3 года назад
Нету коментариев

В. И. Чернышев, кандидат биологических наук

Из общего количества белка, потребляемого человечеством, растительные и животные организмы суши, т. е. представители наземных экосистем (понятие экосистема включает в себя сообщество живых организмов и неживую окружающую среду), составляют около 98% и только 2% представлены водными организ­мами — гидробионтами. Однако если наземные экосисте­мы дают 93% растительного белка и 5% животного, то гидробионты поставляют 1,9% животного и 0,1% расти­тельного, т. е. 30% потребляемого человечеством живот­ного белка представлено гидробионтами, из которых 29% составляет рыба.

Малый процент хозяйственной эксплуатации экосис­тем предопределял до недавнего времени использование технологии первобытнообщинного строя (охоту и соби­рательство). Однако возрастающий дефицит пищевого белка при наблюдающемся темпе роста технических воз­можностей промысла обоснованно позволяет считать, что к 1990 г. человечество будет вылавливать рыбы до 120— 150 млн. т в год (в 1976 г. было выловлено 75 млн. т). При такой тенденции развития промысла организация новых рациональных форм хозяйственного использова­ния биологических ресурсов водоемов приобретает боль­шое социально-экономическое значение.

В настоящее время наряду с освоением новых рыбных и нерыбных запасов быстрыми темпами развивается ин­тенсивное водное хозяйство (морская и пресноводная ак­вакультура). По своей технологии аквакультура (мор­ская и пресноводная) — это принципиально новый этап хозяйственного использования биологических ресурсов морей и пресных водоемов. Научно-техническим и эконо­мическим содержанием этого этапа является разработка способов формирования высокой биологической продук­тивности аквакультуры, а именно: промышленного спосо­ба выращивания полезных для человека водных орга­низмов. Биологическая продуктивность искусственных экосистем аквакультуры может быть значительно выше естественных.

Теоретические и экспериментальные основы аквакуль­туры формировались такими известными советскими био­логами, как С. Н. Скадовский, Г. В. Никольский, П. А. Моисеев, Н. С. Строганов, М. И. Шатуновский. В настоящее время наиболее разработан способ акклима­тизации водных организмов в естественных и искусствен­ных условиях. При этом адаптивность особей во многом определяет весь процесс акклиматизации. Адаптацию (процесс приспособления строения и функций организмов и их органов к условиям среды) рассматривают как пер­вую фазу акклиматизации, которая в своей основе за­висит от пластичности цитоплазмы, клеток, тканей и т. д.

Адаптация возникает и развивается под воздействием трех основных факторов органической эволюции: измен­чивости, наследственности и естественного отбора (а так­же искусственного, т. е. производимого человеком). На­чальной стадией адаптации являются наследственные адаптивные реакции организма (модификации) на изме­нение условий существования. Эти модификации объ­единяются понятием «адаптация физиологическая», ко­торая включает в себя совокупность физиологических ре­акций, лежащих в основе приспособления организма к изменению окружающих условий, и направлена на сохра­нение относительного постоянства его внутренней сре­ды — гомеостаза. В результате физиологической адаптации повышается устойчивость к холоду, теплу, недостатку кислорода, изменениям барометрического давления, солености и другим экологическим факторам. Происхо­дящие при этом в организме изменения касаются всех уровней организации — от субклеточно-молекулярного до целостного организма. В ходе физиологической адапта­ции к необычным (экстремальным) экологическим усло­виям в клетках организма происходят глубокие измене­ния, затрагивающие молекулярные основы наследствен­ности, в результате чего возникают мутации (изменения материальных носителей наследственности — генов, определяющие новообразование признаков и свойств организма). Мутации и их комбинирование (гетерозигот­ность) под контролем отбора становятся источником адап­тации, тогда как отбор приобретает значение ведущего, творческого фактора в адаптации организмов.

Современная биотехника аквакультуры в значитель­ной степени базируется на эмпирических (опыт, получен­ный в процессе практики) принципах выращивания рыб­ных и нерыбных объектов, что делает ее менее эффектив­ной, чем это возможно. Накопленный опыт по заводским методам рыбоводства и выращивания нерыбных объек­тов показывает, что стремление максимально интенси­фицировать прирост биомассы только за счет оптимиза­ции физических и химических параметров искусственных экосистем, какими являются прудовые, садковые и бас­сейновые хозяйства, без формирования повышенной адап­тивности особей сопряжено со снижением устойчивости объектов культивирования к инфекционным, инвазион­ным и незаразным болезням.

