Аналіз ефективності використання методики продукування коконів дощовими червами роду Aporredodea в штучних умовах

Размещено на http://www.allbest.ru/

Житомирський державний університет імені Івана Франка, Житомир, Україна

Аналіз ефективності використання методики продукування коконів дощовими червами роду Aporredodea в штучних умовах

Ю.Ю. Чайка

Р.П. Власенко

Анотація

дощовий черв кокон

Розроблено методику індивідуального утримання дощових червів в лабораторних умовах з врахуванням їх трофічної спеціалізації й екологічних особливостей. Наведено результати дослідження динаміки продукування коконів апоміктичним та амфіміктичним представниками роду Aporredodea з різним типом статевого розмноження в штучно створених умовах. Встановлено, що партеногенетичний A. trapezoides має більший репродуктивний потенціал, ніж його батьківська диплоїдна форма A. caliginosa про це свідчить більше число коконів та ювенільних червів протягом вегетаційного періоду. Досліджено вплив деяких абіотичних факторів на особливості репродукції. Експериментально підтверджено, що сезонність є головним фактором, що визначає рівень плодючості.

Ключові слова: розмноження, амфіміксис, клонування, дощові черви, Aporrectodea

Yu.Yu. Chayka, R.P. Vlasenko

Zhytomyr Ivan Franko State University,

Zhytomyr, 40 Velyka Berdychivska street, 10008, Ukraine

Analysis of the efficiency of using the methods of the cocoons production by earthworms of the genus aporrectodea in artificial conditions

Annotation

The methods of individual retention of earthworms in laboratory conditions have been developed considering their trophic specialization and ecological features. The results of investigation of the dynamic of cocoon production by apomictic and amphimictic representatives of the genus Aporrectodea with different types of reproduction are presented. It has been established that parthenogenetic species A.trapezoides has a higher reproductive potential that its parental diploid form A.caliginosa. This is evidenced by higher number of cocoons and juvenile worms during the growing season. The regularities of the influence of some abiotic factors on the features of animal reproduction nave been revealed. It has been experimentally confirmed that seasonality is the main determinant of earthworms fertility. Keywords: reproduction, amphimixis, cloning, earthworms, Aporrectodea

Вступ

Вибір модельних організмів для проведення польових та експериментальних досліджень у галузі біологічних наук, передусім популяційної екології, генетики, еволюції є досить актуальним питанням сьогодення. Об'єкти дослідження мають відповідати певним вимогам, серед яких простота утримання у штучних умовах, короткий життєвий цикл організмів, висока швидкість розмноження та зміни поколінь, що полягає в значному збільшенні числа потомства та переважанню молодих особин у популяціях. Саме тому зручними експериментальними об'єктами в багатьох дослідженнях є дощові черви - група едафічних тварин, яка є досить різноманітною і неоднозначною за своїм систематичним та генетичним складом, що часто зумовлено тим, що більшість олігохет розмножуються партеногенетично (Межжерин, Власенко, & Гарбар, 2007; Межжерин и др., 2018).

Явище партеногенезу у люмбрицид характерне для поліплоїдів з нерівним співвідношенням геномів батьківських видів (Викторов, 1993). Внаслідок складної мозаїчної геномної структури для гібридних форм характерна висока фенотипова мінливість, поява нових ознак та стійкість до раптових змін умов існування. Протягом останніх років з метою дослідження клональної мінливості цих червів було проведено низку популяційно-еволюційних досліджень з застосуванням алозим- ного маркування, каріотипування та аналізом їх морфологічної мінливості (Межжерин и др., 2018). Було встановлено, що деякі клональні форми можуть проявляти властивості видів: набір алозимів, певний рівень плоїдності, морфологічні особливості, що надає їм потенціал для розширення ареалів і сприяє утворенню нових екотипів (ВеикеЬоош, 1998).

Типовим прикладом такого видоутворення є розповсюджений триплоїдний партеногенетичний вид Apсrrectсdea ІтарехсМев (О^еьі, 1828), який має гібридне походження. Він часто знаходиться в симбіотопії з диплоїдним А. саіщіпсва (Ба- у^пу, 1826), який є одним з батьківських видів. Морфологічна відмінність гібридної форми, порівняно з батьківською, полягає лише в темнішому забарвленні головної лопаті, що різко контрастує з усім тілом черва. Згідно одних поглядів, партеногенетична форма є окремим видом, що утворився внаслідок гібридизації диплоїдного А.саіщіпсва з іншим видом цього роду, згідно інших, традиційних по- © Ю. Чайка, Р. Власенко глядів (Перель, 1979; Викторов, 1993), поліплоїдна гібридна форма - це підвид Л.саї^іпова (Власенко, 2008).

