Рис. 3. Графический профиль временной организации актив­ ности эстераз (/) и щелочной фосфатазы ( 2 ) у брюхоногих моллюсков грязной зоны водоема.

Рис. 4. Графический профиль временной организации актив­ ности малатдегидрогеназы ( 1 ) и лактатдегидрогеназы ( 2 ) у брюхоногих моллюсков грязной зоны водоема.

Параметры ферментативной активности и показатели функционального состояния брюхоногих моллюсков чистой и грязной зон водоема, подвергающегося действию стоков промышленного объекта

Графический профиль временной организации активности ис­ следуемых ферментов у моллюсков чистой и грязной зон водое­ ма представлен на рис. 1—4, а результаты математического ана­ лиза активности приведены в таблице.

Результаты и обсуждение

В экспериментах, проводимых с целью изучения биологических ритмов как у животных, так и у человека, ход суточной кривой различных функциональных показателей обычно дифференци­ руется на «дневной» и «ночной» участки. Специальное выделение таких участков уточняет представление о состоянии биоритмоло­ гической активности организма, находящегося в нормальной си­ туации или при стрессовых состояниях, вызванных агентами раз­ личной природы. Попытки судить об адаптации или функциональ­ ном состоянии организма только иа основании «дневного» участка суточной кривой могут привести к ошибочному выводу. Величина такой ошибки тем выше, чем короче выделенный для анализа «дневной» фрагмент (например, если он относится только к ут­ ренним или только к вечерним часам).

В наших экспериментах суточные колебания активности ис­ следуемых ферментов у брюхоногих моллюсков чистой зоны во­ доема (см. рис. 1, 2) характеризуются определенной периодич­ ностью, амплитудой и фазой колебания. Синхронизированы во времени: активность эстераз с активностью щелочной фосфатазы, активность малатдегидрогеназы с активностью лактатдегидрогеиазы. Среднечасовая дневная активность равна или незначитель­ но превышает среднечасовую ночную активность (см. таблицу). Амплитуда колебания дневной ферментативной активности выше ночной активности. Показатель суточной адаптивности в чистой зоне водоема имеет положительное значение для всех ферментов, кроме МДГ.

В зоне действия иа организм сточных вод промышленных объ­ ектов суточные колебания ферментативной активности изменяют свою временную характеристику (см. рис. 3, 4). При сохранении синхронизации обоих пар ферментов увеличивается фон ампли­ туды колебания активности, изменяется период ритма. Нарушается соотношение между суммарной и среднечасовой дневной и ноч­ ной активностью. Уровень среднечасовой ночной активности у всех исследуемых ферментов превышает среднечасовую дневную активность. Амплитуда колебания ферментативной активности в ночной период суток выше дневного периода. Увеличился коэф­ фициент суточной периодичности, а показатель суточной адап­ тивности снизился, изменив знак иа противоположный.

Приведенные результаты свидетельствуют о наличии различ­ ных биологических ритмов у моллюсков, обитающих в чистой и грязной зонах водоема. Особенно информативными оказались результаты временной организации активности конечных фермен­ тов углеводного обмена лактатдегидрогеиазы и малатдегидроге-

95»

к

Рнс. 5. Графический профиль временной органи­

назы. Как известно, они регулируют уровень окисленных и восста­ новленных пиридиннуклеотидов, необходимых для функциони­ рования гликолитической системы организма. Особенностью биологических окислительно-восстановительных реакций является цикличность восстановления и окисления НАДН (никотинамид- аденин-динуклеотид). Клетка поддерживает стационарное содер­ жание нуклеотида благодаря процессам, в ходе которых восста­ новленные кофакторы вновь окисляются. К таким процессам в цитоплазме относится превращение пирувата в лактат, катализи­ руемое ЛДГ, и щавелево-уксусной кислоты в малат, катализи­ руемое МДГ. Оба фермента отличаются чрезвычайной лабиль­ ностью, имеют адаптивное значение и могут служить показателя­ ми функционального состояния организма. Временная характери­ стика коэффициента отношения МДГ/ЛДГ (рис. 5) для мол­ люсков чистой и грязной! зон водоема имеет противоположный графический профиль. У организмов грязной зоны амплитуда ко­ лебания этого коэффициента в ночной период суток резко сни­ жается, а его среднечасовое значение оказывается в 6 раз ниже, чем в контрольной зоне. Известна прямая зависимость между выносливостью организма к действию гипоксии и величиной ■коэффициента МДГ/ЛДГ. Чем выше это отношение, тем большую выносливость проявляют организмы к дефициту кислоро­ да [13].