Поэтому познание механизмов адаптивности является одной из актуальных задач, стоящих перед рыбохозяй­ственной практикой. В частности, считают, что для аккли­матизации новых видов и эффективной организации ин­тенсивного рыбоводства главной задачей является поиск методов воздействия на физиологические процессы, спо­собствующие увеличению «экологической прочности» все­го организма, т. е. повышающие его жизнеспособность. В этом направлении проводятся исследования и уже получены весьма перспективные для рыбоводства дан­ные.

Прежде чем перейти к изложению этих данных, необ­ходимо сформулировать представления о функционирова­нии биологических мембран живой клетки, которые сформировались в молекулярной биологии в результате раз­вития идей советских биофизиков Н. М. Эмануэля, Б. Н. Тарусова, Ю. П. Козлова, А. И. Журавлева, Е. Б. Бурлаковой о цепных процессах свободнорадикаль­ного окисления структурных липидов. Эти представления базируются на данных, полученных на тканевом уров­не — в экспериментах с животными, и на молекуляр­ном — в экспериментах с моно- и полимолекулярными моделями.

Клеточные мембраны — это жизненно важные струк­туры, без которых клетка не может существовать. Они образуют не только наружную оболочку клетки, но во многих случаях также сложную систему складок и замк­нутых полостей внутри клетки. Органическое вещество клеток животных состоит в основном из соединений трех классов: белков, нуклеиновых кислот и липидов. Уста­новлено, что в одной печеночной клетке всем известного карпа содержится: белков — 40•109 молекул; липидов — 150•109; воды — 225•1012; мелких молекул — 299•1010. Уже эти данные показывают, что клетка содержит огром­ное число молекул. Биологическую роль белков и нукле­иновых кислот мы начинаем понимать довольно хорошо. С липидами дело обстоит несколько хуже. Они выпол­няют одновременно структурную и метаболическую роль. Легко экстрагируются из тканей органическими раство­рителями и, следовательно, доступны для всестороннего изучения. Фосфолипиды, которые в большинстве тканей составляют больше половины общего количества липи­дов, находятся почти исключительно в клеточных мемб­ранах. Молекула фосфолипида состоит из двух частей: водорастворимой концевой группы (глицерин и фосфор­ная группа) и водонерастворимой концевой группы (жир­ные кислоты).

При классификации фосфолипидов сначала основное внимание обращали на их растворимость в спирте. Рас­творимые фосфолипиды назвали лецитинами, нераствори­мые — кефалинами. Эти термины применяются и по сей день, но теперь они просто обозначают неочищенные фракции фосфолипидов.

В клеточных мембранах молекулы фосфолипидов рас­полагаются таким образом, что их водонерастворимые компоненты (жирные кислоты) направлены друг к другу, а их водорастворимые компоненты направлены наружу и рыхло связаны со слоем белка. В структуру мембран входит система ферментов — белков катализаторов, ко­торые обеспечивают высокоупорядоченное течение хими­ческих реакций в мембранах и клетке в целом.

Было установлено, что в живой клетке протекают два вида химических реакций с участием кислорода: биоло­гическое окисление (ферментативное) и небиологическое автоокисление (свободнорадикальное). Если биохимичес­кое окисление происходит с участием ферментов, то сво­боднорадикальное автоокисление в клетке протекает на поверхности раздела фаз мембранных образований с участием свободных радикалов — валентноненасыщен­ных осколков молекул и атомов, обладающих исключи­тельно высокой химической активностью, при одновре­менном присутствии широкого набора проматоров и ин­гибиторов окисления, которые соответственно ускоряют или замедляют этот процесс.

В реакциях автоокисления выделяют три качественно различных этапа: инициирование, развитие и обрыв це­пей.

Инициирование может осуществляться активными факторами физической и химической природы (свет; гам­ма- и рентгеновские лучи; фоточувствительные красите­ли; продукты автоокисления; ионы тяжелых металлов; соединения, образующие свободные радикалы и т. п.). При этом вероятность инициирования свободнорадикаль­ного окисления в значительной степени определяется суб­стратом окисления. В биологических системах наиболее предрасположены к автоокислению свободные жирные кислоты и жирные кислоты, входящие в структуру ли-пидов (жирнокислотныеацилы).