Тому для комплексного з'ясування механізмів мікроеволюційних процесів та, насамперед, генетичних особливостей партеногенетичних червів досить важливим є поглиблене вивчення життєвого циклу, особливостей репродукції, розмірної структури популяцій та закономірностей впливу абіотичних факторів на ці процеси. З огляду на це виникає потреба в порівняльному аналізі репродукції апоміктичної та амфіміктичної форм та залежності цього процесу від деяких абіотичних факторів (температури, вологості, pH ґрунту), що можна дослідити за динамікою продукування яйцевих коконів диплоїдним та триплоїдним видами.

Матеріали та методи

Матеріалом для дослідження, проведеного протягом квітня-серпня 2019 року, послугували 69 екз. статевозрілих дощових червівроду АроттесЬоага, зібраних в Житомирській області: м. Житомира (21 екз.), м. Радомишля (12 екз), с. Станишівки (36 екз.). Збір, транспортування і визначення видової належності дощових червів проводився згідно загальноприйнятих методик (Бызова, Гиляров, 1987; Всеволодова-Перель, 1988).

Для визначення термінів розмноження червів, сезонної плодючості, впливу деяких абіотичних факторів на ці процеси було розроблено метод індивідуального утримання та культивування в лабораторних умовах. Для утримання олігохет використовувались пластмасові горщики об'ємом 0,5 л, що заповнювались просіяним ґрунтом з їх природних місць існування. На дні ємностей було зроблено дрібні отвори та викладено дренаж для кращої аерації та утримання вологи в субстраті. Для попередження міграцій червів зверху горщики фіксувались бавовняною тканиною та зберігались в затемненому місці.

Догляд за тваринами зводився до підтримки температури в діапазоні +15- +24°С, рівня вологи в межах 75-80%, розпушування ґрунту й вчасного підгодовування. При потребі видаляли загниваючі залишки відходів, підтримуючи рівень рН ґрунту в межах 6,5-7,2.

Число особин в ємностях було різним: одна група горщиків містили по дві статевозрілих особини амфіміктичного Л.саї^іпова, друга - по одній особині партеногенетичного Л.Ьтарегоіаев.

Експеримент було розпочато 15 квітня. В подальшому протягом 125 діб проводилась оцінка числа коконів в кожній ємності. Підрахунок проводився кожні 7-10 днів шляхом ручного розбору порцій ґрунту та наступним його просіюванням з застосуванням набору ґрунтово-зоологічних сит. Для подальшої оцінки залежності між абіотичними факторами та чисельністю червів також вимірювались середньодобова температура та вологість ґрунту.

Результати та їх обговорення

При попередніх дослідах виявилося, що представники роду АроттесЬоага є досить зручними у розведенні: легко адаптуються до фізико-хімічних умов ґрунту, витримують значні коливання температури та вологості, невибагливі до їжі, відносно плодючі. Однак для нормальної життєдіяльності червів все ж таки потрібна висока вологість ґрунту. Тривале його висихання може призвести до загибелі тварин, а отже необхідним є постійне зволоження, що особливо актуально для ґрунтів з легким гранулометричним складом. Оптимальний рівень вологості для розмноження та розвитку червів виявився в межах 70-80%, тоді як при вологості ґрунту нижче 30-35% їх життєдіяльність гальмувалась, що і було раніш доведено (Перель, 1979). Тому для успішного перебігу дослідження зволоженість ґрунту підтримувалася на сталому оптимальному рівні і лише в період високих температур завдяки випаровуванню і пересиханню верхнього шару могла незначно зменшитись.

Оптимальна температура для сприятливого існування комплексу люмбрицид цієї морфо-екологічної групи знаходиться у діапазоні від +15 до +20°С, межі температурного комфорту дещо ширші +5-+24° С, а оптимальна температурна зона +0,5-+27°С (Герасимчук, & Онищук, 2015). В посушливі періоди черви зазвичай тримаються на глибині до 15-20 см в стані фізіологічного літнього спокою. Окрім того, слід зазначити, що температура ґрунту є важливим регулюючим фактором для запліднення, відкладання та розвитку яйцевих коконів, а також росту молодих дощових червів (Лейрих, 2012).

Необхідною умовою успішного утримання люмбрицид в штучнихумовах є дотримання графіку годування невеликими порціями кожні 10-14 днів. Сировина повинна бути добре подрібнена, утримувати вологу та не перешкоджати аерації в субстраті, тому як корм використовувались безмолочні каші, кавова гуща, заварка чаю, вологий картон, листя плодових дерев.

