Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Вкусовая чувствительность карпа и ее изменение при действии тяжелых металлов

ВАК РФ 03.00.10, Ихтиология

Автореферат диссертации по теме "Вкусовая чувствительность карпа и ее изменение при действии тяжелых металлов"

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. М.В. ЛОМОНОСОВА

Биологический Факультет

На правах рукописи УДК 591.185.31:574.54:597.554.3

' Амаль Мохамед Хусейн ЮРСИ

ВКУСОВАЯ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ КАРПА й ЕЕ ИЗМЕНЕНИЕ ПРИ ДЕЙСТВИИ ТЯЕЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ

03.00.10 - Ихтиология

Автореферат диссертации ка соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва, 1995 г.

Работа выполнена ка кафедре ихтиологии биологического факультет Московского государственного университета им. М.В.Ломоносова

Научный руководитель: кандидат биологических наук, стерший научный сотрудник

А.0.Касумян

Официальные о п о к' е н т ы:

доктор биологических наук, профессор кандидат биологических наук

Ю.Б.Мантейфель А.Е.Микулин

Ведущее учреждение - Всероссийский научно-исследовательский

Защита состоится 26 мая 1995 года в 1530 часов ка заседании сп дуализированного совета Д 053.05.71 по защите диссертаций при Мо> ковском государственном университете им. М.В.Ломоносова по адрес 119899 МоскЕа, Ленинские горы, МГУ, Биологический факультет.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Биологического ф культета МГУ.

Автореферат разослан апреля 1995 г.

Ученый секретарь

институт рыбного хозяйства и океанографии

специализированного совета, кандидат биологических наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Вкусовой рецепции принадлежит ведущая роль сенсорном обеспечении заключительных фаз пщевого поведения рыб, язакных с оценкой вкусовых свойств добычи и установлением ее соот-1тствия пищевым потребностям рыб, потреблением рыбами адекватных кор->вых объектов (Павлов, Касумян, 1990; Atema, 1980). Многочисленные ¡следования вкусовой системы рыб посвящены главным образом выяснению уфологических особенностей и топографии вкусовых почек, их ультраст-'ктуры и иннервации, изучению'организации центрального отдела вкусо-)й системы (Reutter, 1986; Jakubowski, Whitear, 1990; Kanwal,-Finger, 392). Изучение функциональных свойств вкусовой системы проводится зеимущестъен'г" с помощью электрофизиологических методов (Marui, Сар-1о, 1992). Объем экспериментальных данных, полученных с использовани-л поведенческих тест-реакций, крайне ограничен и не дает ясного редставления об общих закономерностях и специфических особенностях гношения рыб к вкусовым раздражителям, сходстве и отличиях спектров ффективных вкусовых веществ у рыб разной экологии и систематического оложения, о значении вкусовой рецепции в обеспечении избирательности итания рыб.

Вкусовые рецепторы рыб открыты в окружающую среду и в связи с тим легко доступны для различных загрязняющих веществ. Установлено, :то многие типы загрязняющих веществ могут вызывать значительные структурные повреждения во вкусовых почках рыб, изменять электрофизио-югические ответы, регистрируемые в иннервирущих вкусовые почки нерв-ых волокнах (Hidaka, 1970; Pevzner et al., 1986; Klaprat et al., 992). Происходящие при этом изменения отношения рыб к вкусовым разд-шителям остается слабо исследованным. Практически полностью отсутствуют данные о закономерностях регенерационных процессов, происходящих

во вкусовой системе рыб после прекращения действия загрязняющих веществ.

Исследования вкусовой рецепции рыб имеют важное теоретически значение, связанное с раскрытием регулирующей рож этой сенсорной системы в обеспечении питания рыб адекватными пищевыми организмами, i поддержании внутреннего гомеостаза. Изучение вкусовой чувствительной] рыб сопряжено с возможностью решения таких актуальных прикладных вопросов современной аквакультуры, как поиск высокоэффективных химически; стимуляторов питания, совершенствование существующих и создание новы искусственных кормов, разработка биотехнологии кормления рыб и т.п Важное практическое значение для составления прогнозных оценок лос ледствий загрязнения естественных водоемов представляют также данные раскрывающие особенности повреждающего действия на вкусовую чувстви тельность рыб химических загрязнителей водной среды.

Цель и задачи исследования. Целью работы служило исследование . помощью поведенческих тест-реакций вкусовой чувствительности карпа влияния на нее тяжелых металлов.

В задачи работы входило:

- исследовать характер и особенности вкусовых поведенческих отве тов карпа на классические типы вкусовых веществ и свободны аминокислоты;

- определить уровень вкусовой чувствительности карпа к наиболе эффективным вкусовым раздражителям;

- исследовать нарушения вкусовых поведенческих ответов карпг возникающих при действии солей ртути (двухвалентной), мед* кадмия, свинца и цинка;

- определить пороговые концентрации хлорида ртути, приводящие возникновению значимых нарушений вкусовых поведенческих ответе у карпа;

- о -

- исследовать восстановление вкусовой чувствительности после прекращения токсического воздействия.