Первичными продуктами этих реакций являются та­кие нестабильные соединения, как гидроперекиси, кото­рые, распадаясь на свободные радикалы, автокатализи­руют окисление. Разрушение гидроперекисей приводит также к образованию вторичных продуктов окисления: кетонов, альдегидов, эпоксидов, кислот, углекислого газа и т. п. Большинство из этих продуктов биологически ак­тивно и обладает свойствами плазматических ядов, т. е. способны вызывать необратимые нарушения компонен­тов и структур клетки.

Обрыв цепей в реакциях автоокисления происходит в основном при наличии ингибиторов (антиокислителей) и их проматоров — веществ, усиливающих действие анти­окислителей. Антиокислители, вступая в реакцию с радикалами, восстанавливают их, а сами переходят в хими­чески малоактивные состояния.

Для соотношения ферментативного окисления и авто­окисления показательны два функциональных состояния живой клетки: нормально метаболизирующая — в опти­мальных условиях и адаптивно метаболизирующая — в изменившихся, неоптимальных условиях.

В нормально метаболизирующих клетках качествен­ный состав и пространственная (конформационная) структура липопротеинового комплекса мембран соответ­ствуют оптимальному энергетическому и пластическому обмену. При этом удельный вес свободнорадикального окисления незначителен.

В адаптивно метаболизирующей клетке при воздей­ствии на нее внешних и внутренних факторов физичес­кой или химической природы, не приводящих к момен­тальной гибели, значительно изменяются качественный состав и конформационная структура биомембран. Эти изменения продолжаются до тех пор, пока не сформиру­ется липопротеиновый комплекс, соответствующий опти­мальному энергетическому и пластическому обменам в условиях, измененных действующим фактором. При этом в результате разборки (ресинтеза) структурных липидов в клетке накапливается значительное количество свобод­ных жирных кислот, которые, оказываясь материалом сво­боднорадикального окисления, являются предшественни­ками образования плазматических ядов (эндотоксинов).

На кафедрах гидробиологии и биофизики Москов­ского государственного университета были проведены специальные исследования с целью изучения молекуляр­ных основ физиологической адаптации рыб (с учетом особенностей индивидуального развития) к экологичес­ким факторам: абиотическим (температура, содержание кислорода, соленость), биотическим (инфицирование, интоксикации продуктами метаболизма одноклеточных водорослей) и антропогенным (интенсивные формы ры­боводства и незапланированные последствия промышлен­ной деятельности человека — интоксикации солями тя­желых металлов, фенолом, нефтепродуктами).

Оказалось, что в «контроле» свободнорадикальные реакции участвуют в эмбриональном развитии (в эмбрио­генезе) вьюна, осетра, севрюги, белуги на всех стадиях и, следовательно, являются физиологической нормой. Роль этих реакций и их ингибиторов — биоантиокислителей заключается, вероятно, в торможении роста (проли­ферации) и стимулировании дифференцировки эмбрио­нальных тканей.

Интенсивность реакций оказалась специфичной для стадий эмбриогенеза. В икре на стадиях дробления и формирования органов происходят увеличение (в 2— 3 раза) продуктов свободнорадикального окисления (ли­поперекисей и малонового диальдегида) и синхронные изменения гемолитической активности липидов (способ­ности разрушать мембранные структуры клеток, в част­ности, эритроцитов) при уменьшении количества анти­окислителей. В составе липидов на этих стадиях происхо­дит увеличение количества свободных жирных кислот и лизофосфотидов с одновременным снижением содержа­ния лецитинов и кефалинов. Такие изменения харак­терны для процессов деструкции липопротеиновых ком­плексов и активизации ресинтеза структурных липидов. О том же свидетельствует увеличение относительного со­держания ненасыщенных жирных кислот, в основном линолевой, линоленовой и арахидоновой. Следовательно, на стадиях дробления и формирования органов в разви­вающейся икре в результате специфики липидного обме­на складываются хорошие условия для развития свободнорадикального автоокисления и накопления продуктов, обладающих свойствами плазматических ядов. Послед­нее является одной из причин известной чувствительнос­ти этих стадий к изменениям экологических факторов.

В прямой связи с наличием в яйцеклетке свободнора­дикального автоокисления липидов и антиокислителей находится и жизнестойкость икры. Так, при сравнении изученных осетровых оказалось, что липиды икры осетра отличаются самой высокой антиокислительной активнос­тью, низкой окисляемостью, наименьшим содержанием продуктов свободнорадикальных реакций и самой малой гемолитической активностью. Именно икра осетра отли­чается, как известно, самой высокой среди осетровых жизнестойкостью.

