Доклады Российской академии наук. Науки о жизни, 2022, T. 507, № 1, стр. 488-492
ОЦЕНКА СЕЗОННОЙ ИЗМЕНЧИВОСТИ СПЕКТРА СВОБОДНЫХ АМИНОКИСЛОТ ПЛАЗМЫ КРОВИ БОРЕАЛЬНОГО ВИДА ФАУНЫ РУКОКРЫЛЫХ УРАЛА – ПРУДОВОЙ НОЧНИЦЫ Myotis dasycneme (BOIE, 1825)
Л. А. Ковальчук 1, *, В. А. Мищенко 1, 2, Л. В. Черная 1, В. П. Снитько 3, академик РАН В. Н. Большаков 1
1 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт экологии растений и животных Уральского отделения Российской академии наук
Екатеринбург, Россия
2 Екатеринбургский научно-исследовательский институт вирусных инфекций ФБУН ГНЦ ВБ “Вектор” Роспотребнадзора
Екатеринбург, Россия
3 Южно-Уральский федеральный научный центр минералогии и геоэкологии Уральского отделения Российской академии наук, Ильменский государственный заповедник
Миасс, Россия
* E-mail: kovalchuk@ipae.uran.ru
Поступила в редакцию 14.07.2022
После доработки 06.08.2022
Принята к публикации 10.08.2022
- EDN: WHHNYK
- DOI: 10.31857/S2686738922060154
Аннотация
Впервые представлен сравнительный анализ содержания свободных аминокислот в плазме крови у представителя рукокрылых фауны Урала Myotis dasycneme (Boie, 1825) в сезонные периоды их годового жизненного цикла. В плазме крови прудовой ночницы отмечен полный спектр незаменимых аминокислот: треонин, валин, лизин, лейцин, изолейцин, метионин, фенилаланин, аргинин, гистидин, триптофан. Значительная аккумуляция метаболически активного глюкопластического аланина в крови прудовых ночниц в осенний (в 2.5 раза) и зимний (в 2.2 раза) периоды свидетельствует о его роли низкотемпературного адаптогена.
Летучие мыши (Chiroptera) представляют исключительный интерес для исследователей в значительной степени как животные, обладающие стратегией выживания, связанной с их экологическими особенностями [1–5]. Среди них можно назвать у некоторых видов фауны России значительные сезонные перелеты. У других видов – длительные (несколько месяцев) зимовки в пределах летних территорий обитания. Авторами отмечена вариабельность параметров крови рукокрылых, вызванная изменениями физиологического состояния и экстремальными особенностями пространственного размещения населения оседлых летучих мышей, обусловленными их сезонным жизненным циклом [6, 7]. Проведены исследования с целью оценки сезонной изменчивости аминокислотного спектра плазмы крови бореального зимующего вида фауны рукокрылых Урала прудовой ночницы (Myotis dasycneme Boie, 1825).
Прудовая ночница отловлена в области высокой численности рукокрылых и в местах размещения их колоний (летних и зимовочных) на Южном и Среднем Урале в период 2013–2015 гг. Животные отловлены паутинными сетями на территории Челябинской области в окрестностях озера Малое Миассово (55°10′04″ с.ш., 60°21′08″ в.д.), а на территории Свердловской области в окрестностях Смолинской пещеры (Каменский район) и в самой пещере (56°25′44″ с.ш., 61°36′44″ в.д.). Этот вид был выбран неслучайно. На Урале прудовые ночницы имеют широкое распространение: на территории Пермского края – это сравнительно редкий вид, в Челябинской, Курганской областях – обычный вид. На территории Свердловской области – это широкораспространенный вид, занесенный в Красную книгу Свердловской области как “уязвимый вид”, III категория [8]. Уязвимость прудовой ночницы заключается в больших скоплениях особей на зимовках в Уральских пещерах – так в Смолинской пещере в некоторые годы зимовало более 1500 животных, в Аракаевской – более 200 [9]. Большинство пещер с зимовками активно посещаются туристами, и без специально охраняемого статуса этих пещер в них может происходить гибель животных из-за беспокойства во время спячки.
