Функционирование гидроида в условиях проточной и стоячей воды

Проведено сравнение жизнедеятельности (роста, пульсации и перемещения гидроплазмы) колониального гидроида Dynamena pumila в проточной и стоячей воде. Выращенные в лаборатории простые колонии гидроида попеременно помещали в кюветы с проточной либо со стоячей морской водой. Регистрацию показателей жизнедеятельности производили методом микровидеосъемки. Анализ видеозаписей проводился по первичным показателям – изменение диаметра пульсирующего столона гидроида, длина ростового продольного смещения и скорость движения жидкости в полости колонии. На основе первичных показателей вычисляли производные показатели жизнедеятельности. В целом, не было обнаружено достоверных различий в пульсациях столона, росте и перемещении гидроплазмы в разных условиях эксперимента. Тем не менее в стоячей воде распределительная система колонии гидроида функционирует более интенсивно: с более высокой частотой возникновения мощных течений гидроплазмы, большей их скоростью и большими объемами переносимой гидроплазмы.

Различные характеристики воды, как среды обитания, исключительно важны для водных организмов. Наличие и скорость течений (тока воды) довольно легко регистрируемые характеристики, но сложность в том, что при этом являются интегральными. Скорость тока воды может опосредовано характеризовать кислородный обмен, режимы отведения продуктов обмена и поступления пищи, механическое воздействие и проч. Поэтому очевидно, что функционирование водных организмов может меняться в разных условиях водного потока. Имеются работы, показывающие влияние перемещения воды на поведение и строение прикрепленных водных организмов. А вот есть ли отличия в функционировании организмов в разных режимах движения воды? В обсуждаемой работе сотрудников кафедры беспозвоночных животных МГУ имени. М.В. Ломоносова, где проводятся многолетние исследования различных аспектов функционирования колониальных гидроидов, попытались установить как влияет наличие тока воды на их рост и функционирование. Эти сведения важны для планирования и интерпретации результатов лабораторных экспериментов.

Объект исследования, морской колониальный организм (гидроид) Dynamena pumila , обитает в морской приливно-отливной зоне (т.е. в зоне с интенсивным током воды). Ранее было установлено, что наилучшие условия для роста этого гидроида в лаборатории создаются при скорости течения 0.3 м/с, но колония может расти и при более сильном течении – 0.7 м/с. Внешнее строение колонии схематично представлено на рисунке 1. Отдельные особи – гидранты – расположены на вертикальных побегах по два напротив друг друга. В свою очередь вертикальные побеги отходят от прямолинейных горизонтальных побегов (столонов) на примерно одинаковых расстояниях. Всю колонию объединяет общая (гастроваскулярная) полость, по которой циркулирует жидкость (гидроплазма) с пищевыми частицами, захваченными отдельными гидрантами. Важные для жизнедеятельности этого колониального организма процессы – обмен веществ и рост можно наблюдать в буквальном смысле слова. Дело в том, что ток гидроплазмы создается пульсациями отдельных гидрантов и поперечным сокращением стенок ствола колонии (пульсаторами), поэтому возможна визуальная регистрация активности организма (см. заглавную иллюстрацию). То же относится и к росту колонии, который происходит на верхушке столона, благодаря продольным (ростовым) пульсациям.

Для исследования колонии гидроидов были собраны в Кандалакшском заливе вблизи Беломорской биологической станции имени Н.А. Перцова МГУ. Затем в лаборатории из отдельных фрагментов материнских побегов на предметных стеклах вырастили новые колонии гидроидов. Для экспериментов использовали неразветвленные колонии с небольшими дочерними побегами, как на рисунке 1. Содержали колонии в аквариумах с циркулирующей морской водой при постоянной температуре (около 15 о С). С помощью специальной (цейтраферной) видеосъемки фиксировали функционирование экспериментальных колоний гидроидов, помещаемых попеременно в кюветы со стоячей водой и с током воды. Продолжительность съемки каждого эпизода составляла не менее 1 ч. К сожалению, мне (КП) не удалось узнать скорость потока воды в экспериментальной кювете из представленных авторами данных по размерам и объему кювет, хотя, на мой взгляд, эта информация была бы полезна в контексте ожидаемых результатов эксперимента. По видеозаписям измеряли «первичные» показатели: величины просвета стенок столона в разных фазах пульсации, величины продольного смещения верхушки роста и скорость гидроплазматического течения в полости столона. На основе этих первичных показателей рассчитывали производные, такие как амплитуда пульсаций, процентные доли разнонаправленных течений гидроплазматической жидкости в зоне роста (верхушки столона), показатель протяженности переноса частиц, показатель объема перенесенной гидроплазмы и проч.

В целом, не было обнаружено достоверных различий в пульсациях столона, росте и перемещении гидроплазмы в разных условиях эксперимента. Однако в пяти из шести исследованных колоний наблюдалось достоверное уменьшение на 20% периода ростовых пульсаций в стоячей воде, по сравнению с проточным режимом. Такая же тенденция заметна и по средним значениям латеральных пульсаций столона, но высокая вариабельность интервалов между пиками пульсаций не позволяет считать различия достоверными. Оказалось также, что в стоячей воде распределительная система функционирует более интенсивно: с более высокой частотой возникновения мощных течений гидроплазмы, большей их скоростью и большими объемами переносимой гидроплазмы. Авторы не берутся объяснить этот эффект, поскольку собственно механизм формирования гидроплазматических течений пока не раскрыт. Что именно подстегивает распределительную систему? Это может быть нехватка кислорода в непроточной воде, накопление конечных продуктов обмена вокруг столона и даже разное механическое воздействие в проточной и стоячей воде. Например, если главными пульсаторами являются гидранты, то омывающее колонию течение может мешать их синхронизации, из-за чего уменьшается объем одномоментно перемещаемой гидроплазмы.