В постнатальный (послеэмбриональный) период у рыб происходят характерные возрастные изменения уров­ня свободнорадикального окисления липидов тканей. По­казательны в этом отношении результаты исследований карпов, выращенных в оптимальных условиях и при оди­наковой полноценной диете. Оказалось, что в процессе их старения в липидах печени увеличивается содержание перекисей и возрастает их гемолитическая активность, а антиокислительная активность снижается. Выявлен­ная закономерность позволяет полнее понять, почему с возрастом рыбы подвержены заболеваниям больше, а чувствительность к токсическим веществам выше.

В представленных исследованиях интенсивность всех экологических факторов (температуры, концентрации газов, кислотности, солености, сбалансированности кор­мов и т. п.) поддерживали на оптимальном уровне. В та­ких условиях изменения в состоянии липидов тканей рыб были классифицированы как физиологическая норма.

В специальных экспериментах для выявления измене­ний в интенсивности свободнорадикальных реакций при эмбриональном развитии вьюна в неоптимальных усло­виях икру на стадиях дробления и формирования орга­нов помещали на 30 мин в воду, содержащую такой рас­пространенный загрязнитель, как нефть. Оказалось, что даже такое непродолжительное воздействие фактора, интенсивность которого значительно ниже предельно до­пустимой, вызывает в липидах икры достоверное уве­личение гидроперекисей и повышение гемолитической активности. Причем на стадиях дробления в большей степени, чем на стадиях формирования органов. Следова­тельно, свободнорадикальное окисление на стадиях дроб­ления способно угнетать адаптивные процессы сильнее, чем на стадиях органогенеза. Действительно, икра вьюна на стадии дробления чувствительнее к нарушениям ре­жима инкубации, чем при формировании органов.

Действие на рыб в постнатальный период неоптималь­ных интенсивностей экологических факторов было изуче­но в экспериментах по физиологической адаптации карпа к изменениям температуры и концентрации кислорода, солености, интоксикации неорганическими и органически­ми ядами, к инфицированиям, а также белого амура, атерины и жереха красногубого, обладающих разным типом осморегуляции,— к засолению и опреснению. В этих экс­периментах были получены некоторые неожиданные ре­зультаты.

В тканях и органах адаптивные перестройки струк­турных липидов в основном имели общий характер. Во всех тканях, но в разной степени (в зависимости от при­роды и интенсивности фактора) для начала адаптивных перестроек было характерно увеличение количества сво­бодных жирных кислот и лизосоединений с одновременным уменьшением фосфолипидов. В свободных жирных кислотах увеличивалось в 2—3 раза относительное содер­жание ненасыщенных кислот, в основном олеиновой, ли­нолевой и линоленовой. В экспериментах с нелетальным исходом эти соотношения компонентов липидов возвра­щались к исходным. Однако относительное содержание насыщенных и ненасыщенных жирнокислотных ацилов фосфолипидов в эксперименте всегда отличалось от кон­троля. При летальном исходе, т. е. когда подопытные рыбы погибали, полного восстановления соотношений в компонентах липидов не происходило. При этом харак­терным было повторное увеличение относительного со­держания свободных жирных кислот и лизосоединений.

Во всех экспериментах свободнорадикальное окисле­ние развивалось по общей схеме, состоящей из трех пе­риодов. Для первого периода характерно повышение ан­тиокислительной активности липидов тканей, для второ­го — уменьшение. Третий период наблюдался только в опытах с летальным исходом. Для него характерно по­вторное увеличение антиокислительной активности перед гибелью. В первом периоде у рыб отмечается повышен­ная двигательная активность, во втором — постепенное замедление реакции на раздражители. При летальном исходе этот процесс прогрессирует, а при нелетальном — нормализуется. В третьем периоде рыбы, как правило, утрачивали рефлекс ориентации — опрокидывались и плавали у поверхности. В длительности каждого периода специфики не обнаружено.

Рыбы, переведенные в условия контроля в течение первого и второго периодов, как правило, выживали. Пе­реведенные в третьем периоде почти всегда погибали.

Изменения антиокислительной активности совпадали с изменениями количества перекисей в липидах и их ге­молитической активностью.

