Исследование вкусовой привлекательности и детеррентности пищевых организмов и других гидробионтов для рыбНИР

Investigation palatability and deterrency of food organisms and other hydrobionts for fish

Источник финансирования НИР

грант РФФИ

Этапы НИР

# Сроки Название
1 1 января 2019 г.-31 декабря 2019 г. этап 1
Результаты этапа: На примере нильской тиляпии Oreochromis niloticus выполнена сравнительная оценка вкусовой привлекательности 6 видов беспозвоночных животных и 5 видов растений. Водные экстракты большинства организмов (10 видов из 11) обладают привлекательным вкусом, что соответствует пищевой пластичности нильской тиляпии. Несмотря на фитофагию вкусовая привлекательность экстракта животных выше, чем растений. Установлено, что экстракт канадской элодеи Elodea canadensis в зависимости от происхождения растения либо полностью блокирует потребление, либо имеет инертные вкусовые свойства, что указывает на содержание в элодее природных вкусовых детеррентов для химической защиты от фитофагов. Разные части водяного гиацинта Eichhornia crassipes (листья, корни) имеют сходную вкусовую привлекательность. Впервые оценена вкусовая привлекательность желчных веществ (холат натрия, таурохолат натрия, дегидрохолевая кислота) для 5 видов рыб, разных по систематике и питанию. Значимым вкусовым эффектом обладают все вещества, но отношение разных рыб к их вкусу разное. Вкусовое предпочтение желчных веществ выявлено только у астианакса Astyanax fasciatus (слепая форма), что объясняет его способность питаться в ультраолиготрофных пещерных водоёмах своеобразной пищей (гуано летучих мышей). Для остальных рыб, включая близкородственного астианаксу серебристого метинниса Metynnis argenteus (Characidae), желчные вещества имеют инертный или отталкивающий вкус. Полученные результаты свидетельствуют о способности рыб тонко дифференцировать пищевые организмы по их вкусовым качествам и подчёркивают важную роль вкусовой рецепции в выборе рыбами объектов питания. Предложено рассматривать желчные вещества в качестве важных химических регуляторов взаимоотношений рыб в водных сообществах.
2 1 января 2020 г.-26 декабря 2020 г. этап 2
Результаты этапа: Для выполнения экспериментов использован методический подход, основанный на регистрации поведенческих ответов рыб на искусственные пищевые объекты со строго контролируемыми и регулируемыми сенсорными характеристиками. В качестве таких искусственных пищевых объектов использовались гранулы, изготовленные из агар-агарового геля, стандартные по размеру, форме, текстуре и цвету, но различающиеся содержащимся в них химическими агентами (химические вещества или экстракты водных организмов), подвергавшимися оценке их вкусовой привлекательности для рыб. В качестве контроля использованы гранулы-плацебо, не содержащие в себе испытываемых вкусовых раздражителей. Гранулы разного типа предъявляли в случайной последовательности предварительно обученным быстро схватывать подаваемые гранулы подопытным рыбам, содержащимся в изолированных аквариумах (для исключения эффекта подражания). Обученные должным образом рыбы схватывают предлагаемые поштучно гранулы в течение первых нескольких секунд, что исключает влияние запаховой компоненты веществ гранулы на итоговый ответ подопытных рыб. Особенности анатомии органа обоняния рыб (отсутствие связи между обонятельной камерой и ротовой и глоточной полостями), а также результаты ранее выполненных экспериментов со стимуляцией рыб пищевыми запахами и экспериментов на аносмированных особях подтверждают отсутствие такого влияния (Касумян и др., 2009, Вопросы ихтиологии, Т.49, №4, 528–540; Касумян, Марусов, 2015, ЖОБ, Т.76, №3, 195–211). В ходе каждого опыта последовательно фиксировали, в том числе с использованием видеоаппаратуры и специально разработанной компьютерной программы “BH-Fish”, основные параметры оросенсорной поведенческой реакции рыб на схваченную гранулу: число схватываний гранулы в опыте, длительность всех удержаний гранулы в ротовой полости и длительность интервалов между схватываниями, потребление/отвергание гранулы, а также некоторые дополнительные параметры ответа. Задача 1. Сравнительная оценка вкусовой привлекательности для рыб разных структур и частей тела животных и растений (на примере некоторых беспозвоночных животных коралловых рифов) Работа выполнена на базе Приморского отделения Совместного Российско-Вьетнамского тропического научно-исследовательского и технологического центра (г.