Научная новизна. Диссертационная работа является зксперименталь-шм исследованием, в котором впервые методами, основанными на поведен-1еских тест-реакциях рыб проведено исследование вкусовой чувствитель-юсти карпа к классическим вкусовым веществам и свободным аминокислотам. Установлен спектр эффектных вкусовых раздражителей для карпа, определен уровень вкусовой чувствительности к наиболее эффективным зкусовым раздражителям. Показано, что свободные аминокислоты могут не /олько стимулировать потребление корма рыбами, но и обладать сильными ¡етеррентными свойствами, что расширяет существующие представления о юли веществ этого класса в регуляции пищевого поведения рыб. Выяснены ;пенифические особенности поведенческого вкусового ответа карпа, обнажена высокая продолжительность вкусового тестирования карпом гранул ;орма, содержащих наиболее привлекательные по вкусу вещества.

Выполнен сравнительный анализ повреждающего действия солей тяжелых (еталлов на вкусовую чувствительность карпа. Обнаружено, что экспози-щя рыб в сублетальных концентрациях солей тяжелых металлов (1 [риводит к развитию глубоких и однотипных по проявлению нарушений вку-'.обых поведенческих ответов, приводящих к полному отказу рыб от потребления ранее высокопривлекательного корма. Установлено, что наиболее ¡ильным повреждающим действием обладает хлорид ртути, менее сильным ¡ыло действие сульфата меди, значительно слабее было влияние сульфата адмия, сульфата цинка и нитрата свинца. Показано, что значимые нару-¡ения вкусового ответа возникают ухе через 15 минут экспозиции рыб в >астворе хлорида ртути (1 мкМ). Пороговая концентрация'хлорида ртути ша равна 10"3 мкМ (ЗхЮ-4 мг/л). Обнаружено, что негативные процессы о вкусовой системе не ограничиваются во времени только периодом пре-шания рыб в загрязненной среде, а продолжает нарастать даже после

прекращения непродолжительного по Бремени воздействия токсиканта.

Показано, что воздействие, оказываемое тяжелыми металлами на вкусовую чувствительность рыб приводит лишь к временной, обратимой потере рыбами способности адекватно реагировать на вкусовые химические раздражители. Установлено, что полное восстановление вкусовых ответов карпа после экспозиции в растворе хлорида ртути (0.1 мкМ) происходит не более чем за 10-11 суток, при этом восстановление чувствительности к высокопривлекательным веществам происходит быстрее, чем к менее привлекательным. Скорость восстановления вкусовой чувствительности зависит также от продолжительности воздействия токсиканта.

Практическая значимость. Результаты настоящего исследования могут служить основой для разработки к внедрения в рыбоводную практику пищевых (вкусовых) химических стимуляторов для карпа, использование которых приведет к повышению эффективности индустриального выращивания этого традиционного объекта пресноводной аквакультуры России. ' '

Исследованные особенности повреждающего действия солей тяжелых металлов на вкусовую чувствительность рыб, а также установленные закономерности восстановления способности рыб адекватно реагировать на вкусовые химические стимулы имеют большое значение для оценки последствий воздействия тяжелых металлов на рыб и водные экосистемы в целом. В связи с обнаруженным быстрым развитием во времени негативного эффекта тяжелых металлов на вкусовую чувствительность рыб использованная е работе методика может быть рекомендована в качестве экспресс-методе оценки опасности для рыб различных химических загрязнителей водной среды. .

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы были представлены на Международном региональном совещании по токсиколога окружающей среды: опасность для окружающей среды и человека в Среди-

земноморском районе (Рим, 1923), Международном симпозиуме по хеморе-цепции водных позвоночных (Норэзунд, 1994), VII Международном симпозиуме по химическим сигналам позвоночных (Тюбинген, 1994).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 3 работы и 1 работа шодится в печати.

Объем и структура работы. Диссертация изложена на 1*^2 страницах машинописного текста, состоит из введения, 4 глав, выводов и списка штературы, содержащего 64 работы отечественных и 149 работ иностранцах авторов. Работа содержит 24 таблица и \S. рисунков.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Экспериментальная работа проведена на кафедре ихтиологии Биологи-еского факультета МГУ в 1992-1994 гг. Объектом исследования были го-овики прудового карпа Cyprinus carpió длиной тела 9-12 см и массой 2-15 г. После получения из рыбоводного хозяйства рыб предварительно одерживали в течение 2-3 месяцез в общих аквариумах при температуре эды 16-17°С и кормлении живым или мороженым мошем. За 1-3 дня до ачала экспериментов рыб помещали по одиночке в аквариумы (12 л) и эиучали схватывать гранулы корма сразу после внесения их в аквариум.

Для оценки отношения рыб к вкусовым раздражителям регистрировали ¡едущие показатели поведенческого вкусового ответа рыб на вносимую в свариум гранулу, содержащую одно из тестируемых веществ: 1) количест-) актов схватывания гранулы; 2) продолжительность удержания гранулы !бой во рту при первом схватызанж (в секундах); 3) общая продолжимость удержания гранулы во рту рыбой за все время опыта (в секун-ix); 4) поедаемость гранулы, т.е. была съедена или отвергнута схва-

ченная гранула (в последующем вычисляли процент съеденных гранул от общего числа предъявленных гранул одного типа). Регистрацию начинали с момента первого схватывания рыбой внесенной гранулы. Продолжительность одного опыта составляла 1 минуту. Опыты, в которых схватывание гранулы не происходило, не учитывались.

При проведении всех серий экспериментов подачу гранул, содержащих одно из тестируемых веществ, чередовали с подачей гранул, содержащих экстракт мотыля (75 г/л). Гранулы с разными тестируемыми веществами использовали для экспериментов в случайной последовательности. Интервал между опытами составлял не менее 10-15 минут.

