ПОРІВНЯЛЬНА ОЦІНКА СТІЙКОСТІ ГІДРОБІОНТІВ ДО УМОВ ЗОВНІШНЬОЇ ГІПОКСІЇ ТА АНОКСІЇ
Ключові слова:
гіпоксія, аноксія, метаболізм, гідробіонти, молюски, стратегії адаптаціїАнотація
Представлено інформацію про порівняльну стійкість гідробіонтів до дефіциту кисню, фізіологічні та метаболічні аспекти адаптації морських організмів до гіпоксії та аноксії. У порівнянні з іншими групами організмів відносно низька чутливість і висока стійкість до гіпоксії була відзначена у молюсків і пріапулід. У безкисневому середовищі найбільш стійкими серед безхребетних тварин також є молюски, нижчу стійкість демонструють поліхети, а найменшу - представники класу ракоподібних. Показано, що виживаність водних організмів обмежений час в умовах аноксії залежить від їх толерантності до температурі середовища, розмірів і активності. Розглянуто стратегії метаболізму мешканців моря в умовах гіпоксії та аноксії. Встановлено, що стійкі до аноксії молюски мають значні ресурси глікогену і аспартату в тканинах, а також здатні зберігати аеробну орієнтацію метаболізму при вкрай низькому насиченні води киснем.
Посилання
Алякринская И. О. Устойчивость к обсыханию водных моллюсков // Известия АН. Сер. Биол. – 2004. – № 3. – С. 362–374.
Горомосова С. А., Шапиро А. З.. Основные черты биохимии энергетического обмена мидий – М.: Легкая и пищевая промышленность, 1984. – 120 с.
Колючкина Г. А., Исмаилов А. Д. Параметры экстрапаллиальной жидкости двустворчатых моллюсков - неспецифические биомаркеры кратко-временного загрязнения водной среды // Океанология. – 2007. – 47, № 2. – С. 233–240.
Константинов А. С. Общая гидробиология. – М.: Высшая школа, 1986. – 206 с.
Фащук Д. Я., Самышев Э. З., Себах Л. К., Шляхов В. А. Формы антропогенного воздействия на экосистему Черного моря и ее состояние в современных условиях / Д. Я. Фащук // Экология моря. – 1991. – Вып. 38. – С. 19–27.
Фокина Н. Н., Нефедова З. А., Немова Н. Н. Биохимические адаптации морских двустворчатых моллюсков к аноксии (обзор) // Труды КарНЦ РАН. – 2011. – № 3. – С.121–130.
Хочачка П., Сомеро Дж. Биохимическая адаптация. – М.: Мир, 1988. – 568 с.
Abele D. Toxic oxygen: The radical life-giver // Nature. – 2002. – 420, № 6911. – P. 27–34.
Ali F., Nakamura K. Effect of temperature and relative humidity on the tolerance of the Japanese clam, Ruditapes philippinarum (Adams & Reeve), to air exposure //Aquaculture Research. – 2002. – 30, № 9. – P. 629 – 636.
Anderson S. J., Taylor A. C., Atkinson R. J. A. Anaerobic metabolism during anoxia in the burrowing shrimp Calocaris macandreae Bell (Crustacea: Thalassinidea) // Comp. Biochem. Physiol. - Part A: Physiol. – 1994. – 108, № 4. – P. 515–522.
Bestwick B. W., Robbins I. J., Warrem L. M. Metabolic adaptations of the intertidal polychaete Cirriformia tentaculata to life in an oxygen-sink environment // J. Exp. Mar. Biol. Ecol. – 1989. – 125. – P. 193 – 202.
Boutilier R. G., Boutilier R. G., West T. G., Pogson G. H., Mesa K. A., Wells J., Wells M. J. Nautilus and the art of metabolic maintenance / R.G. Boutilier // Nature. – 1996. – 382, № 6591. – P. 534 – 536.
Brooks S. P. J., de Zwaan A., van den Thillart G., Cortesi C. O. P., Storey K. B. Differential survival of Venus gallina and Scapharca inaequivalvis during anoxic stress: Covalent modification of phosphofructokinase and glycogen phosphorylase during anoxia // J. Comp. Physiol., B. – 1991. – 161, № 2. – P. 207–212.
Burnett L. E., Stickle W. B. Physiological Responses to Hypoxia. Coastal Hypoxia: Consequences for Living Resources and Ecosystems. // Coastal and Estuarine Studies. – 2001. – 57. – P. 101–114.
Carroll J.L. Strategies of anaerobiosis in New Zealand infaunal bivalves: adaptations to environmental and functional hypoxia // N. Z. J. Mar. Freshwater Res. – 1995. – 29. – P. 137–146.
David E., Tanguy A., Pichavant K., Moraga D. Response of the Pacific oyster Crassostrea gigas to hypoxia exposure under experimental conditions // FEBS Journal. – 2005. – 272. – P. 5635–5652.
De Zwaan A. Carbohydrate catabolism in bivalves. // The Mollusca. New York: Acad. Press. – 1983. – 1. – P. 138–175.
