Effect of Microalgae Species and Concentration on Grazing Rate and Egg Production of Copepods Calanipeda aquaedulcis Kritschagin, 1873 and Arctodiaptomus salinus (Daday, 1885)

Толық мәтін

Копеподы семейств Pseudodiaptomidae (Calanipeda aquaedulcis Krichagin, 1873) и Diaptomidae (Arctodiaptomus salinus (Daday, 1885)) являются типичными представителями голопланктонных каланоидных копепод. Оба вида относятся к эвригалинным осмоконформерам (Svetlichny et al., 2012a). Широкий диапазон толерантности к солености (от 0.1 до 35‰ для C. aquaedulcis и до 50‰ для A. salinus) (Svetlichny et al., 2012a) и к температуре – C. aquaedulcis встречается в водоемах от -1 до 30°С (Lazareva, 2018), а A. salinus - от 3 до 29°С (Rokneddine, Chentoufi, 2004; Jiménez-Melero et al., 2012), позволяет этим копеподам выживать, развиваться и размножаться в разнообразных водоемах, как в морских, так и в пресноводных, от северных до южных широт.

Копеподы обоих видов вынашивают яйца в яйцевом мешке, прикрепленном к самке. Самки A. salinus могут производить как субитанные, так и диапаузирующие (покоящиеся) яйца, выживающие в экстремальных условиях (высушивание и широкий диапазон температур), а самки C. aquaedulcis производят только субитанные яйца. Именно отсутствие покоящихся яиц позволяет C. aquaedulcis населять только постоянные водоемы: прибрежные лагуны, солончаковые болота, соленые заболоченные переходные зоны и эстуарии, расположенные вдоль Атлантического побережья Марокко (Ramdani et al., 2001), Испании (Frisch et al., 2006), Средиземноморского побережья Европы (Brucet et al., 2008), Северной Африки (Ramdani et al., 2001), Северо-Западной Азии (Ustaoglu, 2004). Этот вид обитает на небольших глубинах в Азовском (Гунько, Алдакимова, 1963), Каспийском (Куделина, 1950; Гарбер, 1951) и Аральском морях (Кортунова и др., 1972; Andreev et al., 1992), в прибрежных озерах и лиманах Черного моря, в частности, Керченского полуострова. В Севастопольской бухте популяция C. aquaedulcis существовала до вселения хищного гребневика Mnemiopsis leyidyi A. Agassiz, 1865 (см.: Gubanova et al., 2001). Из приустьевых опресненных участков морей C. aquaedulcis проникает во внутренние пресные водоемы и населяет водохранилища и реки средней полосы России (Вьюшкова, Гурова, 1968; Lazareva, 2018).

Напротив, A. salinus, широко распространенный в Европе, Азии и Северной Африке (Rokneddine, Chentoufi, 2004), обитает как в постоянных, так и во временных водоемах, в сильно минерализованных пресных, солоноватоводных и соленых континентальных водоемах; населяет стоячие воды, от малых горных бассейнов до больших соленых озер (Tolomeev, 2002). Наличие в биологическом цикле диапаузирующих яиц и высокая толерантность вида к широкому диапазону солености и температуры (Jiménez-Melero et al., 2007) позволяют A. salinus обитать в пересыхающих и небольших минерализованных карстовых водоемах (Marrone et al., 2006), а также в крупных меромиктических озерах, например, в сибирских, от слабо- до гиперсоленых (Andreev et al., 1992; Tolomeev et al., 2010). A. salinus периодически достигает высокой численности в некоторых постоянных и временных пересыхающих соленых прибрежных озерах Восточного Крыма, на Керченском полуострове (Шадрин и др., 2008). Этот вид копепод характерен для водоемов, характеризующихся низким видовым разнообразием планктона и короткими трофическими цепями (Lapesa et al., 2004; Barkhatov et al., 2023).

Несмотря на то, что метаболическая пластичность позволяет копеподам обоих видов выживать и размножаться в сходных условиях, места обитания этих двух видов в основном не пересекаются, по-видимому, из-за конкуренции. Например, после вселения в Аральское море C. aquaedulcis стал доминировать в зоопланктоне и вытеснил полностью аборигенного A. salinus (Plotnikov et al., 2021).