Гранулы изготавливали непосредственно перед проведением опыта из агар-агарового геля {17.), в который во время приготовления вносили пищевой краситель Ponceau 4R (0.5 мМ) и одно из веществ, предназначенных для вкусового тестирования или экстракт мотыля. Длина гранул была 2.5 мм, диаметр - 1.5 мм. Агар-агаровый гель хранили в холодильнике при ■+5°С.

Вкусовому тестированию были подвергнуты вещества, вызывающие основные типы вкусовых ощущений у человека - лимонная кислота, хлорид натрия, хлорид кальция и сахароза, а также 21 свободная аминокислота -аланин, аргинин, аспарагин, аспарагиновая кислота, валин, глицин, гис-тидин, глутамин, глутаминовая кислота, изолейцин, лейцин, лизин, меги-онин, норвалин, пролин, серин, тирозин, треонин, триптофан, фенилала-нин и цистеин (L-стереоизомеры; Fluka, NBC, Calbiochem, Adlershof). Концентрация веществ в агар-агаровых гранулах варьировала от 2.0 М дс 0.05 ММ. В контрольных опытах использовали гранулы, изготовленные иг агар-агарового геля, содержащего только краситель Ponceau 4R в указанной выше концентрации.

В период проведения экспериментов подопытных рыб кормили мотыле)* один раз в сутки до насыщения после завершения опытов, обычно между 11 и 19 часами. Ежедневно е утренние часы до начала опытов осуществлял!

- s -

шстку аквариумов и замену част;: воды (около 50% от объема).

Для оценки воздействия солей тяжелых металлов на вкусовые ответы мб подопытных особей выдеркзали в растворэх хлорида ртути (двухва-1ентной), сульфата цинка, сульфата меди, сульфата кадмия и азотнокис-юго свинца концентрацией 1.0, 0.1, 0.01, 0.031 и 0.0001 мкМ. Маточные застворы солей тяжелых металлов добавляли в аквариум после проведения экспериментов по определению исходных параметров вкусовых ответов по-юпытных особей на некоторые из эффективных для карпа аминокислоты, эксперименты выполняли после :, 3, 6, 24, 48 и 72 часов экспозиции эыб. В опытах по выяснению динамики восстановления вкусовых ответов эыб после воздействия солей тяжелых металлов эксперименты проводили 2ерез 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 и 13 суток после перевода гадопытных особей в чистую воду до восстановления исходных параметров зкусовых ответов на аминокислоты. При проведении экспериментов по уценке воздействия тяжелых металлов на вкусозую чувствительность рыб Фоме указанных выше параметров вкусового ответа регистрировали также мело отказов подопытными особями от схватывания гранул.

Статистическую обработку экспериментального материала проводили ia персональном компьютере IBM PC AT с использованием пакета программ itatgraflcs (version 5). Всего выполнено 13973 эксперимента.

ВКУСОВЫЕ ОТВЕТЫ КАРПА НА КЛАССИЧЕСКИЕ ВКУСОВЫЕ.ВЕЩЕСТВА И СВОБОДНЫЕ АМИНОКИСЛОТЫ

Проведенные эксперименты показади, что отношение карпа к вкусовым свойствам веществ существенно различается. Из классических вкусовых веществ наиболее сильное предпочтение у рыб вызывает лимонная кислота, потребление гранул с которой приближается к 100%. Стимулирующая зффек-гивность хлористого кальция была достоверной, но ниже, чем у лимонной

кислоты б 1.78 раза. Хлористый натрий и сахароза не оказывают значимс го влияния на потребление гранул. Число схватываний рыбой гранулы течение опыта, также как и продолжительность удержания рыбой грануа во рту после первого схватывания хорошо коррелирует с потребляемость гранул - наиболее привлекательные по вкусу гранулы с лимонной кислотс заглатывались рыбой в большинстве опытов после первого схватывания тогда как слабопривлекательные контрольные гранулы и гранулы с сахарс вой неоднократно отвергались рыбой и ватем вновь повторно схватыве лись. При этом гранулы с лимонной кислотой карпы достоверно дольш удерживали в ротовой полости после первого схватывания, тогда как вку совое тестирование менее привлекательных гранул было не столь продол жительным.

Аминокислоты также значительно различаются по характеру вызывае мых ими вкусовых ответов у карпа. Все аминокислоты в использовании для тестирования концентрациях могут быть разделены на 3 группы, при мерно равные по числу входящих в них аминокислот: 1-ая группа - амино кислоты, обладающие стимулирующими свойствами, т.е. повышающие погреб ление гранул; 2-ая группа - аминокислоты, обладающие детеррентными т.е. отталкивающими вкусовыми свойствами и 3-я группа - аминокислоты имеющие индифферентные вкусовые свойства для карпа (табл.1).