Исследования взрослых летучих мышей (adultus) без признаков заболеваний из природных популяций проведены летом (вторая декада июля – период воспроизводства популяции), осенью (третья декада сентября в период завершающей стадии подготовки к зимнему сезону), зимой (третья декада февраля в период продолжительного гипобиоза) и весной (первая декада апреля в завершающий период гипотермии и оцепенения). По данным зоологов, в спячку животные впадают в последней декаде сентября – начале октября, и первые пробуждения отмечены в третьей декаде апреля [9]. В период отлова среднесуточная температура воздуха на местности была в апреле от +3°С до +8°С, в июле +21°С…+23°С, в сентябре +5°С…+7°С. В феврале среднесуточная температура воздуха на местности была от –16°С до –20°С. Прудовая ночница зимует в глубине пещеры при температуре от 0°С до +2°С в условиях чрезвычайно высокой влажности: 90–100% [9].
Отлов и содержание животных (n = 65), доставленных в лабораторию, осуществляли с соблюдением международных принципов Хельсинкской декларации о гуманном отношении к животным, используемых для экспериментальных и научных целей [10]. Физиологическое состояние животных оценивали по температуре тела (измеряли ректально датчиком электротермометра ТПЭМ-1) и по параметрам основного обмена (регистрировали по потреблению кислорода (мл/г час) с помощью газоанализатора МН-5130 (Россия)). Массу тела исследуемых животных определяли взвешиванием на электронных весах (Acculab PP-200dl1) c точностью ± 0.1 г. Забор крови (400–800 мкл) осуществляли после декапитации животных в стерильные охлажденные вакуумные пробирки “BD Vacutainer” c ЭДТА (Великобритания). Плазму получали центрифугированием крови в рефрижераторной ультрацентрифуге K-23 D (Германия) в течение 15 мин при 3000 об/мин. Триглицериды определяли в плазме крови энзиматическим колориметрическим методом с использованием наборов фирмы “BioSystems” (Испания). Содержание свободных аминокислот (АК) определяли методом ионообменной хроматографии на анализаторе AAA-339M (Microtechna, Чехия). Выполнен анализ 946 аминокислотных проб.
Результаты обработаны с использованием пакета лицензионных прикладных программ “Statistica v. 10.0”. Метод главных компонент (PCA) реализован посредством статистической среды R (R 3.1.2, пакеты “Vegan и “Ade4”) [11].
Фонд свободных аминокислот плазмы крови исследованных особей M. dasycneme представлен 22 АК и их дериватами. Отмечен полный спектр незаменимых АК: треонин, валин, лизин, лейцин, изолейцин, метионин, фенилаланин, аргинин, гистидин, триптофан. Многомерный непараметрический анализ показал отсутствие значимых гендерных различий у рукокрылых по суммарной концентрации 14 свободных АК в сезонные периоды их годового жизненного цикла (табл. 1).
Таблица 1.
Сезонная динамика аминокислот в плазме крови M. dasycneme (самцы+самки)
| АК, % | I. Лето (n = 9) |
II. Осень (n = 9) |
III. Зима (n = 15) |
IV. Весна (n = 10) |
Fobs p© |
|---|---|---|---|---|---|
| $\overline {\text{X}} $boot ± SEboot [95% CIboot] | |||||
| Taurine | 8.0 ± 1.2 [5.9–10.3] |