Эти виды копепод представляют ценную кормовую базу для рыб-планктонофагов и, благодаря высокой толерантности, могут использоваться в аквакультуре для кормления личинок как морских, так и пресноводных, как умеренных, так и тропических ценных видов рыб (Gurkan et al., 2023). Отсутствие каннибализма (половозрелые особи не выедают собственные ранние науплиальные стадии) позволяет выращивать совместно все стадии развития (науплиальные, копеподитные и взрослые), что можно считать технологическим преимуществом при массовом культивировании обоих видов копепод. В отличие от них взрослые стадии морских Calanoida выедают собственные яйца и младшие науплиальные стадии.

Известно, что копеподы обоих видов питаются разнообразными взвешенными частицами, детритом, бактерио-, фито- и микропланктоном (Гарбер, 1951; Tolomeev, 2002; Lapesa et al., 2004; Marrone et al., 2006; Brucet et al., 2008; Tolomeev et al., 2010), и их рацион может изменяться в зависимости от состава и концентрации пищи. Однако до настоящего времени отсутствуют данные о влиянии концентрации определенных видов нанопланктонных (2-20 мкм) микроводорослей на рационы, продукцию яиц и эффективность использования потребленной пищи на генеративную продукцию копепод C. aquaedulcis и A. salinus.

Для оценки способности данных видов копепод конвертировать углерод потребленной пищи в углерод их генеративной продукции и для использования этих данных в разработке оптимальной технологии массового культивирования необходимо было определить, как вид и концентрация микроводорослей влияет на рацион питания и продукцию яиц копепод в искусственных условиях. Цель данной работы заключалась в определении суточных рационов и продукции яиц C. aquaedulcis и A. salinus, а также расчете эффективности использования пищи на генеративную продукцию копепод в широком диапазоне концентраций двух видов микроводорослей при оптимальной температуре.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА

Эксперименты проводили с использованием лабораторных культур копепод A. salinus (AS) (длина просомы 0.9–1.04 мм) и C. aquaedulcis (CA) (длина просомы 0.6–0.7 мм) при оптимальной для выживаемости, развития и размножения обоих видов температуре 21 ± 1.5°С (Аганесова, 2013). В качестве культуральной среды для копепод применяли суспензию микроводорослей в морской воде. Исходная черноморская вода (17.8 ± 0.2‰) до приготовления среды для культивирования микроводорослей проходила следующие этапы последовательной очистки: грубый песочный фильтр, отстаивание, последовательная фильтрация через картриджные фильтры (с размером пор 10, 5 и 1 мкм), стерилизация ультрафиолетом и двукратная пастеризация. Морскую воду обогащали средой Уолна (Coutteau, 1996). Монокультуры микроводорослей выращивали в накопительном режиме при круглосуточном освещении интенсивностью 5 тыс. лк. Использовали широко распространенные, постоянно находящиеся в суспензии в толще воды, легко культивируемые морскую гаптофитовую микроводоросль класса Prymnesiophyceae – Isochrysis galbana (размер клеток 3-6 мкм) (ISO) и динофитовую микроводоросль класса Dinophyceae – Prorocentrum cordatum (размер клеток 12-14 мкм) (PRO) (Khanaychenko et al., 2019), которые, согласно нашим данным, были оптимальны для питания, воспроизводства и развития обоих видов копепод (Аганесова, 2021). Для кормления копепод использовали культуры в экспоненциальной фазе роста.

Для определения суточного рациона питания и среднесуточной продукции яиц копепод брали микроводоросли обоих видов в четырех разных концентрациях (табл. 1, 2). Адаптацию лабораторных одновозрастных когорт копепод CA и AS к питанию микроводорослями PRO и ISO при определенных концентрациях проводили минимум в течение двух недель, т.е. 8 лабораторных одновозрастных когорт были адаптированы к условиям, при которых проводили все дальнейшие эксперименты.