■96

Полученные данные позволяют считать, что организмы, под­ вергающиеся действию антропогенных факторов, обладают низ­ ким физиологическим резервом.

Резкий сдвиг ритма функциональной активности у организмов грязной зоны в сторону ночного периода суток свидетельствует о взаимодействии его биологических функций с периодическими изменениями во внешней среде. Этот процесс направлен на под­ держание равновесия (гомеостаза) между различными функцио­ нальными системами и связан с обеспечением постоянной синхро­ низации колебаний в различных ее звеньях. Такую реакцию орга­ низма можно считать адаптационно-приспособительной деятель­ ностью, требующей определенного напряжения регуляторных механизмов. Причем степень напряжения последних при этом или другом состоянии должна определяться текущим уровнем функ­ ционирования.

С целыо проверки адаптационных возможностей организма и степени напряжения регуляторных механизмов нами использован способ дополнительного воздействия кратковременным стрессовым фактором (действие 36 °С в течение 5 мин). Результаты этих экспериментов для моллюсков грязной зоны приведены иа рис. 6 и 7, для моллюсков чистой зоны иа рис. 8, 9 и 10.

Обычно скорость, с которой функциональная активность до­ стигает фонового уровня после нанесения возмущающего воздей­ ствия, принимается за критерий адаптационных способностей ор­ ганизма. Это просматривается на графиках временной организа­ ции. активности эстераз и щелочной фосфатазы у моллюсков обеих зон водоема (рис. 6, 9, 10). Можно сказать, что организмы адап­ тированы каждый к своим условиям обитания. Однако на при­ мере ритма дегидрогеназной активности малата и лактата [7] можно видеть, что дополнительная нагрузка (физическое напря­ жение) у моллюсков грязной зоны постепенно вызывает наруше­ ние установленного в данных условиях ритма уравновешенности окислительно-восстановительных процессов, ведущее к срыву адаптации. У моллюсков чистой зоны дополнительное физическое напряжение нарушает' ритм активности МДГ и ЛДГ (рис. 8), приводит к его десинхронизации сразу же после экстремального воздействия с последующим восстановлением исходного уровня активности и стабилизации ритма.

В данном случае мы имеем примеры особенностей биологи­ ческих ритмов дегидрогеназной активности, которые могут быть использованы в качестве критериев оценки возможностей физио­ логической адаптации организмов обеих.зон водоема.

Определение степени напряжения регуляторных механизмов связано с дифференцированием временной организации фермен­ тативной активности для организмов, находящихся в состоянии нормы (при минимальном напряжении регуляторных механизмов), в состоянии напряжения (повышенная активность), в состоянии перенапряжения, для которого характерна недостаточность адап­ тационных защитно-приспособительных механизмов, и в состоянии

/ — контроль, 2 — опыт-

Рис. 10. Динамика временной активности эстераз у моллюсков

1 — контроль, 2 — опыт.

срыва механизмов адаптации. Это задача будущих комплексных исследований с применением новых методов.

Заключение

Как свидетельствуют представленные экспериментальные дан­ ные, временная организация суточного ритма ферментативной активности у моллюсков может служить характеристикой физио­ логического состояния и отражает степень адаптации организмов при оценке уровня загрязнения окружающей среды. В качестве критерия используются достаточно простые и доступные методики измерения ферментативной активности с последующим примене­ нием параметров статистической обработки. На основе суточной часовой ферментативной активности выводится показатель су­ точной адаптивности. Этот показатель имеет положительное зна­ чение для состояния нормы и меняет знак на противоположный при действии антропогенных факторов внешней среды. Коэффи­ циент отношения МДГ/ЛДГ и его временную характеристику в ночной период суток можно использовать в случаях комплексной оценки функционального состояния водных организмов и степени их адаптации к изменению окружающей среды.

100