В первр группу входит б аминокислот, из которых одна - цистеин обладает крайне высокой вкусовой привлекательностью. Гранулы с это. аминокислотой поедались карпами почти в 100%. предъявлений, при это: заглатывание происходило после первого схватывания гранулы, т.е. со держащие цистеин гранулы рыбами практически не отвергались в ходе как дого отдельного опыта. Средняя продолжительность удержания гранул • цистеином в ротовой полости составляла более 16 секунд и была в несколько раз больше, чем для гранул с другими аминокислотами, особенн» детеррентными. Остальные стимулирующе аминокислоты - пролин, глутами-новая кислота, аспарагмновая кислота, аланин и глутамин обладали су-

Таблица 1

ВКУСОВЫЕ ОТВЕТЫ КАРПА НА СК32ЕКЕ АМИНОКИСЛОТЫ

правитель Концентрация, М Поедаеыссть гранул, X Чгсло Продолжительность удержания гранулы Число ОПЫТОВ

а.'сгсв схватыва чкя после первого схватывания в течение всего опыта

г мотым 75.0 100 **« 9 8+0. 3*** 9 8 + 0.3** 109

0.1 99.0+1.0*** *. .С £ С.С2*** 16 5 + 0. 5*** 16.7 + 0.5*** 100

0.1 51.6+5.2*** 4.5 + 0.4 «« 5 3+0. 7*** 18 1 + 1.1*** 93

ковзя кислота 0.01 36.3+5.1-™« 2.5 +0.2 6 5 + 0. 9*** 11 6 + 1.1*** 91

•/.новая кислота 0.01 34.9+5.2** £.3 £ 0.2 7 1+1 0*** 12.5 £ 1.2*** 85

0.1 34.0+4.5*» 3.3* 3 3 4 1 + 0. 7 11 0 £ 1.0** 94

к " 0.1 33.7+5.0** 3.9 £ 0.3 3.5 + 0 5 12 4 + 1.1*** 92

ь 14.7+3.7 г -1 -г 2.6 £ 0 4 б 6 £ 0.8 95

н 0.1 11.1+3.3 1.5 + 0.2 2 9 + 0 5 5 4 + 0.8 90

0.1 9.6+3.3 1.5 £ 0.2 2 8 + 0 4 5.0 £ 0.6 83

0.01 9.2+3.1 1.£'1 0.1 п 3 + 0 5 4.8 + 0.8 87

0.001 8.9+3.0 1.7 ; 0.1 * 2 5 + 0 5 4 4 £ 0.7 90

0.1 8.5+2.9 2.6 1 0.2 6 0 + 0 6*** 9 4 + 0.6** 94

гин 0.1 7.4 £ 2.7 З.б £ С. 2 2 4+0 3 6 7 £ 0.6 95

!ЦИН 0.01 6.9 £ 2.7 1.9 ; С. 2 : 8 £ 0.2 4 3 £ 0.5* 87

[ИН 0.1 6.5 £ 2.6 2.2 - С. 2 2 2 + 0 2 5 2 £ 0.7 93

)фан 0.01 4.5 £ 2.2* 3.3 + 0. 3 *— 1 5 + 0 1* 3 8 + 0.5** 89

ш 0.1 3.7 £ 2.1* 1.7 + 0. 2 1 6 + 0 1* 3 6 + 0.6*** 81

гн 0.1 3.5 + 2.0** 2.1+0. 2 2 2 + 0 5 4 1 £ 0.5* 86

[ИН 0.1 1.2 +1.2** 1.7 г С. 1 * 1 6 + 0 1* 2 9 + 0.5*** 83

аланин 0.1 1.0 + 1.0*** 2.7 1 0. 2 * 1 6 + 0 1* 4 2 + 0.4** 96

0.1 1.0 + 1.0*** 2.4 + 0. 2 1 8 + 0 3 3 г + 0.4** 97

0.1 0 *** 2.6 £ 0. 2 5 + 0 1* 4 0 £ 0.3** 95

течение: *, **, *** - достоверность разлита1., соответственно Р > 0.95, 0.99, 0.999 1 - концентрация э!-™ра.^тг иотькя выражена в г/л.

щественно меньшей, чем цистеин, вкусовой привлекательностью. Однак общая продолжительность вкусового тестирования гранул с этими амино кислотами была близкой и значительно превосходила все остальные амино кислоты.

Детеррентными по характеру вызываемых вкусовых ответов свойствам обладали 7 аминокислот, большая часть из них - метионин, фенилаланин серии и валин приводили к почти полному отказу рыб от потребления гра нул. В ходе эксперимента гранулы с детеррентными аминокислотами неод нократно отвергались, а затем повторно схватывались подопытными рыба ми. Продолжительность удержания гранулы в ротовой полости, особенн после первого схватвания была крайне низкой - в 10 раз меньше, чем например, продолжительность удержания гранул с высокопривлекательнк для карпов цистеином.

Группа индифферентных по вкусу аминокислот была наиболее многс численной. В нее входило 8 аминокислот. Параметры вкусового ответа рь на гранулы с индифферентыми аминокислотами характеризовались промеж^ точными величинами.

Проведенный корреляционный анализ выявил высокий уровень полок1 тельной связи между поедаемостью гранул и продолжительностью их вкусс вого тестирования рыбами (общую и после первого схватывания) и отсутс твие значимой корреляции между поедаемостью и числом актов схватыв; ния.

Для лимонной кислоты, хлорида кальция и цистеина, обладавших bi сокой вкусовой привлекательностью были определены пороговые концентр; ции. Для цистеина эта концентрация была равна 0.01 М, для лимон» кислоты - 0.005 М и для хлорида кальция - 0.9 М. Зная размеры грану, и расчитав ее объем нами было установлено, что одна гранула при юр говой концентрации лимонной кислоты или цистеина в геле содержит, о ответственно, 3.3912 мкг и 4.2743 мкг вещества, или 17.7х10~9 35.3х10~9 моля. Таким образом, попадание такого количества эффективн

*

усовых веществ в ротовую полость карпа в составе гранулы достаточно, обы вызвать значимый вкусозой ответ рыб. Несомненно, что реально это личество существенно ниже, поскольку с вкусовыми рецепторами рыб прикасается лишь внешняя поверхность гранулы, тогда как часть ве-ства,' находящаяся внутри гранулы "пассивна", т.е. не может опреде-ть для рыб вкусовые свойства гранулы из-за недоступности для вкусо-х рецепторов рыб.

После аносмирования поведенческие ответы рыб на гранулы с эффек-вными аминокислотами (шстеик) ке изменились ни по характеру, ни по обенностям проявления. У анонсированных и интактных особей совпадали роговые концентрации содержания аминокислот в гранулах.

ВЛИЯНИЕ СОЛЕЙ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ НА ВКУСОВЫЕ ОТВЕТЬ! КАРПА

На первом этапе выполнения настоящей части работы было проведено шнительное исследование влияния солей пяти тяжелых металлов на прошение карпами вкусовых поведенческих ответов на гранулы, содержащие мболее эффективные стимулирующие и детеррентные аминокислоты - цис-®н и глутаминовую кислоту, и, валик и треонин, соответственно. Были ¡пользованы также гранулы с экстрактом мотыля и контрольные гранулы, жцентрация действующих раствороз солей тяжелых металлов в настоящей Фии экспериментов составляла 1 мкМ. Вкусовые ответы регистрировали ) начала токсического воздействия и спустя 1, 3, б, 24, 48 и 72 часа юле начала воздействия.

Было обнаружено, что при содержании рыб в растворе нитрата свинца гказов от схватывания предъявляемых гранулы не наблюдается при всех ;жимах экспозиции. При содержании рыб в растворе сульфата цинка число сказов было минимальным, несколько выше - при содержании в растворе аьфата кадмия, в обоих этих случаях отказы наблюдались лишь при экс-

позиции в 48 или 72 часа. Действие хлорида ртути и сульфата меди после 48 и 72 часов экспозиции приводило к отказам от схватывания гранул I 30-35% случаев.

Проведенные эксперименты показали, что экспозиция в растворах тяжелых металлов приводит к быстрому снижению и полному отказу рыб о: потребления гранул, вначале содержащих детеррентные, индифферентные ] слабопривлекательные вещества, а затем - содержащих высокопривлекательные вещества. При этом уменьшается число повторных актов схватывания гранул всех типов, снижается продолжительность удержания рыбам] гранул во рту. Несмотря на одинаковый характер вызываемых разными тяжелыми металлами нарушений вкусовых ответов рыб сила негативного эффекта металлов различна. Наиболее быстрые и глубокие изменения вызыва хлорид ртути, более слабым было действие меди, еще слабее действовал; кадмий, свинец и цинк.

Негативное действие тяжелых металлов возрастает по мере повыше ния их действующих концентраций и увеличения продолжительности во действия. Так, при экспозиции рыб в растворе хлористой ртути 1 мк потребление карпами гранул с цистеином резко снижается уже через 1 минут после начала воздействия, тогда как при концентрации хлористо ртути 0.1 и 0.01 мкМ достоверные изменения потребления гранул с этс аминокислотой происходят только после 3-х и 24-х часов, соответствен но. По мере увеличения экспозиции рыб в растворе сульфата меди 1 мк потребление гранул с цистеином последовательно снижалось со 100% (I воздействия) до 91.7, 43.3, 13.8 и 0% после 1, 3, 6 и 24 часов зкспс зиции, соответственно.

Как уже отмечалось выше, наиболее сильные нарушения поведенчесю вкусовых ответов у карпа вызывает хлорид ртути. Использование разл№ ных по концентрации растворов позволило установить, что пороговая ш центрация хлорида ртути равна 10~3 мкМ, что соответствует концентрат ЗхЮ"4 мг/л. Экспозиция рыб в растворе хлорида ртути концентрац»

4 мкм не приводит к каким-либо достоверным изменениям всех регист-ювавшихся параметров вкусового ответа в течение 72 часов воздейс-[я. Наблюдавшиеся в первые часы воздействия изменения были незначимыми. Все использовавшиеся в настоящей серии экспериментов кон-;тращга раствора хлорида ртути не влияли на уровень пищевой актив-:ти рыб - отказов от схватывания предъявлявшихся подопытным рыбам дул не наблюдалось.

Восстановление вкусовых отвегоз прослеживали у рыб, содержавшихся ечение 3, б и 24 часов в растворе хлористой ртути концентрацией 0.1 I, а затем переведенных в чизтуо воду. Для экспериментов использова-гранулы с цистеином (0.1 М), глутаминовой кислотой (0.01 М) и конт-ьные гранулы. Было обнаружено, что перевод рыб в чистую воду после и 6 часов воздействия хлорида ртути не приводит к стабилизации вку-ых ответов на том урозне, который был зарегистрирован нами к концу иода экспозиции, а вызывает дальнейшее усиление негативных измене:. Так, если через 3 и б часов экспозиции в растворе хлорида ртути ребление гранул с цистеином скисалось на 55 и 75%, соответственно, через 1 сутки после перевода в чистую воду гранулы с цистеином полтью отвергались, что совпадаю с Екусовыми ответами рыб, которые не и переведены в чистую воду, а продолжали содержаться в воде с хло-ом ртути. Такая же картина наблюдалась и в опытах с гранулами, со-жазшими глутаминовую кислоту.

Каждые сутки после перевода в чистую воду подопытных особей ис-ьзовапи для проведения экспериментов. Было обнаружено, что восста-ление вкусовых ответов рыб происходит через разные интервалы време-

которые зависят главным образом от продолжительности воздействия рыб токсиканта, а также от вкусовой привлекательности вещества. , после 3-х, 6-ти и 24-х часов экспозиции гранулы с высокопривлека-ьным цистеином начинали поедаться рыбами на 4-е, 5-е и 5-е сутки, с таминовой кислотой - на 6-е, 6-е и 8-е сутки, а контрольные гранулы

- только на 8-е, 8-е и 10-е сутки, соответственно. При этом потребл ние гранул с цистеином восстанавливалась до исходного уровня через 8 и 10 суток, гранул с глутаминовой кислотой - через 7, 8 и 10 сутс а контрольных гранул - через 9, 9 и 11 суток, соответственно. Та образом, восстановление вкусовых ответов на гранулы с высокопривлеь тельным цистеином начинается раньше, чем на гранулы с глутамино! кислотой или ка контрольные гранулы. Однако время достижения исходнс уровня потребления гранул, который наблюдался до начала воздейст! слабо связан с вкусовой привлекательностью гранул и зависит глав! образом от продолжительности воздействия токсиканта. Восстановле! исходного уровня продолжительности удержания рыбами гранулы в роти полости достигается примерно в те же сроки при всех трех режимах э* позиции рыб в растворе хлорида ртути, что и восстановление потребле: гранул. Установлено, что к этому времени пороговая концентрация цис: ина составляет 10~?- М.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате настоящего исследования установлено, что многие ] щества являются для карпа значимыми вкусовыми раздражителями, вызыв; щими хорошо выраженные вкусовые ответы разного характера. Некоторые веществ, прежде всего лимонная кислота, цистеин и некоторые друг; обладают высокой стимулирующей эффективностью. Включение этих веще* в состав искусственных агар-агаровых гранул приводит к резкому уве. чению их вкусовой привлекательности и, как следствие этого, потреб, нию рыбами этих гранул в большинстве случаев.

Обнаруженная вкусовая привлекательность для карпа ряда свобод: аминокислот подтверждает результаты других исследователей о стимули ющей вкусовой активности аминокислот для рыб и может быть объясн

зутствием этих соединений в составе водных экстрактов кормовых ор-шов. Считается, что благодаря главным образом именно этим вещест-обеспечивается привлекательный для рыб вкус и запах естественных и дзственных кормов (Hidaka, 1982; Сагг, 1982; Takeda, Takii, 1992; ÏS, 1992).

Однако свободные аминокислоты могут быть не только стимуляторами гвого поведения, но и облапать отталкивающими вкусовыми свойствами рыб. Эти полученные нами сведения существенно расширяют представ-ie о роли аминокислот в регуляции питания рыб. Наличие среди амино-ют - наиболее распространенных компонентов кормовых организмов ¿улирующих, детеррентных и индифферентных по вкусу для рыб хорошо гсняет избирательность питания, проявляемую многими рыбами, пос->ку в разных кормовых организмах содержание отдельных аминокислот ?т резко различаться (Dabrowski, Rusiecki, 1983; Humai et al., )). Сравнение полученных данных обнаруживает значительное несовпа-ie отношения карпа и друг»: исследованных видов рыб к вкусу одних и же классических вкусовых вещестз и свободных аминокислот. Это укают на существование хорошо выраженной видовой специфичности вкусо-спектров у рыб, что подчеркивает важную роль вкусовой системы в шечении видового своеобразия спектров питания рыб, расхождении iecrao обитающих видов по состазу потребляемых организмов (Строга-1952; Никольский, 1974; Хиатт, 1983; Stevenson, 1983; Klemetsen, 3 и мн.др.).

Интересно, что большая часть детеррентных аминокислот (все, за ючением серина) относится к незаменимым аминокислотам, к которым у ia и у других рыб наблюдается повышенная пищевая потребность (Mi 111982). Среди незаменимых аминокислот нет ни одной, которая бы обща стимулирующими Бкусовыми свойствами для карпа. Это подтверждает сазакное ранее положение (Кассиль, 1972), что связь между вкусовыми ютвами веществ и особенностями метаболических процессов животных

является крайне опосредованной и сложной.

Обе кислые аминокислоты - тлутаминовая и аспарагиновая - входя карпа в группу стимулирующих аминокислот, тогда как отрицательно за женные основные аминокислоты являются либо индифферентными (гистиди лизин), либо детеррентными (аргинин). К числу стимулирующих не прин лежат ароматические аминокислоты. Среди стимулирующих, детеррентны индифферентных аминокислот в равной мере представлены полярные и не. лярные аминокислоты, а также аминокислоты с разным числом углерод атомов в молекуле, что не подтверждает сформулированные ранее на ос: ве электрофизиологических исследований выводы о том, что наиболее : фективными вкусовыми раздражителями для рыб являются преимуществе: незаряженные аминокислоты с 3-4 углеродными атомами (Сарио, 1978; ] гш еЬ а1., 1983).

При рассмотрение отдельных параметров поведенческого вкусов! ответа карпа обращает на себя внимание такая яркая особенность, ] весьма длительное по времени удержание гранул в роговой полости (до и более секунд), что, несомненно, связано с бентосным типом пита! карпа. Спецальными исследованиями показано (БШЫпе еЬ а1., 1986), * у карповых рыб-бентофагов процесс сепарации кормовых объектов от бо; шого количества детрита, захватываемого вместе с кормом довольно с: жен и требует времени. Другой особенностью поведенческого ответа щ является проявление большего, чем, например, у лососевых рыб, чис повторных актов схватывания гранулы. Карп обитает преимущественнс медленнотекучих ми стоячих водах. В этих условиях отвергавие кормоз го объекта не сопряжено с большой вероятностью его потери из-за быс рого сноса корма вниз по течению, как это имеет место у лососевых рь населяющих реки с высокими скоростями потока воды.

Чувствительные элементы вкусовых рецепторных клеток открыты в с ружаошую среду и поэтому могут легко повреждаться химическими загрг нителями различной природы. Как показывают полученные нами результат

зутствие в воде тяжелых метатлов приводит к глубоким нарушениям логических вкусовых ответов у рыб - теряется вкусовая привлекатель-гь корма, сокращается продолжительность его вкусового тестирования, кается общая пищевая активность рыб. Негативный эффект разных тяже-метамов однотипен по характеру, но различается по интенсивности и эости проявления нарушений вкусового ответа. Из пяти исследованных злых металлов наиболее быстрые и глубокие изменения вызывает хлорид ги.

Повреждающее действие тяжелых металлов на вкусовую чувствитель-гь рыб проявляется тем резче и сильнее, чем выше их концентрация в э и продолжительнее период пребывания рыб в загрязненной среде. Неявные процессы во вкусовой рецепции не ограничиваются по времени ько периодом пребывания рыб в загрязненной среде. Как было обнару-о, непродолжительное воздействие токсиканта вызывает в последующем должающее нарастание негативных изменений. Эти указывает на то, что е небольшой по времени период пребывания рыб в загрязненных участ-водоема достаточен для того, чтобы привести к глубоким нарушениям совой рецепции. Выявленный феномен последействия тяжелых металлов йне важен для оценки экологической опасности этих токсикантов для

Анализ полученных результатов обнаруживает еще одну особенность ' никаюпщх нарушений вкусовых ответов рыб под действием тяжелых ме-лов: скорость проявления этих нарушений определяется не только кон-трацией токсиканта или продолжительностью воздействия, но и типом сового стимула. Вкусовые ответы карпов на гранулы с высокопривлека-ьным для них веществами подавляются намного медленнее, чем ответы менее привлекательные гранулы. Отказ рыб от потребления высокоприв-ательных по вкусу гранул сопровождается сохранением на высоком вне пищевой мотивации, поскольку в большинстве случаев подаваемые нулы попрежнему охотно схватываются подопытными рыбами. Это дает

основания рассматривать полный отказ от потребления гранул не как ; зультат стрессового или болезненного состояния рыб, вызванного де: твием токсиканта, а как следствие тех нарушений, которые возник именно во вкусовой рецепции. Быстрое повреждение тяжелыми металл, вкусовых рецепторов приводит к потере рыбами способности восприним, вкусовые химические стимулы Шс1ака, 1970), и следовательно, к нев( можности определять вкусовые свойства схваченного корма. Происходя; в этом случае отказ рыб от заглатывания пищевых объектов может ра матриваться как частный случай проявления более общего свойства : механизма вкусовой рецепции, направленного на предотвращение потреб, ния рыбами незнакомых по вкусу кормовых объектов. Несомненно, что свойство вкусовой системы имеет важный адаптивный смысл, связанный обеспечением выживаемости рыб.

Воздействие, оказываемое тяжелыми металлами на вкусовую чувст тельность рыб приводит лишь к временной, обратимой потере рыбами с собности адекватно реагировать на вкусовые химические стимулы. Босс новление вкусовых ответов у карпа при экспозиции в растворе хлор ртути 0.1 мкМ происходит не более чем за 10-11 суток, что достато хорошо согласуется с данными о средней продолжительности жизни вку вых рецепгорных клеток вгаёегтап-ИШе, 1979). Для восстановле: вкусовой чувствительности карпа к высокопривлекательным веществам, ким как цистеш, по-видимому, достаточно обновления лишь части рец торных клеток, поскольку вкусоЕые ответы на эти вещества восставав, ваются быстрее, чем на менее привлекательные вещества. Восстановле характера и интенсивности вкусовых ответов после перевода подопыт рыб в чистую воду позволяет придти также к выводу, что новообразующ ся вкусовые рецепторные клетки сохраняют сенсорную специализацию, торая была свойственна для дегенерировавших клеток.

