Anxious Albatross
Проверенный
Ученые выяснили, что рачки-бокоплавы Eulimnogammarus verrucosus, населяющие мелководье Байкала, готовятся к зимнему размножению еще в теплый сезон. Осенью самки этих ракообразных активно накапливают питательные вещества, необходимые для развития зародышей в зимний период, когда пищи практически нет. Самцы осенью запасают белки, необходимые для длительного захватывания самки в период «ухаживания». Это позволяет бокоплавам успешно размножаться зимой, а их потомству летом — эффективнее своих конкурентов добывать пропитание и занимать лучшие территории. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Ecology and Evolution.
Зимой температура воды у берегов Байкала понижается практически до нуля, а на поверхности озера формируется слой льда толщиной до одного метра. Однако, несмотря на такие суровые условия, большинство эндемиков Байкала — видов, которые встречаются исключительно в этом озере, — активно развиваются и размножаются именно зимой. Одни из таких организмов — рачки-бокоплавы. До сих пор оставалось не ясно, почему они увеличивают свою численность в холодный сезон, когда пищи крайне мало, а температуры не благоприятствуют активной жизнедеятельности.
Биологи из Иркутского государственного университета (Иркутск) с коллегами из Центра экологических исследований имени Гельмгольца (Германия), Центра полярных и морских исследований имени Гельмгольца (Германия) изучили эулимногаммаруса бородавчатого (Eulimnogammarus verrucosus) — вид рачков-бокоплавов, широко распространенных по побережью Байкала и размножающихся в зимний период.
В течение 2019–2020 годов авторы ежемесячно отлавливали рачков и анализировали их протеом — совокупность всех белков организма. Это позволило выявить сезонные изменения в организмах этих животных, благодаря которым рачки адаптируются к меняющимся в течение года условиям окружающей среды.
Оказалось, что осенью и зимой в организме эулимногаммаруса бородавчатого увеличивается содержание ферментов, участвующих в разложении органических веществ и обеспечивающих животных энергией. В частности, это ферменты, расщепляющие полисахариды и белки, а также ферменты цикла лимонной кислоты, в ходе которого синтезируется АТФ — универсальный источник энергии. Авторы предполагают, что накопление этих соединений связано с зимним дефицитом пищевых ресурсов.
В то же время биологи отметили, что в осенне-зимний период у ракообразных снижается количество белков теплового шока, защищающих организм от высоких температур. В условиях зимних холодов они практически не нужны. К началу лета, напротив, комплексы, участвующие в синтезе белков, в том числе белков теплового шока, активировались. В это время рачкам нужно защищаться от перегрева, а также поддерживать интенсивный обмен веществ.
Однако самые значимые различия исследователи зафиксировали при анализе белков, связанных с работой половой системы эулимногаммарусов. Осенью — в период перед спариванием — у самок активировался синтез молекул, связанных с формированием яйцеклеток и транспортом жиров и белков. Эти изменения показывают, что рачки с зимним размножением начинают заранее готовиться к нему в теплый осенний сезон, когда еще доступна пища. В результате к наступлению холодов у самок уже есть достаточное количество запасных веществ для развития эмбрионов.
У самцов эулимногаммарусов осенью — в период перед спариванием — активировался синтез белков, связанных с мышечной активностью и энергетическим обменом. Это связано с тем, что перед спариванием самцы удерживают самок рядом с собой конечностями и при этом активно плавают. Такое «ухаживание» требует больших энергетических затрат и усиленной мышечной работы, обеспечиваемой соответствующими белками. Соответственно, к концу осени мышцы самцов рачков становятся сильнее благодаря этим белкам.
«Мы выяснили, что самки эулимногаммаруса бородавчатого формируют яйцеклетки осенью — в период, когда еще достаточно тепла и пищи. Зимой эмбрионы развиваются благодаря запасу питательных веществ в яйцеклетках, а потому не требуют значимых внешних ресурсов», — рассказывает участник проекта, поддержанного грантом РНФ, Полина Дроздова, кандидат биологических наук, руководитель группы молекулярной генетики эндемиков озера Байкал НИИ биологии Иркутского государственного университета.
Ученые предполагают, что выбор зимнего времени для размножения связан с конкуренцией между разными видами рачков. Так, в Байкале насчитывается более 350 видов бокоплавов, около 30% из которых обитают в мелководной зоне. Из-за того, что такая зона сильно ограничена, возникает острая конкуренция за пищу. В этих условиях виды, которые раньше всех начинают размножаться и производить потомство, получают преимущество, ведь «ранние» молодые рачки добывают больше пропитания и успевают накопить больше энергии, чем «поздние» рачки других видов.
«Зимнее размножение эулимногаммаруса бородавчатого — пример адаптации к экологическим условиям Байкала — холодной, но насыщенной кислородом воде, которая зимой покрыта толстым слоем льда. Такие примеры наглядно демонстрируют, как живые организмы могут эффективно использовать энергетические ресурсы, чтобы обеспечить увеличение популяции и получить преимущество перед видами-конкурентами. В дальнейшем мы планируем провести подобные исследования для видов с другими особенностями размножения, а также проверить гипотезы о биохимических изменениях напрямую, измерив уровни важных энергетических молекул», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Максим Тимофеев, доктор биологических наук, директор НИИ биологии Иркутского государственного университета.