11.7 ± 2.2 [7.7–16.4] |
9.5 ± 0.6 [8.4–10.8] |
32.8 ± 3.1*▲ [26.6–38.6] |
35.5 0.0001 |
| Aspartic acid | 4.9 ± 0.4 [4.2–5.6] |
3.6 ± 0.4 [2.8–4.4] |
2.7 ± 0.3* [2.1–3.3] |
2.7 ± 0.5* [1.8–3.7] |
6.2 0.003 |
| Threonine | 4.7 ± 0.4 [3.9–5.5] |
6.7 ± 0.4* [5.9–7.6] |
5.7 ± 0.4 [5.1–6.5] |
3.2 ± 0.5▲¶ [2.3–4.1] |
10.2 0.0002 |
| Serine | 4.9 ± 1.0 [3.2–7.0] |
6.6 ± 0.9 [5.2–8.5] |
5.9 ± 0.5 [5.0–7.0] |
3.5 ± 0.7▲¶ [2.3–4.8] |
2.8 0.05 |
| Glutamine | 9.1 ± 0.5 [8.2–10.0] |
6.9 ± 0.7* [5.7–8.2] |
6.7 ± 0.3* [6.1–7.3] |
8.2 ± 0.8 [6.7–9.8] |
3.9 0.01 |
| Alanine | 9.8 ± 0.9 [8.1–11.6] |
24.4 ± 1.5* [21.5–27.4] |
20.7 ± 1.4* [18.2–23.4] |
10.5 ± 1.3▲¶ [8.2–13.9] |
25.3 0.0001 |
| Valine | 3.6 ± 0.6 [2.3–4.7] |
2.3 ± 0.3 [1.8–2.8] |
2.5 ± 0.2 [2.1–2.8] |
3.6 ± 0.3▲¶ [2.9–4.2] |
3.6 0.02 |
| Isoleucine | 1.6 ± 0.2 [1.3–2.0] |
1.2 ± 0.1 [1.0–1.5] |
0.9 ± 0.1*▲ [0.7–1.0] |
0.8 ± 0.1*▲ [0.6–1.0] |
9.3 0.0002 |
| Leucine | 2.5 ± 0.3 [1.9–3.2] |
2.0 ± 0.2 [1.5–2.4] |
2.5 ± 0.2 [2.2–2.9] |
1.9 ± 0.2 [1.6–2.4] |
2.1 0.13 |
| Tyrosine | 1.6 ± 0.2 [1.2–2.1] |
1.2 ± 0.1 [1.0–1.4] |
1.7 ± 0.1▲ [1.5–2.0] |
1.0 ± 0.3¶ [0.5–1.6] |
3.3 0.03 |
| Tryptophan | 2.3 ± 0.4 [2.5–4.1] |
следы | следы | 1.7 ± 0.3* [1.2–2.3] |
40.3 0.0001 |
| Lysine | 5.6 ± 0.4 [4.7–6.4] |
3.0 ± 0.3* [2.5–3.6] |
4.7 ± 0.4▲ [4.1–5.5] |
4.7 ± 0.4▲ [3.9–5.5] |
6.3 0.002 |
| Histidine | 1.0 ± 0.3 [0.6–1.5] |
0.9 ± 0.1 [0.7–1.1] |
1.5 ± 0.1▲ [1.3–1.8] |
1.1 ± 0.1 [0.9–1.4] |
3.6 0.02 |
| Arginine | 2.4 ± 0.4 [1.6–3.4] |
1.9 ± 0.3 [1.2–2.5] |
2.5 ± 0.3 [2.0–3.1] |
следы | 13.2 0.0001 |
| ГГАК, глюкогенные АК | 66.2 ± 1.5 [63.3–69.2] |
75.1 ± 1.8* [71.3–78.5] |
68.0 ± 1.1▲ [65.8–70.2] |
46.4 ± 3.1*▲ [40.6–52.8] |
34.3 0.0001 |
| Фонд АК, мкмоль/л | 1420.5 ± 143.4 [1158.6–1720.6] |
1098.3 ± 72.1 [963.6–1241.4] |
914.1 ± 43.5* [829.7–1000.0] |
681.3 ± 46.4*▲ [586.9–767.6] | 12.9 0.0001 |
* – статистически значимые различия: I и II, I и III, I и IV (p < 0.05); ▲ – статистически значимые различия: II и III, II и IV (p < 0.05); ¶ – статистически значимые различия: III и IV (p < 0.05); $\overline {\text{X}} $boot ± SEboot – среднее арифметическое и ошибка среднего бутстреп-распределения; [95% CIboot] – доверительный интервал бутстреп-распределения; © – p = Pr(|Fran| ≥ Fobs) – двухфакторный дисперсионный анализ с перестановочным тестом (рандомизация).
Фонд свободных АК в плазме крови самцов и самок снижается в ряду времен года: лето > осень > > зима > весна (p = 0.0001) (табл. 1). В аминокислотном спектре плазмы не обнаружены пролин и цитруллин. Триптофан (осень-зима) и аспарагин (осень-зима-весна) определены в следовых количествах в период продолжительной гибернации летучих мышей. Максимальные концентрации свободных АК: 1420.5 ± 143.4 мкмоль/л в плазме крови наблюдались летом – в период размножения и активного набора массы тела (14.7 ± 0.2 г) рукокрылых. Осенью, в третьей декаде сентября при подготовке насекомоядных рукокрылых к продолжительной гибернации, продолжающейся более полугода, в их крови отмечено снижение уровня аминокислотного обмена на 23% (табл. 1).
