики (диаметр - 2 см, длина - 7 см) из крупного газа (0.25 мм) с заключенным в них живым G.lacustris (4 особи/стаканчик).

2)пустые закрытые стаканчики (диаметр - 2 см, длина - 7 см) из крупного газа (0.25 мм).

3)стеклянные сосуды объемом 5 миллилитров с гомогенатом A.salinus закрытые сверху мелким газом №76.

4)стеклянные сосуды объемом 5 миллилитров с гомогенатом G.lacustris закрытые сверху мелким газом №76.

5) электродвигатели для создания гидродинамического возмущения воды в верхнем (первом) слое опытных экспериментальных стаканов. Скорость вращения лопастей электродвигателей равнялась 9 оборотов в минуту.

Для создания гомогената A.salinus использовались рачки и озерная вода с глубины 3 метра. Всех рачков A.salinus, содержащихся в 800 мл воды, сгущали на газ (до состояния густой красной пасты), помещали в ступку, растирали и затем смешивали с озерной воды (5 мл). Для создания гомогената G.lacustris также использовалась озерная вода с глубины 3 метра. Трех рачков G.lacustris помещали в ступку, растирали и смешивали с озерной воды (5 мл).

В качестве контроля выступали сосуды, в которых A.salinus не испытывал никакого воздействия.

С использованием вышеописанной методики были проведены две серии экспериментов: а) при освещении, б) в темноте.

При освещении были выполнены следующие независимые эксперименты:

1.Контроль, опыт (в нижнем пятом слое помещен стаканчик с заключенным в нем живым G.lacustris).

2.Контроль, опыт (в верхнем первом слое помещен стаканчик с заключенным в нем живым G.lacustris).

3.Контроль (в верхнем первом слое создаются гидродинамические возмущения), опыт (в верхнем первом слое создаются гидродинамические возмущения и в нижнем пятом слое помещен стаканчик с живым G.lacustris).

4.Контроль, опыт (в нижнем пятом слое помещен сосуд объемом 5 миллилитров с гомогенатом из G.lacustris).

5.Контроль, опыт (в нижнем пятом слое помещен сосуд объемом 5 миллилитров с гомогенатом из A.salinus).

В темноте были выполнены следующие независимые эксперименты:

1.Контроль, опыт (в нижнем пятом слое помещен стаканчик с живым G.lacustris).

2.Контроль, опыт (в нижнем пятом слое помещен сосуд объемом 5 миллилитров с гомогенатом из G.lacustris).

3.Два типа воздействий: а) в нижнем пятом слое помещен сосуд объемом 5 миллилитров с гомогенатом из A.salinus, б) в верхнем первом слое создаются гидродинамические возмущения и в нижнем пятом слое помещен стаканчик с живым G.lacustris.

4.Два типа воздействий: а) в верхнем первом слое создаются гидродинамические возмущения, б) в верхнем первом слое помещен стаканчик с живым G.lacustris.

Визуальные наблюдения и регистрация вертикального распределения в экспериментах выполненных в темноте производилась при свете красной лампы.

Во всех независимых экспериментах каждое воздействие и контроль были протестированы в трех повторностях.

Достоверность различия между опытом и контролем во всех проведенных экспериментах оценивалась непараметрическим критерием Манна-Уитни в программе STATISTICA.

Для оценки вертикального распределения G.lacustris в пелагиали озера пробы отбирали планктонной сетью (диаметр захвата 0.44 м2, размер ячейки 160 мкм) вертикальным тралом послойно с глубины до поверхности с интервалом 4 метра (последовательно облавливались слои 0-4 м, 0-8 м, 0-12 м, 0-16 м). Отбор проб G.lacustris производился над глубиной 18 метров на расстоянии 500м от берега в течение трех дней в трех повторностях каждый день. Весь объем отфильтровывали через сеть с размером ячеек 75мкм и концентрировали в пробе объемом 50 мл. Пробы фиксировали 70% спиртом. Пробы просчитывали под световым бинокуляром при увеличении х32. Сырую массу тела G.lacustris подсчитывали по уравнению, связывающему линейные размеры тела и вес животных: