ДИНАМИКА ВОДНОГО И ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБМЕНА В РАННЕМ ОНТОГЕНЕЗЕ ЗЕЛЁНОЙ ЖАБЫ BUFO VIRIDIS

И.Г. Владимирова, Л.И. Радзинская, Т.А. Алексеева, С.Ю. Клейменов

Учреждение Российской академии наук Институт биологии развития им. Н.К. Кольцова РАН, г. Москва, Россия e-mail: i.g.vladimirova@gmail.com

Известно, что водный обмен амфибий существенно изменяется в онтогенезе.

Примером изменения содержания воды могут служить хвостатые амфибии. В оплодотворенных яйцах тритонов ее содержание составляет 52% (Владимирова и др., 2010). К завершению эмбриогенеза содержание воды у тритонов увеличивается до 88%, а в ранний личиночный период до 91%. Столь же высокое содержание воды обнаружено у личинок других видов хвостатых и бесхвостых амфибий (Fletcher, Myant, 1959; Funkhouser, Mills, 1969; Владимирова и др., 2000; Seymour et al., 2000).

Вода, поступающая в зародыш, необходима для образования полости бластоцеля и гастроце-

ля, а позднее - полости перикарда, нервной трубки, головных полостей и кровеносной системы. По­мимо образования полостей тела вода принимает участие в обводнении тканей зародышей и личи­нок (Зотин, 1961).

В последнее время интерес к процессам поступления воды в яйца амфибий возрос. Было по­казано, что она играет значительную роль в процессах, связанных с транспортом кислорода к разви­вающемуся зародышу амфибий.

Непосредственное измерение содержания воды и интенсивности потребления кислорода бы­ло проведено у хвостатых амфибий (Владимирова и др., 2010). Показано, что в эмбриогенезе трито­на Pleurodeles waltl интенсивность энергетического обмена нарастает, достигая наивысшего уровня в конце эмбрионального - начале личиночного периода. Изменение интенсивности потребления ки­слорода происходит однонаправленно и синхронно с изменением содержания воды в теле зароды­ша и личинки. Насколько наблюдаемое сходство динамики является общим для развития амфибий, предполагается выяснить в настоящей работе.

Задачей настоящей работы было параллельное изучение водного и энергетического обмена в развитии зеленой жабы Bufo viridis.

Материалы и методы

Исследовали яйца и личинки зеленой жабы Bufo viridis (Laurenti) (отр. Anura, сем. Bufonidae). Ик­ра получена в результате инъекции жабам аналога люлюберина (10 мг/особь). Развитие яиц и личинок проходило в лабораторных условиях при комнатной температуре. Исследования проводили на протяже­нии первых 22 сут развития, в течение которых проходит эмбриогенез и развитие личинки. После чего животные переходят к активному питанию и начинают претерпевать метаморфоз. В конце изученного срока головастики находятся на стадии IV11-12 (начало формирования пальцев задних конечностей). Стадии развития определены по таблицам нормального развития для жабы Bufo bufo (Cambar, Gipouloux, 1956).

Определена сырая масса и сухая масса тела после высушивания до постоянных значений при 56 С. Разница между сухой и сырой массой служила показателем содержания воды. На ранних ста­диях эти измерения затруднены из-за наличия трудно отделяемой общей оболочки. В ряде опытов эта оболочка была предварительно удалена механическим путем или воздействием 2% трипсина.

Об уровне энергетического обмена судили по потреблению кислорода, которое измеряли ма­нометрическим методом Варбурга. Измерения проводили при 19 С в сосудах объемом 5-20 мл в течение 2-4 час. Объем сосуда и продолжительность измерения зависели от возраста животного. К концу измерения концентрация кислорода в сосуде, где находились животные, уменьшалась не бо­лее чем на 10-20%. Рассчитывали скорость потребления кислорода отдельной особью (мкл ч^-1) и интенсивность - потребление кислорода, отнесенное к единице сырой или сухой массы (мкл ч^-1 г^-1).

Результаты и обсуждение

Сырая масса яиц составляет около 15% от общей сырой массы кладки. Для сухой массы этот показатель равен 86%. В наших опытах освобождение яиц от общей оболочки кладки начинается на 3-4 сут (стадия II9-10). Окончание эмбриогенеза происходит к 7-8 сут развития. На 15 сут личинки приступают к активному питанию (стадия IV3-4).

Сырая масса зародыша увеличивается в эмбриогенезе с 2.5 до 4.1 мг. К началу активного пита­ния она возрастает до 10.5 мг и в конце исследованного периода на 22 сут развития достигает 70 мг.

Сухая масса зародышей достоверно не изменяется в эмбриогенезе и составляет 0.97±0.05 мг. В личиночном развитии она увеличивается до 3.7 мг.

Содержание воды на стадиях бластулы-гаструлы составляет 64% от общей массы зародыша. К концу эмбриогенеза доля воды увеличивается до 82%, к началу активного питания - до 92%, а в дальнейшем личиночном развитии составляет 94%. Динамика изменения содержания воды в разви­тии зеленой жабы не отличается от таковой, описанной для других видов амфибий. В количествен­ном отношении содержание воды на изученных стадиях развития существенно не отличается от значений, полученных у других видов амфибий (Fletcher, Myant, 1959; Funkhouser, Mills, 1969; Вла­димирова и др., 2000; Seymour et al., 2000).

Скорость потребления кислорода увеличивается в 5 раз в эмбриогенезе и в 8.6 раз в раннем личиночном развитии.

Интенсивность потребления кислорода, рассчитанная на сырую массу, увеличивается в 4 раза в эмбриогенезе и в 2.4 раза в раннем личиночном развитии. Максимальный уровень достигается в период перехода личинок к активному питанию (0.30±0.07 мкл/мг ч). В последующие 7 сут личи­ночного развития скорость потребления кислорода достоверно не изменяется. В расчетах на сухую массу интенсивность потребления кислорода увеличивается в 3.4 и 6.9 раз на соответствующих ста­диях раннего развития (рис. 1). Полученные данные не противоречат результатам аналогичных ис­следований, проведённых на других видах амфибий (Владимирова и др., 2000, 2010).

Рис. 1. Изменение содержания воды (1) и интенсивности потребления кислорода (2) в развитии зеленой жабы

Сопоставление динамики водного и энергетического обмена зеленой жабы выявляет их сход­ство: изученные показатели обмена увеличиваются в эмбриогенезе и раннем личиночном развитии, достигают максимума в период начала активного питания и стабилизируются в дальнейшем. По­добный параллелизм был отмечен ранее в развитии иглистого тритона. Таким образом, несмотря на отличия в протекании онтогенеза у изученных представителей бесхвостых и хвостатых амфибий динамика водного и энергетического обмена у них одинакова.

Известно, что в ранний личиночный период развития амфибий происходит увеличение кон­центрации митохондрий и активности ферментов, участвующих в окислительном обмене (Озернюк, Лелянова, 1985, Озернюк, 2000). Возможно, что одним из факторов, способствующих интенсифика­ции обмена в ходе развития, является обводнение тканей. Содержание воды в клетке может опреде­лять интенсивность молекулярного краудинга, явления, которое оказывает заметное влияние на конформацию белков в клетке, на скорость и равновесие биохимических реакций (Чеботарева, 2007).

Работа выполнена при частичной поддержке РФФИ, грант № 08-04-01063.

Литература

Владимирова И. Г., Злочевская М. Б., Озернюк Н. Д., 2000. Динамика интенсивности дыхания в раннем онтогенезе амфибий // Онтогенез. Т. 31, № 5. С. 350354.

Владимирова И. Г., Клейменов С. Ю., Алексеева Т. А., 2010. Динамика изменения массы и потребле­ния кислорода в раннем развитии иглистого тритона Pleurodeles waltl (Amphibia: Salamandridae) // Изв Изв. РАН. Сер. биол. (в печати).

Зотин А. И., 1961. Физиология водного обмена у зародышей рыб и круглоротых / М.: Изд-во АН СССР.

317 с.

Озернюк Н. Д., 2000. Биоэнергетика онтогенеза / М.: Изд-во МГУ. 264 с.

Озернюк Н. Д., Лелянова В. Г., 1985. Особенности энергетического обмена в раннем онтогенезе рыб и

амфибий // Журн. общ. биологии. Т. 46, № 6. С. 778-785.

Чеботарева Н. А., 2007. Влияние молекулярного краудинга на ферменты гликогенолиза // Успехи био­логической химии. Т. 47. с 233-258.

Cambar R., Gipouloux J. D., 1956. Table chronologique du developpement embryonnaire et larvaire du crapaud commun: Bufo bufo L. // Biol. Bull. V. 40. P. 198-217.

Endeward V., Musa-Aziz R., Cooper G. J., Chen L.-M. et all., 2006. Evidence that aquaporin 1 is a major pathway for CO2 transport across the human erythrocyte membrane // The FASEB J. V. 20. P. 1974-1981.

Fletcher K., Myant N. B., 1959. Oxygen consumption of tadpoles during metamorphosis // J. Physiol. V. 145. P. 353-368.

Funkhouser A., Mills K. S. 1969. Oxygen consumption during spontaneous amphibian metamorphosis // Physiol.

Seymour R. S., Bradford D. F., 1995. Respiration of amphibian eggs // Phys. Zool. V. 68, № 1. P. 1-25.

Seymour R. S., Laveridge J. P., 1994. Embryonic and larval respiration in the arboreal foam nests of the african frog Chiromantis xerampelina // J. Exp. Biol. V. 197. P. 31-46.

Seymour R. S., Roberts J. D., 1991. Embryonic respiration and oxygen distribution in foamy and nonfoamy egg masses of the frog Limnodynastes tasmaniensis // Phys. Zool. V. 64, № 5. P. 1322-1340.

Seymour R. S., Roberts J. D., Mitchell N. J., Blaylock A. J., 2000. Influence of environmental oxygen consumption on development and hatching of aquatic eggs of the australian frog, Crinia georgiana // Physiol. Biochem. Zool. V. 73, № 4. P. 501-507.

Verkman A. S., 2005. More than just water channels: unexpected cellular roles of aquaporins // J. Cell Sciene. V. 118. P. 3225-3232.

Verkman A. S., Mitra A. K., 2000. Structure and function of aquaporin water channels // Am. J. Physiol. Renal Physiol. V. 278. P. F13-F28.

CHANGES OF BODY WATER CONTENT AND OXYGEN CONSUMPTION IN EMBRYONIC AND LARVAL DEVELOPMENT OF GREEN TOAD BUFO VIRIDIS

I. G. Vladimirova, T.A. Alekseeva, L.I. Radzinskaya, S.Yu. Kleimenov

Koltzov Institute of Developmental Biology RAS, Moscow, Russia e-mail: i.g.vladimirova@gmail.com

During embryonic and endotrophic larval development, a four fold increase in the wet body weight and a nine fold increase in the mass-specific rate of oxygen consumption were observed. The dry body weight remained relatively constant and the body water content rose from 64% to 92% . Thereafter, wet and dry body weight increased the same way as the oxygen consumption level. The water content and the mass-specific oxygen consumption did not change to the end of the studied period. The possibility of connection between the body water content and the oxygen consumption during development of some amphibians was supposed.