В ходе этих исследований было установлено, что од­ной из сторон физиологической адаптации рыб на суб­клеточном уровне является активизация ресинтеза струк­турных липидов. В результате этого возрастает количе­ство промежуточных компонентов, не стабилизированных мембранной структурой и подверженных свободноради­кальному окислению. При нелетальном исходе после ресинтеза активизируется синтез новых липидных компо­нентов, которые формируют новые качества липопротеи­новых комплексов мембран клеток. При летальном исходе такой нормализации не происходит. Кроме того, по­стоянное присутствие в клетке (в цитоплазме) и плазме крови гемолитически активных продуктов является при­чиной модификации функций биомембран, отравления простетических групп коферментов и дальнейшего сво­боднорадикального окисления структурных липидов. В ходе физиологической адаптации рыб в тканях обра­зуются аутотоксины (продукты ресинтеза и свободнора­дикального окисления структурных липидов) — патоген­ный фон биохимических реакций и адаптивных перестро­ек клеточных структур.

При выращивании в одинаковых условиях рыб на полноценных кормах отношение уровней антиокислитель­ной активности липидов печени к липидам жабр выше у карпов, карасей и осетров, чем у толстолобиков и амуров. Карпы, караси и осетры относятся к экологически плас­тичным видам, легко приспосабливаются к новым усло­виям обитания, в то время как толстолобики и амуры нуждаются в повышенном потреблении кислорода. Вслед­ствие этого указанные виды по-разному переносят оди­наковые условия. Экологические условия хозяйства для толстолобика и амура были не оптимальны, поэтому под­держание на стационарном уровне свободнорадикального окисления в активно работающем органе — жабрах у них достигалось за счет повышенного расходования анти­окислителей, поступающих из других органов, в частно­сти из печени. Этим можно объяснить низкий уровень антиокислительной активности липидов печени и высо­кий — жабр.

При выращивании рыб в садках (в частности, карпов и осетров) в условиях сверхплотной посадки в популяции наблюдается большая вариабильность по скорости роста. У быстро растущих карпов и осетров липиды печени имеют значительно меньшую антиокислительную актив­ность, чем у медленно растущих. В жабрах, наоборот, у быстро растущих особей антиокислительная активность выше, чем у медленно растущих. По-видимому, у особей определенного генотипа, для которых условия сверхплот­ной посадки являются оптимальными и они вследствие этого быстро растут, хорошо налажено обеспечение жабр антиокислителями, поступающими в результате гумо­ральной авторегуляции из печени. Такое предположение правомерно, так как в представленных выше эксперимен­тах было установлено, что при изменении таких экологических факторов, как температура, соленость, концент­рация кислорода, в жабрах в первую очередь осуществ­ляется гомеостаз (относительное постоянство состава и свойств внутренней среды) организма в целом, причем этот процесс ярко выражен во взаимодействии антиокис­лителей и свободных радикалов. В жабрах медленно растущих рыб концентрация (активность) антиокисли­телей низкая и, следовательно, вероятность возникнове­ния и интенсивность свободнорадикального окисления высокая. Имеются данные и о высокой (в 4—6 раз) окисляемости липидов. Все эти данные свидетельствуют о различии особей по такому признаку, как предраспо­ложенность структурных липидов к свободнорадикальному окислению, и об участии свободнорадикальных реакций в формировании молекулярных основ физиологи­ческой адаптации рыб к условиям, не свойственным эко­логии вида.

Несмотря на большой фактический материал, харак­теризующий протекание процессов перекисного окисле­ния в нормально метаболизирующих тканях представи­телей различных систематических групп, сегодня еще нет убедительного ответа на вопрос о том, для чего клеткам необходимы перекисные соединения (в малых концентра­циях). Однако опасность накопления в клетке больших количеств перекисей липидов уже не вызывает сомнения. Было установлено, что процесс перекисного окисления липидов в биологических мембранах существенно изме­няет (модифицирует) структурно-функциональную це­лостность субклеточных органелл.

Итак, при исследовании молекулярно-биологических основ физиологической адаптации было установлено до­стоверное увеличение (в некоторых случаях значитель­ное) перекисей в липидах тканей при развитии рыб в не­оптимальных экологических условиях. Реакции свобод­норадикальногоокисления липидов сопровождали или являлись причиной многих патологических изменений. Поэтому эти реакции и связанные с ними нарушения в биохимических процессах физиологической адаптации к обстановке, не свойственной экологии вида, были класси­фицированы как свободнорадикальная патология. Одно­временно была выявлена гуморальная (осуществляемая через жидкости организма — кровь, лимфу) регуляция антиокислителями свободнорадикального окисления и зависимость адаптивности рыб от наличия в их тканях антиокислителей. Последнее стало основанием для поис­ка способов профилактики свободнорадикальной пато­логии.