Нячанг, Вьетнам). Оценку вкусовой привлекательности экстрактов животных проводили на абудефдуфе Abudefduf vaigiensis (средняя длина тела 6–8 см, масса 7–10 г; 12 экз.) – помацентровой рыбе (Pomacentridae), широко распространенной в коралловых рифах Южно-Китайского моря и всей Индо-Пацифики. 1.1. Голотурии Holothuroidea Тестированию были подвергнуты разные части тела двух видов голотурий – Holothuria atra (стенка тела и гонады) и Pseudocolochirus violaceus (стенка тела и ротовые щупальца). Полученные результаты показали, что экстракты всех образцов голотурий обладают ярко выраженной вкусовой детеррентностью для рыб – включение экстракта голотурий в состав гранул приводило к отказу от их потребления рыбами в 100% опытов (n=160), тогда как гранулы-плацебо (контроль) были потреблены рыбами в 44.6% случаях (n=121). Отличий между эффектами экстрактами гонад и стенки тела голотурии H.аtra и между экстрактами стенки тела и ротовых щупалец P.violaceus не выявлено. Число схватываний гранул с экстрактом гонад голотурии H. atra достоверно выше контрольных в 1.4 раза, гранулы с экстрактом стенки тела голотурии P. violaceus схватывались значительно реже контрольных, примерно в 1.4 раза. Время удержания гранул с экстрактами частей тела голотурий H. atra и P. violaceus после первого схватывания и в течение всего опыта значительно ниже контрольных в среднем в 6.2 и 4.2 раза, соответственно. 1.2. Голожаберные моллюски Opistobranchia Выполнено сравнение вкусовых качеств для абудефдуфа мантии и жабр голожаберного моллюска Hypselodoris apolegma. Выяснено, что экстракты мантии и жабр обладают детерреным эффектом, достоверно снижая потребление гранул (p<0.001 и p<0.01) по отношению к контролю. Однако статистически значимых различий между ответами рыб на гранулы с экстракты мантии и жабр голожаберного моллюска не выявлено (p>.05). Число схватываний гранул с экстрактом моллюска H. apolegma (мантия, жабры) достоверно выше контроля в среднем в 1.5 раза. Время удержания гранул с мантией после первого схватывания и в течение всего опыта значительно меньше контрольного в 1.6 и 1.1 раза. Время удержания гранул с жабрами после первого схватывания и в течение всего опыта не отличается от контрольного. 1.3. Полихеты Polychaeta 1.3.1. Sabellidae Тестированию были подвергнуты экстракт перистых щупалец-пальп (венчик) и экстракт тела полихеты семейства Sabellidae, видовая принадлежность которой уточняется. Оба экстракта при включении в состав гранул значимо снижали их потребление по отношению к контролю (p<0.001 и p<0.05 соответственно), однако детеррентное действие экстракта щупалец-пальп было значительно сильнее (4.2%; n= 24), чем экстракта тела (27.3%; n=44) (p<0.05). Число схватываний гранул с экстрактом полихеты (тело и венчик) не отличалось от контроля. Время удержания гранул с экстрактом венчика после первого схватывания и в течение всего опыта было значительно ниже контрольного в 4.3 и 2.8 раз. 1.3.2. Serpulidae Проведено тестирование вкусовой привлекательности для абудефдуфа водных экстрактов разных частей полихеты Spirobranchus giganteus – перистых спиралевидных пальп-щупалец, передней (жаберной) части и задней (каудальной) части тела. Тестирование показало, что по сравнению с контролем (43.2%; n=190) все три экстракта значимо не изменяли потребление гранул: гранулы с экстрактом пальп-щупалец потреблялись в 45% (n=60; p>0.05), с экстрактом жаберной части тела – 55.9% (n=59; p>0.05), с экстрактом каудальной части тела – 50% (n=60; p>0.05). 