При этом ректальная температура самцов прудовой ночницы повышается на 20% по сравнению с летним периодом, тогда как у самок она остается стабильной. В осенний период у животных показана повышенная интенсивность основного обмена (5.6 ± 0.4 мл/г час, р = 0.001). Активация основного обмена в 1.6 раза по сравнению с летним периодом отмечена и у летучих мышей в состоянии гипобиоза зимой. В третьей декаде февраля в период длительного гипобиоза у животных наблюдается на 25%, а у весенних особей – на 33% падение массы тела относительно осенних животных (р = 0.0001). В заключительный период гибернации, продолжающийся более шести месяцев (первая декада апреля), в крови весенних особей отмечено минимальное содержание фонда свободных АК: 681.3 ± 46.4 мкмоль/л (p = 0.0002). Ректальная температура у самок поддерживается на уровне показателей зимних животных 26.5 ± 2.8°С (р = 0.52), но у самцов в первой декаде апреля она снижается до 15.5 ± 0.8°С.
Содержание в крови триглицеридов, ответственных за липидный обмен в зимний период торпора, возрастает у самок в 3 раза и у самцов в 1.7 раза (р = 0.04) в сравнении с осенним периодом. Полученные данные подтверждают, что протяженные во времени экстремальные условия среды предполагают срочное вовлечение энергетической и пластической систем в процессы адаптации и аварийного регулирования, и участие в данных условиях АК играют решающую роль. Доминирующими аминокислотами в летний период у летучих мышей являются аланин, глутамин, глицин и сульфоаминокислота таурин. Их суммарный пул (571 мкмоль/л) составляет 40% от общего фонда свободных АК (табл. 1).
Осенью при подготовке летучих мышей к периоду гибернации отмечается значительная аккумуляция глюкогенных АК (75.1% от фонда АК), связанных с межуточным обменом белков, жиров и углеводов, и, соответственно, участвующих в механизмах низкотемпературной адаптации. Следует отметить в фонде АК прудовых ночниц возрастание процентного содержания аланина осенью перед началом зимнего гипобиоза до 24.4% и в зимний период до 20.6%. Значительная аккумуляция метаболически активного глюкопластического аланина в крови прудовой ночницы в осенний (в 2.5 раза) и зимний (в 2.2 раза) периоды активизирует скорость синтеза гликогена и глюкозы из других источников, что позволяет предполагать криопротекторную роль аминокислоты в условиях низкоположительных и околонулевых температур среды обитания. Весной при выходе животных из гипобиоза в плазме крови отмечали снижение в общем фонде свободных АК пула глюкогенных АК до 46.4%. Однако на фоне снижения общего фонда свободных АК в плазме крови прудовой ночницы в завершающий весенний период гибернации обращает на себя внимание статистически значимое 4-х кратное возрастание таурина – АК, обладающей антиоксидантными и мембраностабилизирующими свойствами (р = 0.0003). Достаточно интенсивная аккумуляция сульфоаминокислоты таурина весной существенно компенсирует снижение пулов таких АК, как аланин в 1.9 раза, валин в 2.3 раза, аспартат в 4.0 раза, треонин в 3.3 раза, глутамин в 2.2 раза, глицин в 4.9 раза (р = 0.001). Серосодержащим АК и их дериватам принадлежит связующая роль в интеграции основных метаболических процессов, что связано не только с энергетическим обменом и участием в синтезе нуклеиновых кислот, коллагена и других белков, но и с обеспечением клеточного и гуморального иммунитета в предстоящий период активного летнего роста и развития в условиях сезонной акклимации. Результаты исследования показали, что у летучих мышей, находящихся в состоянии гибернации, практически отсутствуют половые различия по количественной структуре аминокислотного спектра, что, несомненно, указывает на единство обменных процессов самцов и самок, направленных на поддержание гомеостаза в условиях длительного воздействия низких положительных и околонулевых температур.