Ключевое значение для промышленного рыбоводства имеют вырастные хозяйства, в которых получают жизне­стойкую молодь для пополнения естественных ресурсов морей и пресных водоемов или для товарного выращи­вания в промышленных хозяйствах. Поэтому разработка способа профилактики свободнорадикальной патологии эмбрионального развития имела широкую народнохозяй­ственную перспективу. Лабораторными экспериментами было установлено, что такой антиокислитель, как а-то­коферол (меченый по тритию), включается в липиды ик­ры вьюна и севрюги на всех стадиях с активизацией сорбции в конце гаструляции, затем с момента начала пульсации сердца и до выклева. На этих стадиях, как уже отмечалось выше, происходит усиленное расходова­ние запасенных в икре антиокислителей, накопление про­дуктов свободнорадикального окисления и увеличение гемолитической активности липидов. Поэтому поглоще­ние из внешней среды токоферола именно на этих ста­диях физиологически оправданно и является, вероятно, одним из авторегуляторных механизмов в оптимизации эмбрионального развития.

Действительно, при инкубации икры вьюна в среде, содержащей а-токоферол в сочетании с синергистом — убихиноном Q10, процент мертвой икры перед выклевом личинок в 1,5—2 раза был меньше, чем в контроле. Вы­ход личинок из икры проходил равномернее. Количество уродливых личинок значительно меньше (9% по сравне­нию с 26% в контроле), а нормально развивающихся на 6-е сутки — значительно больше, чем в контроле (62 и 29% соответственно). При содержании в среде другого сочетания антиокислителей и их синергистов были полу­чены следующие результаты. Пирогаллол, а-токоферол и убихинон Q10: мертвая икра при выклеве составляла 5%, нормально развивающаяся — на 6-е сутки до 92% личинок при высокой однородности популяции, а на 30-е сутки — 85% (в контроле 10%), при минимальном и мак­симальном размере особей в популяции 8 и 12 мм(в кон­троле 3 и 10 мм). Сопоставимые результаты были полу­чены при обработке икры вьюна через 10—20 мин после оплодотворения комплексом антиокислителей, состоящем из аскорбиновой кислоты и β-каротина.

При инкубации икры севрюги в неоптимальных по температуре и газовому режиму условиях, но с добавле­нием в воду антиокислителей (а-токоферола и убихинона Q10) уже не 7-е сутки после выклева в контроле (без добавления антиокислителей) погибли все личинки, в опыте — только 30%.

Таким образом, в настоящее время установлено, что при физиологической адаптации рыб к условиям, не свойственным экологии вида, в их тканях протекает как биохимическое, так и свободнорадикальное окисление. При этом относительное динамическое постоянство со­става и свойств внутренней среды и устойчивость основ­ных физиологических функций организма (гомеостаз) на разных уровнях физиологической интеграции (от клетки до организма в целом) обеспечивается и взаимодействи­ем антиокислителей со свободными радикалами. Так же как и общие защитные реакции, процесс свободноради­кального окисления в своем развитии имеет общие неспе­цифические черты так называемого «адаптационного синдрома». (Понятие адаптационного синдрома в совре­менной физиологии включает в себя совокупность общих защитных реакций, возникающих в организме животных и человека при действии значительных по силе и продол­жительности внешних и внутренних раздражителей, эти реакции способствуют восстановлению нарушенного рав­новесия и направлены на поддержание гомеостаза.)

Начальным звеном приспособления рыб к необычным условиям служили рефлекторные процессы (защитные — стремление уйти из зоны действия фактора), затем вклю­чались гуморальные механизмы, в частности, перераспре­деление между органами, функционально в разной степе­ни нагруженными, тканевых антиокислителей. Одним из признаков адаптационного синдрома было нарушение об­мена веществ с преобладанием процесса распада (по тка­ням и органам уменьшается количество фосфолипидов, увеличивается содержание свободных жирных кислот и лизофосфотидов). Развитие синдрома проходило во вто­рой стадии — в экспериментах с нелетальным исходом, т. е. не приводящим к гибели рыб, и в третьей стадии — с летальным.