1.3. Морские лилии Comatulida Интересной особенностью морских лилий является быстрое отторжение (потеря, отбрасывание, сбрасывание) висцеральной массы. Особи без висцеральной массы в природе чаще встречаются у открыто живущих морских лилий, не скрывающихся в дневное время среди укрытий (Macurda, Meyer, 1983). Полагают, что морские лилии сбрасывают висцеральную массу при стрессе, вызванном, например, нападением хищника, или теряют ее в результате такого нападения, поскольку у морских лилий без висцеральной массы отмечены случаи повреждений цирри, окружающих висцеральную массу (Macurda, Meyer, 1983). В висцеральной массе находится вся пищеварительная система морских лилий, проводящая (сосудистая система) и значительная часть нервной системы. У лилий, сбросивших висцеральную массу, повышается прямая абсорбция растворенных аминокислот из воды (Smith et al., 1981). Для тестирования использовали дистальную половину рук и висцеральную массу морской лилии Himerometra robustipinna. Тестирование показало, что дистальная часть рук морской лилии H. robustipinna обладает детеррентным эффектом для абудефдуфа и гранулы с экстрактом этой части морской лилии потребляются достоверно ниже контрольных гранул (15.0%; n=60; p<0.01), в отличие от висцеральной массы, которая обладает индифферентным вкусом и потребляется на том же уровне (50.0%; n=60; p>0.05), что и контрольные гранулы (43/2%; n=190). Число схватываний гранул с экстрактом висцеральной массы достоверно меньше контроля в 1.5 раза, число схватываний гранул с экстрактом рук не отличается от контроля. Время удержания гранул с экстрактами морской лилии H. robustipinna (руки, висцеральная масса) после первого схватывания и в течение всего опыта достоверно ниже контрольного, в среднем в 1.5 и 1.4 раза. 1.4. Двустворчатые моллюски Bivalvia Тестированию были подвергнуты два вида двустворчатых моллюсков рода Tridacna – тридакна Кроцея T.crocea и чешуйчатая тридакна T.squamosa. Для тестирования у каждого вида моллюсков были взяты раздельно утолщенный и ярко окрашенный краевой участок мантии, в котором имеются вводной и выводной сифоны (далее – краевая мантия), и мутновато-бесцветный участок мантии, окружающий биссусное отверстие моллюска (далее – биссусная мантия). Выяснилось, что обе эти части мантии содержат в себе вещества, вызывающие у абудефдуфа значимое снижение потребления схваченных гранул. В случае T.crocea потребление гранул с экстрактом краевой мантии составило всего лишь 11.7% (n=60), а с экстрактом биссусной мантии – 9.0% (n=60). И в том и в другом случае отличия от контроля высоко значимы (p<0.001), но значимые отличия между потреблением гранул с этими экстрактами отсутствуют (p>0.05). При тестировании образцов, полученных от T.squamosa были получены иные результаты – потребление гранул с экстрактом краевой мантии было 33.9% (n=56), что значимо не отличается от гранул-плацебо (p>0.05). Гранулы с экстрактом биссусной мантии T.squamosa имели уровень потребления 55.4% (n=56), что значимо превышало уровень потребления гранул-плацебо (p<0.05). 1.4. Высшие водные растения (сем. Pontederiaceae) В ходе работ в предыдущий год выполнения проекта (отчет 2019), была осуществлена сравнительная оценка вкусовых качеств различных пищевых и иных объектов для нильской тиляпии Oreochromis niloticus – всеядной пресноводной рыбы с хорошо выраженной фитофагией. Было выяснено, что экстракты большинства использованных растений (5 видов) имеют для нильской тиляпии привлекательный вкус и повышают потребление агар-агаровых гранул. Работы были продолжены в 2020 году. Опыты выполнены на молоди нильской тиляпии (24 экз., средняя общая длина (TL) 8.0 см, масса 9 г). Тестированию подвергнуты водные экстракты листьев и корней водяного гиацинта Eichhornia crassipes – широко распространившегося инвазийного растения. Общее число выполненных опытов – 200. Было установлено, что экстракт листьев и корней водяного гиацинта обладает высоко привлекательным вкусом для нильской тиляпии. Потребление гранул с экстрактом листьев гииацинта составило 93.9% (n=65), с экстрактом корней – 86.9% (n=61), что почти в два раза выше, чем потребление гранул-плацебо – 50.0% (n=114; p<0.001, для обоих экстрактов). Возможно, отсутствие химической защиты у водяного гиацинта от потребления нильской тиляпией обусловлено несовпадением естественных ареалов этих видов. Нельзя исключать, что отсутствие вкусовой детеррентности вызвано использованием водяным гиацинтом других защитных механизмов, препятствующих или компенсирующих выедание фитофагами, таких как необычайно быстрый рост и размножение. Таким образом, разные части водяного гиацинта Eichhornia crassipes (листья, корни) имеют сходную вкусовую привлекательность. Сведения о вкусовой привлекательности водяного гиацинта для нильской тиляпии могут представлять интерес для разработки новых способов биологической борьбы с этим инвазийным растением. Задача 2. Сравнительная оценка вкусовой привлекательности для рыб морских лилий (Comatulida) и их симбионтных животных Оценку вкусовой привлекательности экстрактов животных проводили на рыбах, наиболее часто встречающихся на коралловых рифах залива Нячанг – Abudefduf vaigiensis (средняя длина тела 6–8 см, масса 7–10 г; 12 экз.), A. sexfasciatus (9–11 см, 15–30 г; 24 экз.) и Neoglyphidodon melas (10–12 см, масса – 25–45 г; 24 экз.) (Pomacentridae), а также на Canthigaster valentini (Tetraodontidae) (7–9 см, 11–15 г; 6 экз.). Тестированию подвергнуты 10 видов морских лилий (Clarckomanthus alternans, Comanthus gisleni, Comanthus parvicirrus Cenometra bella, Colobometra perspinosa, Comaster nobilis, Himerometra robustipinna, Lamprometra palmata, Anneissia pinguis, Stephanometra indica) и 6 видов симбионтов морских лилий (полихета Paradyte crinoidicola, мизостомида Notopharyngoides aruensis, галатеида Allogalathea elegans, креветки Synalpheus stimpsoniи S. demani, офиура Gymnolophus obscura). Общее число выполненных опытов составило 3641. Включение в состав агарового геля экстракта симбионтов в большинстве случаев повышает потребление гранул у рыб. У N. melas и A. vaigiensis достоверное повышение потребления гранул вызывают экстракты всех симбионтов за исключением офиуры Gymnolophus obscura, который имел инертный вкус, причем независимо от того, с каких морских лилий она была собраны – с Comaster nobilis или Himerometra robustipina. Для A. sexfasciatus привлекательным вкусом среди симбионтов обладают лишь креветки Synalpheus sp. Экстракты галатеиды Allogalathea elegans и полихеты Paradyte crinoidicola, хоть и повышают потребление гранул у A. sexfasciatus, но из-за высокого уровня потребления этими рыбами гранул-плацебо (81.3%) действие экстрактов галатеиды и полихеты не достоверно. Для C. valentini вкусовой привлекательностью обладает только экстракт Allogalathea elegans. Для N. melas и A. vaigiensis эффективность экстрактов большинства симбионтов не уступает действию креветки Litopenaeus vannamei, которую использовали для кормления подопытных рыб. Гранулы, содержащие экстракт морских лилий, потребляются рыбами хуже, чем контрольные, либо потребление достоверно не отличается от этого уровня. Ни один из экстрактов не приводит к усилению потребления гранул ни у одного из трех использованных видов рыб. Наиболее сильным негативное отношение к вкусу морских лилий у N. melas – экстракты всех без исключения 10 видов морских лилий вызывают высоко значимое снижение потребления (p < 0.001 для всех). Наиболее сильным аверсивным эффектом обладают экстракты S. indica, C. bella и L. palmata, подавлявшие потребление гранул в 15–20 раз относительно контроля. Наиболее слабое действие у экстрактов C. alternans, C. nobilis и H. robustipinna – снижение примерно в 2 раза. Для A.vaiginensis отталкивающий вкус имеют экстракты 6 видов морских лилий из 8 испытанных, из них наиболее сильно подавляют потребления гранул экстракты C. bella (> 5 раз) и C. parvicirrus (полное блокирование потребления). Число видов морских лилий, чьи экстракты оказывают негативное действие на A. sexfasciatus, 8 из 10. Детеррентный эффект экстракта одной из них – C.parvicirrus вызывает снижение потребления почти в 50 раз относительно контроля: в 62 двух опытах с экстрактом этой морской лилии была потреблена лишь одна гранула. Корреляционный анализ обнаружил наличие достоверной связи между потреблением гранул с экстрактом морских лилий A. vaigiensis и двух других видов – N. melas и A. sexfasciatus . Значимая связь между потреблением гранул N.melas и A. sexfasciatus отсутствует. Для пищевого поведения всех видов рыб характерно закономерно меньшее число повторных тестирований (схватываний) для более привлекательных по вкусу гранул, т.