De Zwaan A., Roos J., Carpene E., Cattani O. Anaerobic metabolism of erythrocytes of the arcid clam Scapharca inaequivalvis (Bruguiere): Effects of cadmium. // Comp. Biochem. Physiol. – 1991. – 98 B, №1. – P. 169–175.
De Zwaan A., Schaub B., Babarro M. F. J. Anoxic survival of Macoma balthica: the effect of antibiotics, molybdate and sulphide // J. Exp. Mar. Biol. Ecol. – 2001. – 256, № 2. – P. 241–251.
De Zwaan A., Babarroa M. F. J., Monarib M., Cattani O. Anoxic survival potential of bivalves: (arte) facts // Comp. Biochem. Physiol. - Part A: Mol. Integ. Physiol. –2002. – 131, № 3. – P. 615–624.
Denise L. B., Adamack A., Rose K. A., Kolesar E. S., Decker M. B., Purcell E. J., Keister E. J., Co-wan. H. J. The Pattern and Influence of Low Dissolved Oxygen in the Patuxent River, a Seasonally Hypoxic Estuary Estuaries // J. Exp. Mar. Bio. Ecol. – 2003. – 26, № 2A. – P. 280–297.
Fields J. H. A. Alternatives to lactic acid: Possible advantages // J. Exp. zool. – 1983. – 228, № 3. – P. 445–457.
Gäde G. The energy metabolism of the foot muscle of the jumping cockle Cardium tuberculatum: sustained anoxia versus muscular activity // J. Com. Physiol. – 1980. – 137 B. – P. 177–182.
Gaufin A. R. Water quality requirements of aquatic insects // EPA. –1973. – 3. – P. 660–663.
Grieshaber M. K., Hardewig I., Kreutzer U., Schneider A. Hypoxia and sulfide tolerance in some marine invertebrates // G. Fischer-verlag. – 1992. – 85, № 2. – P. 55–76.
Hall F.G. The influence of varying oxygen tensions upon the rate of oxygen consumption in marine fishes // Amer. J. Physiol. – 1929. – 88, № 2. – P. 282 – 292.
Henriksson R. Influence of pollution on the bottom fauna of the Sound (Oresund) // Oikos. – 1969. – 20. – P. 507-523.
Hoback W. W., Barnhart M. C. Lethal limits and sublethal effects of hypoxia on the amphipod Gammarus preudolimnaens // J. N. Am. Benthol. Soc. – 1996. – 15, № 1. – P. 117–126.
Hochachka P.W., Fields J. H. A. Arginine, glutamate and praline as subsrate for oxidation and for glycogenesis in cephalopod tissues // Pacific Science. – 1983. – 36. – P. 325–336.
Hochachka P. W. Defense strategies against hypoxia and hypothermia // Science. – 1986. – 231. – P. 234–241.
Jeremy D., Steven C. H. Metabolic depression is delayed and mitochondrial impairment averted during prolonged anoxia in the ghost shrimp, Lepidophthalmus louisianensis (Schmitt, 1935) / J. Exp. Mar. Biol. Ecol. – 2009. – 376, № 2. – P. 85 – 93.
José M. F , Zwaan A. Babarro. Influence of abiotic factors on bacterial proliferation and anoxic survival of the sea mussel Mytilus edulis L. / M. F. Babarro José, A. de Zwaan // J. Exp. Mar. Biol. Ecol. – 2002. – 273, № 1. – P. 33 – 49.
José M.F., Zwaan A. Babarro. Anaerobic survival potential of four bivalves from different habitats. A comparative survey / M.F. Babarro José, A. de Zwaana // Comp. Biochem. Physiol. – 2008. – Part A: Mol. Integ. Physiol. – 151, № 1. – P. 108–113.
Joyce S. The dead zones: oxygen-starved coastal waters // Environ. Health Perspective. – 2000. – 108, № 3. – P. A120–A125.
Kang J.C., Matsuda O. Tolerance of anoxia and hydrogen sulfide by benthic crustaceans Portunus trituberculatus, Metapenaeus monoceros and Macrobrachium nipponense // J. Fac. Appl. Biol. Sci. – 1993. – 32. – P. 71–78.
Kapper M. A., Stickle W. B. Metabolic response of the estuarine gastropod Thais haemastoma to hypoxia // Physiol. Zool. – 1987. – 60. – P. 159–173.
Kreutzer U., Jue T. Metabolic response to oxygen limitation in Arenicola marina as determined with the super (1) H NMR signals of myoglobin // Comp. Biochem. Physiol. – 1998. – 120 A, № 1. – P. 127–132.
Kruse I. Population ecology and genetics of the polychaete Scoloplos armiger (Orbiniidae) [Электронный ресурс]. – Электрон. текстовые данные (806701 bytes) // Pol. Meeresforsch. xxx. – 2003 : http://www.awibremerhaven.de/Publications/Kru2002d. pdf Ber. ISSN 1618 – 3193.
