Ученые впервые подробно описали строение отдельных органов и тканей экологически ценной рыбы – пятнистого лептоклина в процессе роста и развития в акватории архипелага Шпицберген. Особое внимание уделили изучению у молоди рыбы липидного мешка уникальной структуры. Заполненный жирами липидный мешок делает небольшого по размерам лептоклина в буквальном смысле «энергетиком» или «капсулой здоровья» для многих других видов морских млекопитающих, птиц, а также рыб, в том числе промысловых. Новые данные важны для понимания приспособления и жизнедеятельности этого вида в условиях северных широт.
Пятнистый лептоклин, взрослые особи. Фото: С. Пеккоева / Институт биологии КарНЦ РАН
Пятнистый лептоклин – один из самых интересных представителей ихтиофауны арктических морей. Длина этой рыбы – в среднем всего 20 сантиметров. Но несмотря на небольшой размер, она способна запасать в своем теле поразительно много жиров, или липидов. Одна из главных особенностей лептоклина – наличие у его молоди уникального органа – липидного мешка, который выполняет, прежде всего, роль депо энергии, а также поддерживает плавучесть рыбы. Пока науке больше неизвестны организмы, обладающие образованием подобной структуры.
Впервые на лептоклина обратили внимание норвежские ученые под руководством Стига Фальк-Петерсена в 1986 году. Изучение продолжили российские исследователи – представители научной школы экологической биохимии животных, возглавляемой академиком РАН Ниной Немовой. В 2006 году исследованием лептоклина занялась заведующая лабораторией экологической биохимии Института биологии КарНЦ РАН Светлана Мурзина и далее под ее руководством – старший научный сотрудник лаборатории Светлана Пеккоева.
Для сбора материалов карельские ученые не раз принимали участие в международных морских экспедициях к берегам архипелага Шпицберген, Гренландии и Исландии. Несмотря на многолетнее изучение лептоклина, нераскрытым оставался главный вопрос – что же такое липидный мешок?
Авторы статьи отмечают: запасы липидов очень важны для рыб, обитающих в холодных водах полярных регионов. Прежде всего, это основные источники энергии, которые позволяют рыбе успешно расти и развиваться в экстремальных условиях. Чтобы изучить образование и дальнейший процесс формирования липидного мешка, экспертам потребовалось проанализировать образцы молоди рыбы на разных стадиях ее развития.
Развитие лептоклина от личинки до взрослой особи длительное и может составлять в среднем до 5–6 лет. У других рыб, например, небольшой по размерам полярной трески, период развития до половозрелой особи занимает всего 2–3 года. Интересно, что молодь лептоклина проходит до шести стадий развития, со сменой образа жизни от пелагического – личинки обитают практически у кромки льда – к придонному. Этот переход сопровождается изменениями и в липидном мешке.
– Особенно нас интересовала первая стадия развития молоди лептоклина – мы предполагали, что именно в этот момент должно начинаться развитие липидного мешка. Но ее невероятно сложно добыть. Были большие сложности, особенно в условиях нестабильного ледового покрова, с выловом редких и совсем небольших по размерам личинок, с виду – белой ниточки длиной 3 сантиметра. В итоге уже в лаборатории после длительной пробоподготовки на гистологических срезах соавтору статьи Екатерине Кондаковой удалось обнаружить наличие крупных клеток под кишечником у молоди лептоклина первой стадии развития. Выяснилось, что эти клетки могут иметь более одного ядра и располагаются внутри тяжа соединительной ткани. Это позволило сделать заключение о начале формирования липидного мешка на этой стадии, – рассказала Светлана Пеккоева.
Как показали дальнейшие исследования, к 1–1,5 года небольшая рыба обладает уже полностью сформировавшимся липидным мешком. Он состоит из крупных «капель» – полостей, заполненных липидами.
Любопытно, что по мере взросления лептоклина и его перехода к жизни в придонных слоях воды липидный мешок рассасывается. Как поясняют исследователи, на дне взрослая особь имеет более разнообразный спектр питания, снижаются ее двигательная активность и энергетические затраты, и потребность в липидном мешке исчезает.
В работе представлен анализ и иных изменений структуры тела лептоклина пятнистого в процессе развития. Помимо липидного мешка, научный коллектив с помощью гистологических методов изучил другие ткани и органы: щитовидную железу, сердце, печень, пищеварительный тракт, кровь и гонады – половые железы. Это исследование отражает полную картину изменений в организме рыбы и раскрывает особенности адаптаций в процессе перехода молоди от обитания в толще воды к жизни у дна.
Открытием для ученых стало то, что на первых стадиях развития рыбы в ее крови нет эритроцитов. Сосуды красного цвета обнаружены на срезах только у молоди старшего возраста – переходящей к придонному образу жизни. По мнению авторов, подобные изменения могут быть связаны с несколькими факторами, например различием в доступности кислорода в разных слоях воды, повышением потребностей в обеспечении тканей кислородом в процессе роста тела молоди, в уровне экспрессии генов глобинов на разных стадиях развития рыбы. Полученные результаты позволили провести параллель в развитии арктических и антарктических рыб.
Конгсфьорд – один из фьордов о. Западный Шпицберген (омывается Гренландским морем), модельный объект для ученых. Фото: С. Пеккоева / Институт биологии КарНЦ РАН
Проведенные исследования в первую очередь вносят вклад в фундаментальную науку. Новые данные о строении органов и тканей лептоклина на разных стадиях раскрывают ранее неизученные стороны поведения и жизненного цикла пятнистого лептоклина, а также объясняют стратегии адаптации рыб в процессе роста и развития в ледяных водах высоких широт.
Опубликованные результаты открывают перспективы дальнейших направлений работы. На основе мониторинговых исследований – многолетних наблюдений за состоянием лептоклина – можно делать выводы о влиянии на арктическую ихтиофауну изменения климата, антропогенного воздействия и других факторов. Молекулярно-генетические исследования позволят изучать отдельные стороны метаболизма на уровне липидов у рыб высоких широт, в том числе «омега-3,6,9» жирных кислот, которые являются важным компонентом функционального питания для поддержания общего состояния здоровья человека. Особенности метаболизма этих кислот, в том числе у рыб, вызывают особый интерес для создания необходимых условий при выращивании рыб в аквакультуре, в том числе в условиях северных регионов.
Результаты исследования опубликованы в ведущем международном журнале (https://www.nature.com/articles/s41598-023-30251-5, Scientific Reports издательства группы Nature, Published: 06 March 2023).
Информация и фото предоставлены пресс-службой Минобрнауки России
Источник фото: Светлана Пеккоева / Институт биологии КарНЦ РАН