На первой стадии — тревоги в тканях на фоне повы­шения антиокислительной активности структурных липи­дов увеличивается количество мембраноактивных ве­ществ (лизофосфотидов и липоперекисей). Во второй стадии — резистентности состояние организма нормализует­ся. В структурных липидах формируются новые качества липопротеиновых комплексов мембран клеток — опти­мальные в новых экологических условиях. Это следует из новых соотношений насыщенных и ненасыщенных жирнокислотных ациллов в фосфолипидах и возвращения к норме антиокислительной активности липидов, количе­ства лизофосфотидов и липоперекисей. Если действие раздражителя велико по силе и продолжительности, то такой нормализации не происходит. В этом слу­чае в клетке и плазме крови постоянно присутствуют гемолитически активные продукты, которые могут яв­ляться причиной модификации функций биомембран, сни­жения физиологической эффективности энергетического обмена и угнетения пластического. Эту ситуацию наблю­дали на тепловодном садковом хозяйстве. Такое состоя­ние свободнорадикального окисления часто сопутствовало формированию третьей стадии адаптационного синдро­ма— истощению. Для этой стадии характерно значитель­ное увеличение в тканях количества мембраноактивных продуктов ресинтеза (лизофосфотидов) и свободноради­кального окисления (липоперекисей).

Рассмотрение процесса свободнорадикального окис­ления в рамках теории адаптационного синдрома позво­лило определить действие биологических антиокислите­лей на свободные радикалы тканевых липидов как одну из общих защитных реакций организма, направлен­ную на поддержание постоянства внутренней среды, а неконтролируемое антиокислителями свободнорадикаль­ное окисление — как патологию со свойственной только ей причиной возникновения и развития (этиологией). Длительная активация свободнорадикального окисления приводит к накоплению таких количеств перекисей липи­дов в тканях рыб, при которых неизбежно наступают па­тологические изменения с рядом характерных симптомов: вялость, ослабление реакций на внешние раздражители, изъязвление слизистой оболочки жабер, желудочно-ки­шечного тракта, повышение хрупкости кровеносных капилляров, анемия, преобладание дистрофических про­цессов над регенераторными, торможение роста и поте­ря веса, снижение физиологических показателей половых продуктов, преждевременное старение.

В современной литературе по экологической физиоло­гии большое внимание уделяют механизмам адаптации на субклеточном уровне физиологической интеграции. Обсуждают, в частности, возможные молекулярные осно­вы так называемой «вегетативной памяти» и «цены» адаптации. Эти механизмы целесообразно представить детальнее.

Работами советского эколога и физиолога А. Д. Сло­нима установлено, что при существенных изменениях внешней среды способных нарушить гомеостаз, начина­ет действовать состоящая из многих звеньев реакция адаптации. Одну из ведущих ролей при этом играет нерв­ная система, в особенности ее гипоталамический отдел. Как в гипоталамусе, так и в других участках централь­ной нервной системы изменяется клеточный обмен, в част­ности, обмен важнейших биологических макромолекул — РНК и белков. При этом метаболизм остается изменен­ным длительное время после возвращения внешней среды к исходному уровню. Таким образом, если гомеостаз на­рушится вновь, то адаптивные реакции будут протекать на фоне измененного метаболизма нейронов. Следова­тельно, сдвиги обмена РНК и белков в нервной системе необходимо рассматривать как биологически целесооб­разные, способствующие более эффективному развитию адаптации. Оказалось, что после нормализации деятель­ности вегетативных систем организма память об их пере­стройке какое-то время еще хранится. Этот механизм и был назван вегетативной памятью. Далее, анализируя характер адаптивных изменений в организме под воздей­ствием факторов разной природы, обнаружили, что про­цесс индивидуальной адаптации помимо физиологических реакций, направленных на поддержание гомеостаза, со­провождается изменениями в организме, которые могут быть квалифицированы как патологические явления. Эти явления были объединены понятием «цена» адаптации. С другой стороны, биофизиками в экспериментах с био­логическими макромолекулами установлено, что перекиси липидов способны инактивировать многие важнейшие ферменты клетки, в том числе протеиназы и РНК-азы, обеспечивающие синтез белков и рибонуклеиновых кис­лот — РНК (полимеры, являющиеся носителями генети­ческой информации). Было также обнаружено, что в при­сутствии перекисей липидов основной носитель генетиче­ской информации — дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) — становится повышенно чувствительным к мута­генным воздействиям.

Следовательно, образование в клетках тканей рыб определенного количества липоперекисей, с одной сторо­ны, влияет на их вегетативную память, что приводит к снижению адаптивных возможностей организма, а с дру­гой стороны, трансформирует изменения факторов эколо­гической среды в изменения материальных носителей на­следственности, что приводит к возникновению мутаций, и в дальнейшем, под контролем естественного (или ис­кусственного) отбора,— к образованию функциональных и морфологических адаптации. Такова одна из молеку­лярных основ «цены» адаптации и изменчивости как фактора органической эволюции.

Зависимость свободнорадикальной патологии, с одной стороны, от экологической ситуации, а с другой от наличия в организме «антиокислительного буфера» явля­ется основанием для использования этой патологии в качестве «индикатора» биологической полноценности эко­логической среды и для разработки способа формирова­ния у рыб высокой жизнестойкости в условиях, несвой­ственных экологии вида, который имеет следующую рыбохозяйственную перспективу.

В условиях промышленных способов рыбоводства воз­можно направленное увеличение «антиокислительного буфера» икры путем составления специального корма, содержащего антиокислители, и внутримышечных инъек­ций самке комплекса антиокислителей и их синергистов. Это позволяет значительно снижать уровень перекисей липидов в структурных липидах клеток — «аутотоксинов» уже на стадии первых дроблений и повышать жизнеспо­собность развивающейся икры.

В период эмбрионального развития можно снижать количество аутотоксинов, помещая развивающуюся икру на определенное время в среду, содержащую антиокисли­тели, что значительно уменьшает ее гибель и повышает жизнеспособность молоди.

При переходе на внешнее питание при введении в корм антиокислителей, можно ускорить рост и повысить устойчивость молоди рыб к повреждающим воздействиям и инфекционным заболеваниям. Эффективным с точки зрения профилактики свободнорадикальной патологии кормом является артемия и криль, содержащие в боль­шом количестве такие биогенные антиокислители, как каратиноиды, токоферол, витамин А, аскорбиновая кис­лота и др.

Рыба, выращенная с учетом создания в ее тканях высокого «антиокислительного буфера», согласно рабо­там отечественных биофизиков и практики японских ры­боводов, не погибает при транспортировке, а при хране­нии значительно большее время сохраняет исходные то­варные качества.

Описанные методы, помимо профилактического для рыбоводства значения, имеют и другой, не менее важный аспект. Известно, что продукты питания человека с высоким содержанием биогенных антиокислителей (кара­тинов, токоферолов, лецитина и др.) являются физиоло­гически более полноценными. Поэтому эффект повыше­ния антиокислителей в тканях в результате профилакти­ки свободнорадикальной патологии улучшает качества рыбы как продукта питания.

В условиях рыбоводных заводов, где молодь выпуска­ют на естественный нагул, т. е. при пастбищном выращи­вании, антиокислительная профилактика, произведенная в периоды оогенеза, овогенеза и эмбриогенеза, может рас­ширить ареал распространения данного вида в условиях водной среды, меняющейся под воздействием незаплани­рованных последствий промышленной деятельности чело­века (антропогенных факторов).

Таковы, в кратком изложении, рыбохозяйственные перспективы активного воздействия на физико-химичес­кие механизмы формирования адаптивности клеток, тка­ней и организма в целом у рыб, вскрытых специалистами по молекулярной биофизике.

В заключение осталось сказать, что профилактика свободнорадикальной патологии антиокислителями эф­фективна при выращивании рыб (и нерыбных объектов) в плохих (неоптимальных) условиях. В хороших усло­виях созданный профилактикой «запас экологической прочности» не проявляется. Если учесть, что оптимиза­ция физических и химических параметров индустриаль­ных хозяйств аквакультуры сопряжена с техническими устройствами, которые требуют значительных капитало­вложений, то интенсификация прироста биомассы объек­тов культивирования еще и за счет формирования повы­шенной адаптивности особей на основе достижений в об­ласти молекулярной биологии (в частности, описанными способами) может иметь высокий экономический эф­фект.

ЛИТЕРАТУРА

Чернышев В. И., Телитченко М. М. Физико-химиче­ские аспекты развития патологических процессов у карпа при резких перепадах температуры, содержания кислорода в воде и интоксика­циях ядами разной природы.— Вопросы ихтиологии, т. 13(78), 1973, с. 155.

Чернышев В И., Исуев А. Р. О роли свободнорадикальных реакций в процессах эмбрионального развития вьюна.— Вопро­сы ихтиологии, т. 18, вып. 1 (108); 1978, с. 117. Этиология свободно-радикальной патологии у осетровых в период эмбриогенеза.— Там же, т. 20, вып. 2(121), 1980, с 334.