Анализ данных методом главных компонент (РСА) позволил визуализировать сезонную изменчивость аминокислотного спектра в плазме крови прудовой ночницы, подтверждая результаты представленного выше статистического анализа (рис. 1). Анализ сезонной динамики свободных АК (мкмоль/л) в плазме крови прудовой ночницы показал, что 55.43% общей дисперсии приходится на первую главную компоненту PC1 и 14.17% – на вторую PC2. По первой главной компоненте показана сезонная вариабельность содержания АК плазмы крови летучих мышей и их дифференциация на три сезонных группы животных: летняя, осенняя+зимняя и весенняя. Выявлены высокие коэффициенты корреляции с PC1 и значимый вклад в компоненту восьми АК: глицина (10.47%), изолейцина (10.34%), аспарагиновой кислоты (10.21%), глутамина (9.53%), лейцина (8.91%), треонина (8.33%), лизина (8.18%), валина (8.07%). Вторая главная компонента PC2, с которой коррелируют аланин (0.76), триптофан (–0.74), треонин (0.53), сформировала три сезонные группы: весенняя, летняя, осенняя+зимняя. Значимый вклад в компоненту отмечен для аланина (31.68%), триптофана (29.33%), треонина (15.40%) при достаточно высоких коэффициентах корреляции с РС2 (рис. 1).
Рис. 1.
Свободные аминокислоты плазмы крови (мкмоль/л) самцов и самок прудовой ночницы в разные сезоны (весна, лето, осень, зима) года в пространстве первых двух главных компонент. PC1, PC2 – оси главных компонент, % – процент дисперсии данных, объясненных главной компонентой; стрелки отражают корреляцию главных компонент 1 и 2 с исходными показателями (аминокислоты); эллипсы представляют собой 95% доверительные области.
Таким образом, впервые представлен сравнительный анализ содержания свободных аминокислот в плазме крови у представителей рукокрылых фауны Урала Myotis dasycneme (Boie, 1825) в сезонные периоды их годового жизненного цикла. Результаты исследований подтверждают регуляторную роль свободных аминокислот в формировании адаптивной стратегии, обеспечивающей устойчивость популяционного гомеостаза прудовой ночницы в условиях перманентно меняющегося температурного режима сравнительно короткого уральского лета и продолжительной холодной зимы.
Список литературы
Voigt C.C., Kingston T. (eds) Bats in the Anthropocene: Conservation of bats in a Changing World. Springer International Publishing, 2016.
Zukal J., Pikula J., Bandouchova H. Bats as bioindicators of heavy metal pollution: history and prospect // Mammalian Biology. 2015. V. 80 (3). P. 220–227.
Russo D., Ancillotto L. Sensitivity of bats to urbanization: a review // Mammalian Biology. 2015. V. 80 (3). P. 205–212.
Breed A.C., Field H.E., Smith C.S., et al. Bats Without Borders: Long-Distance Movements and Implications for Disease Risk Management // EcoHealth. 2010. V. 7. P. 204–212.
Первушина Е.М., Замшина Г.А., Николаева Н.В., и др. Трофические связи насекомоядных рукокрылых на юге Среднего Урала // Вестник Удмуртского университета. Серия биология. Науки о Земле. 2011. № 3. С. 65–74.
Kovalchuk L., Mishchenko V., Chernaya L., et al. Haematological parameters of pond bats (Myotis dasycneme Boie, 1825, Chiroptera: Vespertilionidae) in the Ural Mountains // Zoology and Ecology. 2017. V. 27. № 2. P. 168–175.
Ковальчук Л.А., Мищенко В.А., Черная Л.В., и др. Особенности иммуногематологических параметров перелетного (Vespertilio murinus Linnaeus, 1758) и оседлого (Myotis dasycneme Boie, 1825) видов рукокрылых фауны Урала // Доклады РАН. Науки о жизни. 2021. Т. 501. № 6. С. 543–546.
Красная книга Свердловской области: животные, растения, грибы / отв. ред. Н.С. Корытин. Екатеринбург: ООО Мир, 2018.
Большаков В.Н., Орлов О.Л., Снитько В.П. Летучие мыши Урала. Екатеринбург, 2005.
Yarri D. The Ethics of Animal Experimentation. Oxford: Oxford Univercity Press. 2005.
Chessel D., Dufour A.B., Thioulouse J. The age4 package-I: One-table methods / R News. 2004. № 4. P. 5–10.
Дополнительные материалы отсутствуют.
Инструменты
Доклады Российской академии наук. Науки о жизни
Пн.-пт.: 10.00-19.00