Larade K., Storey K. Arrest of transcription following anoxic exposure in a marine mollusc // Mol. Cell. Biochem. – 2007. – 15. – P. 17–35.
Livingstone D. R., de Zwaan A., Leopold M., Marteyn E. Studies on the phylogenetic distribution of pyruvate oxidoreductase // Biochem. Syst. Ecol. –1983. – 11. – P. – 415–425.
Livingstone D. R. Origins and evolution of pathways of anaerobic metabolism in the animal kingdom // Amer. zoologist. – 1991. – 31. – P. 522–534.
Llanso R., Diaz R. J. Tolerance to low dissolved oxygen by the tubicolous polychaete Loimia medusa // J. Mar. Biol. – 1994. – 74. – P. 143–148.
Matthews M. A., McMahon R.F. Effect of temperature and temperature acclimation on survival of zebra mussels (Dreissena polymorpha) and Asian clams (Corbicula fluminea) under extreme hypoxia // J. Molluscan Stud. – 1999. – 65. – P. 317–325.
Meinardus G., Gade G. The pyruvate branch point in the anaerobic metabolism of the jumping cockle Cardium tuberculatum // Exp. Biol. – 1986. – 45. – P. 91–110.
Miller D.C., Poucher S. L., Coiro L. Determination of lethal dissolved oxygen levels for selected marine and estuarine fishes, crustaceans, and a bivalve // J. Mar. Biol. – 2002. – 140. – P. 287–296.
Monteiro P. M. S., Vanderplas A., Melice J., Florenchie P. Interannual hypoxia variability in a coastal upwelling system: Ocean–shelf exchange, climate and ecosystemstate implication // Deep-Sea Res. – 2008. – 1, № 55. – Р. 435–450.
Nebeker A. B. Effect of low dissolved oxygen on survival, growth, and reproduction of Daphnia, Hylalella, and Gammarus // Env.Tox.Chem. – 1992. – 11. – P. 373-379.
Nervant F., Mathieu C. R. Ventilators and locomotors activities in anoxia and subsequent recovery of epigcan and hypogex in crustaceans // Acad. Sci. – 1995. – 318. – P. 585-592.
Portner H. O., Farrell A. P. Physiology and Climate Change // Science. – 2008. – 322. – Р. 690–692.
Portner H. O. Oxygen and capacity limitation of thermal tolerance: a matrix for integrating climate related stressors in marine Ecosystems // J. Exp. Biol. – 2010. – 213. – Р. 881–893.
Rees B. B., Bowman J. A., Schulte P. M. Structure and sequence conservation of a putative hypoxia response element in the lactate dehydrogenase-B gene of Fundulus // Biol. Bull.. – 2001. – 200, №3. – Р. 247–51.
Santini G., Bruschini C., Pazzagli L., Pieraccini G., Moneti G., Chelazzi G. Metabolic responses of the limpet Patella caerulea (L.) to anoxia and dehydration // Comp. Biochem. Physiol. - Part A: Mol. Integr. Physiol. – 2001. – 130, № 1. – P. 1–8.
Shapiro A.Z. On the Content of Macroergic Compounds in Mussel Tissues under Normal and Hypoxic Conditions // J. Biol. Mor. –1981. – № 2. – P. 69–75.
Spicer J. I., Thornmasson M. A., Stromberg J. 0. Possessing a poor anaerobic capacity does not prevent the die1 vertical migration of Nordic krill Meganyctiphanes norvegica into hypoxic waters // Mar. Ecol. Prog. Ser. – 1999. – 185. – Р. 181–187.
Stickle W.B. Metabolic adaptation of several species of crustaceans and mollusks to hypoxia: Tolerance and micro calorimetric studies // Biol. Bull. – 1989. – 177. – P. 303–312.
Stramma L., Johnson G., Sprintall J., Mohrholz V. Expanding Oxygen-Minimum Zones in the tropical oceans // Science. – 2008. – 320. – Р. 655–658.
Theede H., Ponat A., Hiroki K., Schlieper C. Studies on the resistance of marine bottom invertebrates to oxygen-deficiency and hydrogen sulfide // Mar. Biol. –1969. – 2. – P. 325-337.
Vaquer-Sunyer R., Duarte C. M. Thresholds of hypoxia for marine biodiversity // P. Natl. Acad. Sci. USA. – 2008. –105, № 40. – Р. 15452–15457.
Vistisen B., Vistisen B Tolerance to low oxygen and sulfide in Amphiura filiformis and Ophiura albida (Echinodermata: Ophiuroidea) // Mar. Biol. –1997. – 128. – Р. 241 – 246.
Wu R. S. S. Hypoxia: from molecular responses to ecosystem responses // Mar. Poll. Bull. – 2002. – 45, № 1-12. – P. 35–45.
Zardi G. I., Nicastro K. R., Porri F., McQuaid C. D. Sand stress as a non-determinant of habitat segregation of indigenous (Perna perna) and invasive (Mytilus galloprovincialis) mussels in South Africa // J. Exp. Mar. Biol. Ecol. – 2003. – 300. – Р. 189–144.