Дотримання зазначених умов привело до активного фізіологічного стану червів та сприяло їх сталому розмноженню протягом періоду дослідження. Сезонна динаміка продукування коконів червами двох видів, зібраних біля с. Станишівки на фоні динаміки середньодобової температури представлена у вигляді графіка (рис.1). Адаптація тварин до нових умов середовища тривала понад тиждень, і вже, починаючи з першої декади травня з підвищенням середньодобових температур у обох видів відбувалося поступове збільшення кількості коконів.

Перший вихід ювенільних особин зареєстровано в першій декаді червня - протягом 43-50 днів дослідження. Пік продукування коконів відбувається при 20- 25°С протягом червня: в середньому від 2 до 4,3 на одну особину у АЛтарегоШев та від 2 до 3 у А.саї^іпова.

З липня спостерігається зворотна тенденція: виробництво коконів починає зменшуватись, а кількість ювенільних особин значно зростає (рис. 1). Загалом тенденції зміни динаміки продукування коконів є схожими у обох видів червів, однак їх число має тенденцію до збільшення у АЛтарегоШев.

Рис. 1. Динаміка продукування яйцевих коконів особинами А.саї^іпова та АЛтарегоШев, зібраними біля с. Станишівка на фоні зміни середньодобової температури

Для виду АЛтарегоїйев з Житомира (рис. 2) характерне збільшення кількості коконів протягом травня з піком активності на початку червня (максимально - 8 коконів), а потім різке їх зменшення, що супроводжується появою ювенільних особин на 56 день дослідження. Молоді черви стабільно існують в популяції протягом всього періоду дослідження.

Після піку чисельності в червні продукція коконів тут також поступово зменшується, а в кінці експерименту зареєстровано повну відсутність стадії коконів, що, можливо, викликано досить різким зростанням температури навколишнього середовища. Амфіміктичний вид А.саї^іпова поступово збільшує свою чисельність з максимумом особин також протягом червня і зниженням в останні декади серпня. Чисельність коконів у перші місяці дослідження є більшою у АЛтарегоШев, проте після появи ювенільних особин динаміка продукування коконів у двох видів є схожою (рис. 3).

Рис. 2. Динаміка продукування яйцевих коконів особинами A.caliginosa та A.trapezoides, зібраними в м. Житомирі на фоні зміни середньодобової температури

У червів з м. Радомишля продукування коконів є найнижчим (рис. 3).

Рис 3. Динаміка продукуБання яйцевих коконів особинами Ахаї^іпова та АЛгарегоШев, зібраними в м. Радомишль на фоні зміни середньодобової температури

Це пов'язано з бідним легким гранулометричним складом ґрунту, що зумовлює більші коливання вологості та температури ґрунту. Протягом квітня-травня кількість коконів зростає поступово.

Для Л.саїщіпова пік продукування коконів припадає на перші декади червня, а для ЛЛгарегоійев - третю декаду червня. З початку липня збільшується кількість ювенільних особин і чисельність коконів спадає. Наприкінці дослідження кокони взагалі відсутні, черви знаходяться в стані літньої діапаузи. Так, як загальна кількість коконів для видів цієї місцевості була незначною, то ймовірною є гірша адаптація до умов середовища порівняно з іншими вибірками.

Висновки

У дощових червів роду Лротгесїойеа у штучно створених умовах процес розмноження спостерігається протягом всього весняно-літнього періоду. При цьому рівень індивідуальної плодючості в лабораторних умовах був вищим, ніж у природному середовищі, що зумовлено підтриманням абіотичних умов, передусім вологості, на оптимальному рівні.

Найбільша інтенсивність відкладання коконів чітко у першій половині червня означає, що головним фактором, що визначає рівень плодючості є сезонність, тобто біологічний годинник, а не абіотичні фактори, зокрема температура.

Інтервал температур від 20 до 26,5°С були найкращими для активного продукування та ембріогенезу коконів. У випадку значного підвищення чи зниження температурних умов за межі оптимальних репродуктивна активність червів знижувалась.

Характер продукування коконів у двох видів достатньо подібний, хоча за вегетаційний період апоміктичний A. trapezoides все ж таки відкладав більше число коконів порівняно з амфіміктичним A. caliginosa. Під час максимуму репродуктивної активності у A. trapezoides зареєстровано в середньому від 2 до 4,3 коконів на особину, тоді як у A. caliginosa їх число коливається від 2 до 3.

Список використаної літератури

1. Бызова Ю.Б., Гиляров М.С. Количественные методы в почвенной зоологии. Москва, 1987. 288 с. Викторов А.Г. Разнообразие полиплоидных рас в семействе дождевых червей Lumbricidae. Успехи современной биологии. 1993. Т. 113, вып. 3. С. 304-312.

2. Власенко Р.П. Морфологічна характеристика дощових червів роду Aporrectodea Oerley, 1885 (Oligochaeta: Lumbricidae) фауни України. Вісник ДАУ. 2008. № 2. С. 245-255. Всеволодова-Перель Т.С. Распространение дождевых червей на севере палеарктики. Биология почв Северной Европы. Москва, 1988. С. 84-103.

3. Герасимчук О.О., Онищук І.П. Вплив кліматичних факторів на поширення дощових червів родини Lumbricidae. Біологічні дослідження - 2015. Житомир, 2015. С. 72-75.

4. Лейрих А.Н. Холодоустойчивость почвообитающих беспозвоночных животных на Северо-Востоке Азии: автореф. дис. ... д-ра биолог. наук. Санкт-Петербург, 2012. 32 с.

5. Межжерин С.В., Власенко Р.П., Гарбар О.В. Анализ клонового разнообразия двух видов апомикти- ческих дождевых червей (Lumbricidae: Aporrectodea) и проблемы изменчивости мелких и крупных организмов. Доповіді Національної академії наук України. 2007. № 8. С. 151-156.

6. Перель Т.С. Распространение и закономерности распределения дождевых червей фауны СССР. Москва, 1979. 272 с.

7. Эволюционный парадокс партеногенетических дождевых червей / C.В. Межжерин и др. Киев: Наук. думка, 2018. 230 c.

References

1. Byzova, Yu.B., & Gilyarov, M.S. (1987). Kolichestvennye metody v pochvennoi zoologii [The quantitative methods of soil zoology]. Moskva [in Russian].

2. Herasymcnuk O.O., & Onyshchuk, I.P. (2015). Vplyv klimatychnykh faktoiiv na poshyrennia doshchovykh cherviv rodyny Lumbricidae [The influx of climatic factors on the expansion of earthworms in the Lumbricidae family]. In P.Yu. Saukh, (Ed.), Biolohichni doslidzhennia -2015 [Biological research -2015]. Zhytomyr [in Ukrainian].

3. Leirikh, A.N. (2012). Kholodoustoichivost' pochvoobitayushchikh bespozvonochnykh zhivotnykh na Severo-Vostoke Azii [The cold tolerance of soil-bearing invertebrate animals in Northeast Asia]. (Extended abstract of D. dissertation). Sankt-Peterburg [in Russian].

4. Mezhzherin, S.V., Garbar, A.V., Vlasenko, R.P., Onishchuk, I.P., Kotsyuba, I.Yu., & Zhalai E.I. (2018). Evolyutsionnyi paradoks partenogeneticheskikh dozhdevykh chervei [The evolutionary paradox of parthenogenetic earthworms]. Kiev: Nauk. dumka [in Russian].

5. Mezhzherin, S.V., Vlasenko, R.P., & Garbar, O.V. (2007). Analiz klonovogo raznoobraziya dvukh vidov apomikticheskikh dozhdevykh chervei (Lumbricidae: Aporrectodea) i problemy izmenchivosti melkikh i krupnykh organizmov [Analysis of the clone diversity in apomictic earthworms of two types (Lumbricidae: Aporrectodea) and the problem of variability of small and big organisms!Dopovidi Natsionalnoi akademii nauk Ukrainy [Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine], 8; 151-156 [inRussian].

6. Perel', T.S. (1979). Rasprostranenie i zakonomernosti raspredeleniya dozhdevykh chervei fauny SSSR [Distribution and Distribution Patterns of Earthworms of the Fauna of the USSR]. Moskva [in Russian].

7. Viktorov, A.G. (1993). Raznoobrazie poliploidnykh ras v semeistve dozhdevykh chervei Lumbricidae [The diversity of polyploid races of earthworms in the Lumbricidae family]. Uspekhi sovremennoi bi- ologii [Successes of modern biology], 113(3), 304-312 [in Russian].

8. Vlasenko, R.P. (2008). Morfolohichna kharakterystyka doshchovykh cherviv rodu Aporrectodea Oerley, 1885 (Oligochaeta: Lumbricidae) fauny UkrainyJMorfologichna xarakterystyka doshhovyx cherviv rodu Aporrectodea Oerley, 1885 (Oligochaeta: Lumbricidae) fauny Ukrayiny [The morphological characteristics of earthworms of the genus Aporrectodea Oerley, 1885 (Oligochaeta: Lumbricidae) in the fauna of Ukraine]. Visnyk DAU [Bulletin of DAU], 2, 245-255 [in Ukrainian].

9. Vsevolodova-Perel', T.S. (1988). Rasprostranenie dozhdevykh chervei na severe palearktiki [The distribution of earthworms in the north of the Palaearctic]. In D.A. Krivolutskii (Ed.), Biologiya pochv Severnoi Evropy [Soil Biology of Northern Europe], (pp. 84-103). Moskva [in Russian].

Размещено на Allbest.ru