 

Таблица 1. Среднесуточная продукция яиц самками Calanipeda aquaedulcis (2.4 мкг С/экз.) при разной концентрации микроводорослей (M ± SD, 95% CI)

Концентрация микроводорослей		Суточные рационы (G)			Среднесуточная продукция яиц (EPR)		Эффективность использования потребленной пищи на производство яиц (GGE, %)
Кл./мл	мкг С/мл	103× кл./экз./сут	мкг С/экз./сут	мкг C/ мкг C/ сут, %*	Яйца/самка/сут	мкг С/самка/сут
Isochrysis galbana
6.6 × 106	170.4	1387	35.9	1494	1.5 ± 0.1	0.4	1.2
2.0 × 106	50.8	1352	35.0	1456	10 ± 0.2	2.8	8.0
0.6 × 106	15.4	706	18.3	760	11 ± 0.2	3.1	16.9
0.2 × 106	4.2	331	8.6	356	4.5 ± 0.4	1.3	14.6
Prorocentrum cordatum
129 × 103	37.9	74	21.8	905	9.3 ± 0.5	2.6	11.9
46 × 103	13.5	48	14.2	590	10.5 ± 0.9	3.0	20.8
13 × 103	3.9	20	5.8	241	10.7 ± 1.2	3.0	51.8
5 × 103	1.4	8	2.4	98	4.0 ± 0.5	1.1	47.2

*Суточные рационы копепод, выраженные в углеродных единицах в процентах относительно массы копепод.

 

Таблица 2. Среднесуточная продукция яиц самками Arctodiaptomus salinus (7.12 мкг С/экз.) при разной концентрации микроводорослей (M ± SD, 95% CI)

Концентрация микроводорослей		Суточные рационы (G)			Среднесуточная продукция яиц (EPR)		Эффективность использования потребленной пищи на производство яиц (GGE, %)
Кл./мл	мкг С/мл	103 × кл./экз./сут	мкг С/экз./сут	мкг C/ мкг C/ сут, %*	Яйца/самка/сут	мкг С/самка/сут
Isochrysis galbana
7.6 × 106	195.9	3894	100.9	1415	4.2 ± 0.6	3.1	3.1
2.4 × 106	61.9	3623	93.8	1317	3.2 ± 0.5	2.3	2.5
0.8 × 106	21.7	2309	60	839	4.3 ± 0.6	3.1	5.2
0.3 × 106	8.9	1306	33.8	475	4.4 ± 0.6	3.2	9.5
Prorocentrum cordatum
87 × 103	25.6	129	37.8	530	3.3 ± 0.2	2.4	6.4
26 × 103	7.6	74	21.8	306	2.1 ± 0.2	1.5	6.9
8 × 103	2.4	31	9.1	128	2.7 ± 0.2	1.9	21.2
3 × 103	0.9	12	3.5	49	1.7 ± 0.1	1.2	34.5

*Суточные рационы копепод, выраженные в углеродных единицах в процентах относительно массы копепод.

 

Эксперименты проводили в стеклянных сосудах цилиндрической формы объемом 50 мл при круглосуточном освещении 2 тыс. лк. В опытные сосуды отсаживали половозрелых особей, находящихся на пике репродуктивного периода: по 17 самок и 8 самцов CA (в возрасте 15-20 сут) и по 8 самок и 4 самца AS (в возрасте 25-30 сут), так что плотность посадки составляла 0.5 экз./мл и 0.25 экз./мл, соответственно. Согласно нашим предварительным данным соотношение самцов и самок копепод приблизительно 1 : 2 необходимо для регулярного пополнения сперматеки самок спермой для оптимального оплодотворения.

Эксперименты по питанию каждого вида копепод проводили в течение суток при четырех разных концентрациях каждой микроводоросли в двукратной повторности. Концентрацию микроводорослей в экспериментальных сосудах с копеподами и в контрольных сосудах без копепод определяли методом проточной цитометрии (Cytomics TM FC 500, Beckman Coulter, США) в начале эксперимента и по истечении 24 часов.

Суточный рацион (G, кл./экз./сут) определяли по разнице между начальными и конечными концентрациями клеток микроводорослей в экспериментальных (с копеподами) и контрольных (без копепод) сосудах, рассчитывая на количество копепод, согласно методике собственной модификации, позволяющей учитывать темп размножения и отмирания микроводорослей без выедания их копеподами (Frost, 1972) по модифицированным формулам:

$G=F\times \frac{C_t^{э}-C_0}{\ln C_t^{э}-\ln C_0}$, (1)

$F=\frac{V}{n}\times \frac{\ln C_t^{к}-\ln C_t^{э}}{\Delta t}$, (2)

где F – скорость фильтрации микроводорослей или скорость осветления среды, (мкл/экз./сут), V – объем среды в сосуде (мл), n – число копепод в сосуде (экз.), С_о – начальные численности микроводорослей в контроле и эксперименте (кл./мл),  и  – конечные численности микроводорослей в контроле и эксперименте, ∆t – продолжительность эксперимента (сут). В связи с тем, что для производства яиц необходимо присутствие самцов копепод, было допущено усреднение скорости потребления микроводорослей самками и самцами, что характерно для функционирования популяции, в которой присутствуют и самцы, и самки, а яйца производят только самки.

Эксперименты по определению среднесуточной продукции яиц (EPR, яиц/самка/сут) проводили на тех же выборках копепод CA и AS и в тех же экспериментальных сосудах при аналогичных четырех концентрациях двух видов микроводорослей. В течение 10 сут эксперимента ежедневно в одно и то же время просматривали копепод под микроскопом МБС-12 при увеличении 8 × 4, подсчитывали и изымали произведенное самками потомство, одновременно проводя замену культуральной среды. Значения EPR получали, разделив общее количество яиц, произведенное всеми самками в течение эксперимента, на количество самок и длительность эксперимента (в сутках).

После окончания эксперимента копепод измеряли, их размеры в дальнейшем использовали для расчета углеродного эквивалента биомассы. Сухую биомассу копепод (W, мкг) рассчитывали, учитывая линейные размеры взрослых особей (по: Svetlichny et al., 2012b):

$W=\mathrm{0,13}{\left(L_{pr}{d_{pr}}^2\right)}^{\mathrm{1,013}}$, (3)

где L_pr – длина и d_pr – ширина просомы (мм).

Сухую биомассу яиц (W_egg, мкг) рассчитывали по формуле Светличного с соавторами (Svetlichny et al., 2012b):

$W_{egg}=\mathrm{0,167}k\pi {d^3}_{egg}$, (4)

где k = 0.000476 для субитанных яиц, d_egg – средний диаметр яиц (мкм).

Для сравнения эффективности использования пищи на производство яиц копепод проводили пересчет рационов, веса копепод и продукции яиц в углеродные единицы. При расчете углеродного эквивалента концентрации микроводорослей использовали данные из литературы: I. galbana (Berggreen et al., 1988), P. cordatum (Dam, Colin, 2005). Пересчет массы копепод в углеродные единицы (W_C, мкг С; W_Cegg, мкг С) (Kiørboe, Sabatini, 1994). Углеродная масса копепод составляла 40% от их сухой массы.

Суточный рацион рассчитывали как скорость потребления микроводорослей в сутки в пересчете на углеродный эквивалент клеток (G, мкг С/экз./сут). Соотношение суточного рациона в углеродном эквиваленте (G, мкг С/экз./сут) и массы копепод в углеродных единицах (W_C, мкг С) выражали в процентах и получали относительные (удельные) значения рациона копепод в углеродных единицах (G, %).

Эффективность использования пищи на производство яиц (GGE, %) вычисляли по формуле:

$GGE=\left(EPR/G\right)100\%$, (5)

где EPR и G выражены в углеродных единицах.

Для всех полученных данных были рассчитаны средние арифметические (М), доверительный интервал (95% CI), стандартные отклонения (SD), достоверность (p < 0.05) различий выборочных средних с помощью t-критерия Стьюдента.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Динамика значений суточного рациона (G) копепод Arctodiaptomus salinus и Calanipeda aquaedulcis при питании микроводорослями Isochrysis galbana и Prorocentrum cordatum представлена на рис. 1 и в табл. 1 и 2. Рационы копепод возрастали логарифмически с увеличением содержания пищи в среде и почти выходили на плато при максимальной концентрации микроводорослей. При одинаковых исходных концентрациях микроводорослей значения суточного рациона были значимо выше у AS, чем у CA, что обусловлено большей массой первого вида (масса AS = 7.12 мкг С/экз., масса CA = 2.4 мкг С/экз.). Более высокие рационы копепод обоих видов как в количестве клеток, так и в углеродном эквиваленте получены при питании мелкоразмерными ISO по сравнению с PRO.

 

Рис. 1. Углеродный эквивалент рационов Calanipeda aquaedulcis и Arctodiaptomus salinus (G, мкг С/экз./сут) в зависимости от концентрации микроводорослей (мкг С/мл). а – Isochrysis galbana (ISO), б – Prorocentrum cordatum (PRO) (M, 95% CI, p < 0.05)

 

Так, с возрастанием концентрации ISO с меньшей массой (25.9 пг С/кл.) от 2 × 10⁵ до 6.6 × 10⁶ кл./мл (от 4.2 до 170.4 мкг С/мл) рацион CA увеличивался с 331 до 1387 × 10³ кл./экз./сут (от 8.6 до 35.9 мкг С/экз./сут), а рацион AS – с 1306 до 3894 × 10³ кл./экз./сут (от 33.8 до 100.9 мкг С/экз./сут) (рис. 1а, табл. 1, 2). Однако значения G при питании ISO, выраженные в углеродных единицах в процентах относительно массы копепод, оказались сопоставимы для обоих видов и возрастали от 400 до 1400-1500% (табл. 1, 2).

Рационы при питании PRO (293 пг С/кл.) в диапазоне концентрации микроводорослей от 1 до 40 мкг С/мл (от 3 × 10³ до 1.3 × 10³ кл./мл) возрастали до максимальных значений – 21.8 мкг С/экз./сут (CA) и 37.8 мкг С/экз./сут (AS), не выходя на плато (рис. 1б, табл. 1, 2). Суточные рационы копепод, выраженные в углеродных единицах в процентах относительно массы копепод, при питании PRO возрастали по мере возрастания концентрации клеток от ~ 100 до ~ 900% у CA, и от ~ 50 до ~ 530% у AS (табл. 1, 2).

EPR более мелкого вида копепод CA возрастала до максимального значения 11 яиц/самка/ сут (129% массы тела самки в углеродном эквиваленте) уже при концентрациях ISO 15.4 мкг С/мл (0.6 × 10⁶ кл./мл) и PRO 4 мкг С/мл (13 × 10³ кл./мл). Несмотря на дальнейшее повышение рационов, при возрастании концентрации микроводорослей выше этих критических концентраций, производство яиц самками CA снижалось.

EPR более крупных копепод AS возрастала с 1.7 ± 0.1 до 3.3 ± 0.2 яиц/самка/сут с увеличением концентрации PRO от 3 × 10³ до 87 × 10³ кл./мл (с 0.9 до 25.6 мкг С/мл), и варьировала от 3.2 ± 0.5 до 4.4 ± 0.6 яиц/самка/сут в диапазоне концентрации ISO (0.3-7.6) × 10⁶ кл./мл (от 8.9 до 195.9 мкг С/мл) (табл. 2). Максимальные значения EPR для AS ( 3.3 и 4.4 яиц/самка/сут при питании PRO и ISO составляли 34 и 45% углеродного эквивалента массы тела самок, соответственно.

Эффективность использования потребленной пищи на производство яиц (GGE, %) для CA варьировала в пределах 1.2–16.9% при питании ISO и от 11.9–51.8% при питании PRO; для AS – 2.5-9.5% (ISO), и 6.4-34.5% (PRO). Максимальные значения GGE для CA составляли 16.9% (ISO) и 51.8% (PRO), что совпадало с максимальными значениями среднесуточной продукции яиц, соответствующими рационам углерода микроводорослей 760 и 240%, полученными при концентрациях 0.6 × 10⁶ кл./мл (15.4 мкг С/мл) ISO и 13 × 10³ кл./мл (3.9 мкг С/мл) PRO. Максимальные значения GGE для AS (9.5 и 34.5%) соответствовали рационам (в процентах от углеродного эквивалента тела копепод) 49 и 475%, зарегистрированным при концентрациях микроводорослей 0.3 × 10⁶ кл./мл (8.9 мкг С/мл) ISO и 3 × 10³ кл./мл (0.9 мкг С/мл) PRO.

ОБСУЖДЕНИЕ

Трофические условия, в которых находятся копеподы, влияют как на их рацион, так и на воспроизводство. На скорость потребления корма копеподами и на связанную с питанием скорость продукции яиц оказывают влияние как качество (размеры, морфология, связанный с таксономией биохимический состав), так и количество потребленных микроводорослей. Как показали наши исследования, таксономический статус и, соответственно, размеры и состав микроводорослей, безусловно, влияют на характер питания и репродуктивные характеристики самок каланоидных копепод Calanipeda aquaedulcis и Arctodiaptomus salinus.

Считается, что продуцирование качественных жизнеспособных яиц каланоидными копеподами связано с наличием и усвоением некоторых полиненасыщенных жирных кислот (ПНЖК), в частности, высоконенасыщенных эйкозапентаеновой (ЭПК, 20:5n3) и докозагексаеновой (ДГК, 22:6n3) (Lacoste et al., 2001). Использованные нами в экспериментах Isochrysis galbana и Prorocentrum cordatum относятся к оптимальным для воспроизводства не только обоих видов солоноватоводных (Аганесова, 2021), но и морских копепод рода Acartia (Ханайченко, 1999; Støttrup, Jensen, 1990) и рода Calanus (Lacoste et al., 2001). Оба вида микроводорослей содержат достаточное количество ЭПК и ДГК: 14% ЭПК и 28% ДГК от общего количества жирных кислот в составе P. cordatum и 10.3% ЭПК и 34% ДГК в составе I. galbana (Suh et al., 2015).

Общие тенденции в питании копепод CA и AS микроводорослями во многом сходны с таковыми морских каланоидных копепод с близкими размерными характеристиками. Суточные рационы CA и AS оказались сопоставимы с рационами близких им по размеру копепод рода Acartia при питании микроводорослями при такой же температуре. При сходных концентрациях динофлагеллят P. cordatum (8–13 × 10³ кл./мл) суточный рацион копеподы Acartia clausi составлял 5 × 10⁴ кл./экз./сут (Ковалева, 1977), а A. tonsa – 4 × 10⁴ кл./экз./сут (Besiktepe, Dam, 2020), что сопоставимо с полученными в наших экспериментах рационами CA (2 × 10⁴ кл./экз./сут) и AS (3 × 10⁴ кл./экз./сут).

Удельные суточные рационы, выраженные в процентном отношении к углеродному эквиваленту тела копепод рода Acartia, при высоких концентрациях микроводорослей часто превышают 100% углерода тела копепод (Durbin, Durbin, 1992) и достигают 360% (Paffenhöffer, 1988) и 570% (Besiktepe, Dam, 2020) у A. tonsa, а также 660% у A. hudsonica (Deason, 1980). В наших экспериментах удельные суточные рационы при питании P. cordatum достигали ~ 530% углеродного эквивалента массы AS и ~ 900% CA.

При высоких концентрациях микроводорослей не наблюдалось значимой корреляции между рационом и скоростью продукции яиц копеподами. Несмотря на высокие рационы, они демонстрировали невысокую скорость продукции яиц, свойственную этим видам. Максимум EPR CA составлял приблизительно 11 яиц/самка/сут (129% углерода от массы тела самки) при концентрациях ISO 15.4 мкг С/мл (0.6 × 10⁶ кл/мл) и PRO 3.9 мкг С/мл (13.3 × 10³ кл./мл). Превышение этих концентраций приводило к снижению EPR. Максимальные значения EPR AS – 3.3 и 4.4 яиц/самка/сут (45 и 34% углеродного эквивалента массы самки), получены при концентрациях ISO от 8.9 мкг С/мл (0.3 × 10⁶ кл./мл) и PRO от 25.6 мкг С/мл (87 × 10³ кл./мл), соответственно. Максимумы EPR, полученные в нашем исследовании, согласуются с максимальными значениями для CA (~10 яиц/самка/сут) и ~ 3.5 яйца/самка/сут для AS) (Аганесова, 2021). Близкие EPR AS были получены в оптимальных условиях проточного культивирования (~ 2.7 яйца/самка/сут) (Tolomeev, 2002). Низкие максимальные скорости продукции яиц изученных нами солоноватоводных копепод по сравнению с морскими планктонными каланоидными копеподами, откладывающими яйца в воду, по-видимому, компенсируются более высокой выживаемостью науплиусов в связи с вынашиванием яиц самкой в яйцевых мешках, и более высокой выживаемостью CA и AS на протяжении более длительного жизненного цикла (Аганесова, 2021).

Эффективность использования потребленной пищи на производство яиц (GGE) AS и CA оказалась сходной с GGE морских каланоидных копепод, откладывающих яйца непосредственно в воду, например, таких как A. tonsa. При суточном рационе 11.5 мкг С/экз./сут PRO (340% углеродной массы тела самок), GGE A. tonsa составляла ~ 30% (Besiktepe, Dam, 2020). При суточном рационе ISO > 320% углеродной массы тела самок, GGE A. tonsa составляла 24% (Støttrup, Jensen, 1990).

У самок CA максимальные значения GGE составляли 16.9% при питании ISO и 51.8% при питании PRO при рационах 760 и 241% углеродной массы их тела, и совпадали с условиями, при которых были получены максимальные EPR. Максимальные значения GGE копеподы AS оказались значимо ниже, чем у CA (9.5% при суточном рационе 475% на ISO и 34.5% при рационе 49% на PRO), в то время как максимумы EPR были получены при более высоких концентрациях и рационах.

Эффективность использования пищи на производство яиц определяет эффективность переноса энергии по трофическим уровням. В условиях низкой концентрации энергия потребленных микроводорослей расходуется исключительно на обмен и двигательную активность копепод. Возрастание концентрации пищи до критической, обеспечивающей все потребности копепод, включая метаболизм и максимально возможную для вида скорость генеративной продукции, приводит к избыточному питанию, при котором скорость производства яиц сначала выходит на плато, а затем, даже при возрастании рационов, снижается. Избыточное питание копепод снижает эффективность использования пищи на генеративную продукцию и приводит к аккумуляции жира в виде липидных капель в теле копепод (рис. 2), которые в дальнейшем при недостатке пищи могут использоваться для поддержания метаболизма.

 

Рис. 2. Самка (а) и самец (б) Calanipeda aquaedulcis с жировыми каплями после избыточного кормления микроводорослями (Фото Л.С. Светличного)

 

Удельные рационы, скорость продукции яиц и эффективность использования пищи на генеративную продукцию у CA оказались значительно выше, чем у AS, независимо от вида микроводоросли. Очевидно, это является подтверждением более высокого уровня метаболизма мелкоразмерного вида копепод, так как ранее показано, что удельная скорость потребления кислорода у CA вдвое выше по сравнению с AS (Svetlichny et al., 2012b).

Известно, что основными запасными веществами у AS являются триацилглицериды, в которых доминируют высоконенасыщенные жирные кислоты при варьирующем процентном соотношении от 3.0/0.3 до 12.4/17.8 докозагексаеновой (ДГК, 22:6n3) и эйкозапентаеновой (ЭПК, 20:5n3) кислот (Tolomeev et al., 2010). В составе самок AS из морских эстуариев обнаруживали до 20-22% ЭПК и 10-12% ДГК (Guerrero et al., 2007), в то время как в составе CA присутствовали преимущественно мононенасыщенные жирные кислоты и только следы ПНЖК (Gonçalves et al.,2012). Редко находили до 7% ЭПК и до 9% ДГК (Vincent, Ceccaldi, 1988).

Каланоидные копеподы имеют ограниченную способность к синтезу высоконенасыщенных жирных кислот, таких как ДГК и ЭПК, и вариабельность их жирнокислотного состава в значительной степени определяется различиями жирнокислотного состава микроводорослей, которыми они питаются. Анализ эффективности использования разных высоконенасыщенных жирных кислот при питании разными видами микроводорослей на производство яиц копеподами показал, что GGE по ДГК остается всегда выше GGE по ЭПК (Helenius et al., 2020). Поэтому очевидно, содержание и соотношение этих двух ненасыщенных жирных кислот в составе микроводорослей является одним из основных факторов, оказывающих влияние на репродуктивные характеристики каланоидных копепод. Возможно, различия в содержании высоконенасыщенных жирных кислот могут объяснить более высокие значения GGE PRO по сравнению с ISO при более низких концентрациях пищи.

Копеподы имеют видоспецифичные соотношения разных классов каротиноидов, которые оказывают различную степень антиоксидантной защиты по отношению к разным ненасыщенным жирным кислотам (Vincent, Ceccaldi, 1988). Ранее нами было обнаружено, что в одинаковых трофических условиях при более высоком суммарном содержании каротиноидов у AS в составе его каротиноидов доминировал этерифицированный астаксантин (62.5%), а в составе CA – его свободная форма (47.5%) (Ханайченко и др., 2014).

Различия в эффективности использования потребленной пищи на производство яиц, в жирнокислотном и каротиноидном составах копепод CA и AS связаны с особенностями биологии, метаболизма и стратегии размножения видов. Для выживания CA важна скорость производства яиц без включения диапаузиирующих стадий, а для AS необходимо накопление определенных незаменимых компонентов, обеспечивающих выживаемость потомства в экстремальных условиях.