Карп является традиционным объектом пресноводной аквакультут России и во многих других странах мира. При выращивании карпа в нас

ве время применяются главным образом интенсивные методы рыбоводства, ззанные прежде всего с использованием разнообразных искусственных эмов. При создании искусственных кормов для рыб исходят прежде всего их сбалансированности по основным питательным веществам для конк-гного объекта выращивания. Залаховые и вкусовые свойства искусствен-< кормов при этом не рассматриваются и не учитываются. Вместе с тем зестно, что рыбы быстрее и охотнее поедают корма с привлекательным ? них запахом и вкусом, что приводит к уменьшению непроизводительных герь корма. Установлено также, что привлекательные по вкусу и запаху зма полнее усваиваются выращиваемыми рыбами благодаря тому, что пот-5ление таких кормов сопровождается более интенсивной секрецией пище-жтельных ферментов (Такес1а, ТаШ, 1992). В связи с этим полученные кл данные о высокой вкусовой привлекательности для карпа ряда ве-:тв могут представлять определенный практический интерес с точки ;ния совершенствования существующих искусственных кормов.

Важное практическое значение представляют данные, раскрывающие Ценности повреждающего действия на вкусовую чувствительность рыб сих широко распространенных химических загрязнителей водной среды с тяжелые металлы. Быстро развивающийся во времени и глубокий по си-негативный эффект тяжелых металлов, продолжающий нарастать даже ;ле прекращения прямого их действия подчеркивает высокую опасность IX химических загрязнителей для рыб и водных экосистем в целом. Вку-ш чувствительность рыб играет ведущую роль в обеспечении пищевого щения рыб, селективности их питания. Нарушение вкусовой рецепции 13бежно приведет к дисбалансу пищевых отношений рыб, изменит сложивши трофические связи в экосистеме, уменьшит ее устойчивость и стайность. Тяжелые металлы значительно различаются по силе оказываемо-ими повреждающего действия на вкусовую рецепцию рыб. Их действие дат обратимый характер и способность рыб адекватно реагировать на гсовые стимулы восстанавливается после снятия токсического действия.

Эти и другие выясненные нами особенности несомненно могут быть исполь зованы для составления прогнозных оценок последствий загрязнения ее тественных водоемов тяжелыми металлами. В связи с тем, что негативнь эффект, оказываемый тяжелыми метачлами на вкусовую рецепцию рыб быст{ развивается во времени, использованная нами методика может предста! лять определенное значение для разработки системы экспресс-методов 01 ределения качества водной среды и оценки экологической опасности ра; личных химических загрязнителей.

ВЫВОДЫ.

1. Установлено, что классические вкусовые раздражители и свобо; ные аминокислоты вызывают у карпа вкусовые поведенческие ответы ра: личного характера и интенсивности.

2. Показано, что свободные аминокислоты могут не только стимул ровать потребление корма рыбами, но и обладать сильными детеррентны свойства«, что существенно расширяет представление о роли вещее этого класса в регуляции заключительных фаз пищевого поведения рыб.

3. Среди использованных веществ наиболее привлекательными по вк су для карпа являются лимонная кислота и цистеин,• менее привлекател ными - пролин, глугашшовая кислота, аспарагиновая кислота, алани глутамин и хлористый кальций. Детеррентными свойствами обладают три тофан, аргинин, треонин, метионин, фенилаланин, серин и ваш. Порог вая концентрация для лимонной кислоты равна 5x10"3 М, для цистеине 10~2 М.

5. Тяжелые металлы - хлорид ртути, хлорид меди, нитрат свинца, льфат кадмия и сульфат цинка оказывают сильное негативное влияние на усовые ответы рыб. Изменения, вызываемые тяжелыми металлами сходны, нако глубина возникающих нарушений и скорость их проявления различа-ся при действии солей разных тяжелых металлов, а также зависят от нцентрации соли и продолжительности воздействия.

6. Наиболее сильное негативное влияние на вкусовые ответы рыб азывает хлорид ртути. Установлено, что нарушения вкусовых ответов вникают уже через 15 минут экспозиции в растворе хлорида ртути (1 /!). Негативные процессы, происходящие во вкусовой системе не ограниваются периодом пребывания рыб в растворе токсиканта и продолжают застать после прекращения непосредственного токсического воздейс-!я. Пороговая концентрация хлорида ртути, вызывающая значимые кару-1ия вкусовой чувствительности карпа равна 10"3 мкМ (ЗхЮ-4 мг/л).

7. Вызываемые тяжелыми металлами изменения вкусовой чувствитель-:ти рыб носят обратимый характер. Скорость восстановления вкусовых ¡етов рыб на вкусовые химические стимулы определяется продолжительною воздействия солей тяжелых металлов, а также зависит от вкусовой влекательности аминокислоты для рыб. Восстановление вкусовых отве-

карпа происходит через 10-11 суток после перевода рыб в чистую во-

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Касумян А.О., Морей А.М.Х., Сидоров С.С. 1993. Вкусовая чув'

твигельность карпа Cyprinus carpió к веществам, вызыва] щим основные типы вкусовых ощущений // Доклады Академ: Наук. Т.330. W.6. С.792-753.

2. Kasumyan А.О., Sidorov S.S., Morsy А.М.Н. 1993. Effects of h

avy metals and acidified water on the behavioral respo: ses of fish to taste stimuli //In: SECOTOX Regional U eting- environmental Toxicology: Hazards to Environme and Man in the Mediterranean Region. Abstracts Book. R ma.

3. Kasumyan A.O., Morsy A.M.H., Sidorov S.S. 1994. The influen

of heavy metals on the acceptance of palatable agar ge by fish // In: Chemical Signals in Vertebrates VI Program aid Abstracts. Eberhard-Karls-University Tubi gen. P. 63.

4. Касумян A.O., Морей A.M.X., в печати. Вкусовая чувствител

кость карпа к свободным аминокислотам.