Ранее биологи выяснили, что рачки-бокоплавы, населяющие глубинные воды Байкала, адаптируются к высоким температурам. Авторы связали это с тем, что эти холодолюбивые организмы произошли от более теплолюбивых предков. Кроме того, возможно, способность выдерживать нагрев позволяет байкальским рачкам искать пищу вблизи термальных источников.
Продолжить чтение...
Зимой температура воды у берегов Байкала понижается практически до нуля, а на поверхности озера формируется слой льда толщиной до одного метра. Однако, несмотря на такие суровые условия, большинство эндемиков Байкала — видов, которые встречаются исключительно в этом озере, — активно развиваются и размножаются именно зимой. Одни из таких организмов — рачки-бокоплавы. До сих пор оставалось не ясно, почему они увеличивают свою численность в холодный сезон, когда пищи крайне мало, а температуры не благоприятствуют активной жизнедеятельности.
Биологи из Иркутского государственного университета (Иркутск) с коллегами из Центра экологических исследований имени Гельмгольца (Германия), Центра полярных и морских исследований имени Гельмгольца (Германия) изучили эулимногаммаруса бородавчатого (Eulimnogammarus verrucosus) — вид рачков-бокоплавов, широко распространенных по побережью Байкала и размножающихся в зимний период.
В течение 2019–2020 годов авторы ежемесячно отлавливали рачков и анализировали их протеом — совокупность всех белков организма. Это позволило выявить сезонные изменения в организмах этих животных, благодаря которым рачки адаптируются к меняющимся в течение года условиям окружающей среды.
Оказалось, что осенью и зимой в организме эулимногаммаруса бородавчатого увеличивается содержание ферментов, участвующих в разложении органических веществ и обеспечивающих животных энергией. В частности, это ферменты, расщепляющие полисахариды и белки, а также ферменты цикла лимонной кислоты, в ходе которого синтезируется АТФ — универсальный источник энергии. Авторы предполагают, что накопление этих соединений связано с зимним дефицитом пищевых ресурсов.
В то же время биологи отметили, что в осенне-зимний период у ракообразных снижается количество белков теплового шока, защищающих организм от высоких температур. В условиях зимних холодов они практически не нужны. К началу лета, напротив, комплексы, участвующие в синтезе белков, в том числе белков теплового шока, активировались. В это время рачкам нужно защищаться от перегрева, а также поддерживать интенсивный обмен веществ.
Однако самые значимые различия исследователи зафиксировали при анализе белков, связанных с работой половой системы эулимногаммарусов. Осенью — в период перед спариванием — у самок активировался синтез молекул, связанных с формированием яйцеклеток и транспортом жиров и белков. Эти изменения показывают, что рачки с зимним размножением начинают заранее готовиться к нему в теплый осенний сезон, когда еще доступна пища. В результате к наступлению холодов у самок уже есть достаточное количество запасных веществ для развития эмбрионов.
У самцов эулимногаммарусов осенью — в период перед спариванием — активировался синтез белков, связанных с мышечной активностью и энергетическим обменом. Это связано с тем, что перед спариванием самцы удерживают самок рядом с собой конечностями и при этом активно плавают. Такое «ухаживание» требует больших энергетических затрат и усиленной мышечной работы, обеспечиваемой соответствующими белками. Соответственно, к концу осени мышцы самцов рачков становятся сильнее благодаря этим белкам.
«Мы выяснили, что самки эулимногаммаруса бородавчатого формируют яйцеклетки осенью — в период, когда еще достаточно тепла и пищи. Зимой эмбрионы развиваются благодаря запасу питательных веществ в яйцеклетках, а потому не требуют значимых внешних ресурсов», — рассказывает участник проекта, поддержанного грантом РНФ, Полина Дроздова, кандидат биологических наук, руководитель группы молекулярной генетики эндемиков озера Байкал НИИ биологии Иркутского государственного университета.
Ученые предполагают, что выбор зимнего времени для размножения связан с конкуренцией между разными видами рачков. Так, в Байкале насчитывается более 350 видов бокоплавов, около 30% из которых обитают в мелководной зоне. Из-за того, что такая зона сильно ограничена, возникает острая конкуренция за пищу. В этих условиях виды, которые раньше всех начинают размножаться и производить потомство, получают преимущество, ведь «ранние» молодые рачки добывают больше пропитания и успевают накопить больше энергии, чем «поздние» рачки других видов.
«Зимнее размножение эулимногаммаруса бородавчатого — пример адаптации к экологическим условиям Байкала — холодной, но насыщенной кислородом воде, которая зимой покрыта толстым слоем льда. Такие примеры наглядно демонстрируют, как живые организмы могут эффективно использовать энергетические ресурсы, чтобы обеспечить увеличение популяции и получить преимущество перед видами-конкурентами. В дальнейшем мы планируем провести подобные исследования для видов с другими особенностями размножения, а также проверить гипотезы о биохимических изменениях напрямую, измерив уровни важных энергетических молекул», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Максим Тимофеев, доктор биологических наук, директор НИИ биологии Иркутского государственного университета.
Ранее биологи выяснили, что рачки-бокоплавы, населяющие глубинные воды Байкала, адаптируются к высоким температурам. Авторы связали это с тем, что эти холодолюбивые организмы произошли от более теплолюбивых предков. Кроме того, возможно, способность выдерживать нагрев позволяет байкальским рачкам искать пищу вблизи термальных источников.
Продолжить чтение...