Пищевые сети планктонных копепод играют важную роль в глобальном цикле переноса органического углерода на более высокие трофические уровни. Понимание роли конкретных видов копепод в конвертировании углерода из потребленной пищи в их генеративную продукцию имеет большое значение для прогнозирования изменений в функционировании водных экосистем.

ВЫВОДЫ

Рационы обоих видов копепод увеличивались логарифмически с возрастанием концентрации микроводорослей. Максимальные суточные рационы копепод при питании Isochrysis galbana с концентрацией 170-196 мкг С/мл составили 1.4 × 10⁶ кл./экз./сут или 1500% углерода тела Calanipeda aquaedulcis и 3.9 × 10⁶ кл./экз./сут или 1400% углерода тела Arctodiaptomus salinus. Максимальные суточные рационы копепод при питании Prorocentrum cordatum с концентрацией 26-38 мкг С/мл составили 7.4 × 10⁴ кл./экз./сут или 900% углерода тела C. aquaedulcis и 12.9 × 10⁴ кл./экз./сут или 530% углерода тела A. salinus.

EPR у самок C. aquaedulcis была максимальная (11 яиц/самка/сут, 129% массы тела самки в углеродном эквиваленте) при концентрациях I. galbana 15.4 мкг С/мл (0.6 × 10⁶ кл./мл) и P. сordatum 4 мкг С/мл (13 × 10³ кл./мл). Выше этих критических концентраций производство яиц снижалось, несмотря на возрастание рациона.

EPR у самок A. salinus возрастала до 3.3 яиц/самка/сут (34% углеродного эквивалента массы самки) при концентрации P. сordatum 87 × 10³ кл./мл (26 мкг С/мл), и до 4.4 яиц/самка/сут (45% углеродного эквивалента массы самки) при концентрации I. galbana 8.9 мкг С/мл (0.3 × 10⁶ кл./мл). Рацион питания копеподы A. salinus (при питании I. galbana) выше 475% углеродного эквивалента массы тела не приводил к увеличению скорости продукции яиц.

GGE были значимо ниже у A. salinus по сравнению с C. aquaedulcis – максимум 9.5% по сравнению с 16.9% при питании I. galbana, и максимум 34.5% и 51.8% при питании P. сordatum. Максимальные значения GGE у C. aquaedulcis совпадали с максимальными значениями EPR и с относительными углеродными рационами 760 и 240% при питании I. galbana и P. cordatum, соответственно. Максимальные значения GGE у самок A. salinus были получены при питании I. galbana и P. cordatum (475 и 49% соответственно).

Максимальные значения суточного рациона (в углеродном эквиваленте), плодовитости и эффективности использования пищи на генеративную продукцию у C. aquaedulcis оказались значимо выше, чем у A. salinus, и не зависели от вида и концентрации микроводорослей, указывая на более высокий уровень метаболизма мелкоразмерной копеподы C. aquaedulcis.

БЛАГОДАРНОСТИ

Авторы выражают искреннюю благодарность в.н.с., к.б.н. В.С. Муханову за предоставление данных по концентрации клеток микроводорослей методом проточной цитометрии и всестороннюю помощь и поддержку при написании рукописи, а также двум рецензентам за ценные замечания и предложения, которые способствовали улучшению рукописи.

ФИНАНСИРОВАНИЕ РАБОТЫ

Работа выполнена в рамках государственного задания ФИЦ ИнБЮМ по теме “Комплексное исследование механизмов функционирования морских биотехнологических комплексов с целью получения биологически активных веществ из гидробионтов” (№ гос. регистрации 124022400152-1).

СОБЛЮДЕНИЕ ЭТИЧЕСКИХ СТАНДАРТОВ

В данной работе отсутствуют исследования человека и животных.

КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ

Авторы данной работы заявляют, что у них нет конфликта интересов.

Авторлар туралы

L. Aganesova

Kovalevsky Institute of Biology of the Southern Seas, Russian Academy of Sciences

Хат алмасуға жауапты Автор.
Email: la7risa@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-4052-7985
Ресей, Sevastopol

A. Khanaychenko

Kovalevsky Institute of Biology of the Southern Seas, Russian Academy of Sciences

Email: la7risa@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-4334-9996
Ресей, Sevastopol

Әдебиет тізімі

Қосымша файлдар