е. чем лучше потребляются гранулы, тем меньшее число раз рыбы схватывают их повторно для выяснения вкусовых качеств. Но при этом длительность удержания гранул рыбами в течение опыта и особенно после первого схватывания увеличиваются с повышением вкусовой привлекательности гранул, положительная корреляция между потреблением и длительностью удержаний гранул высоко достоверна. В то же время, чем меньшее число раз рыбы повторно схватывают гранулы, тем длительнее по времени их удержания. Проведенное исследование позволило выяснить, что большинство симбионтов обладают высокой вкусовой привлекательностью для рыб (5 видов из 6) и лишь один из симбионтов, офиура Gymnolophus obscura – безразличным вкусом. Среди 10 видов морских лилий почти все имеют в той или иной мере отталкивающий вкус для рыб. Не найдено ни одной морской лилии, вкус которой был бы привлекательным. Детеррентность хозяина-лилии не влияет на вкусовые свойства симбионта. Вкусовые свойства морских лилий одного и того же вида для разных рыб существенно различается. Из этого следует, что вкусовые детерренты морских лилий не универсальны по своей эффективности: они повышают защищенность морских лилий от одних рыб и не спасают от других. На основании полученных результатов впервые сделан вывод, что поселяющиеся на морских лилиях симбионты, не повышают, а лишь серьезно снижают защищенность хозяев, создавая для них дополнительные риски и провоцируя атаки хищников. Скорее всего, именно охота рыб на симбионтов, а не на самих хозяев объясняет частую встречаемость в природе морских лилий со следами повреждений, тогда как для самих симбионтов химическая защищенность морских лилий несомненно полезна и повышает выживаемость симбионтов в таких биотопах как коралловые рифы. Чем выше детеррентность морских лилий, тем большему числу повторных схватываний подвергаются искусственные гранулы, имитирующие их по вкусу, однако общая продолжительность тестирования рыбами гранул уменьшается. Быстрый отказ от неподходящего для потребления корма ведет к сокращению неэффективных затрат времени и ускоряет переход рыб к поиску другой пищи, что, несомненно, повышает интенсивность питания. Задача 3. Сравнительная оценка вкусовой привлекательности для рыб гидробионтов с апосематической и покровительственной окраской (на примере моллюсков Ovulidae). Большинство распространенных в тропиках морских брюхоногих моллюсков семейства Ovulidae имеют в той или иной мере выраженную криптическую окраску и малозаметны на объектах питания – химически защищенных мягких кораллах (Alcyonacea). К их числу принадлежит Calpurnus verrucosus. Виды Ovulidae с апосематической окраской мантии немногочисленны. К таким овулидам принадлежит, например, овула Ovula ovum, широко распространенная в водах Тихого и Индийского океанов, в том числе на коралловых рифах Южного Вьетнама. Ovula ovum имеет насыщенно-черную мантию со сложным светлым узором из разных по размеру пятен, контрастно выделяющую моллюска на фоне светлого субстрата. Такой тип окраски косвенно указывает на химическую защищенность этого моллюска. Однако, используют ли Calpurnus verrucosus и Ovula ovum вкусовые детерренты для защиты от хищников, как это делают многие малоподвижные или сидячие водные животные, неизвестно. Целью работы было сравнить вкусовую привлекательность для рыб этих двух видов овулид, один из которых обладает апосематической окраской (Ovula ovum), другой – криптической (Calpurnus verrucosus). Оба вида моллюсков встречаются на коралловых рифах Южного Вьетнама совместно, что было важным аргументом для их выбора для сравнения. Опеределение вкусовых качеств моллюсков выполнено на симпатрической с моллюсками рыбе – баррамунди Lates calcarifer. Поскольку ожидалось (рабочая гипотеза), что O.ovum содержит детерренты и обладает аверсивным вкусом для рыб, для тестирования использовали смесь экстракта овулы и привлекательной для рыб (баррамунди) по вкусу лимонной кислотой (0.1 М). Поэтому гранулы, содержащие только лимонную кислоту, служили контрольными в данной серии. Результаты тестирования показали, что гранулы, содержащие вместе с лимонной кислотой экстракт ноги и мантии O.ovum потреблялись намного хуже – в 7 и 6 раз соответственно (9.4%; n=48 и 11.5%, n=48, соответственно). Контрольные гранулы, т.е. гранулы, содержащие лимонную кислоту, баррамунди потребляли в 70.8% (n=72). Различие между потреблением рыбами гранул с экстрактами ноги и мантии O.ovum было недостоверным (р>0.05). В отличие от овулы, экстракт C.verrucosus стимулировал потребление рыбами гранул, т.е. обладал привлекательным вкусом. Гранулы с экстрактом этого моллюска потреблялись примерно в 5 раз лучше, чем гранулы-плацебо – 46.5% (n=96) и 8.2% (n=96) соответственно. Разница в потребление этих двух типов гранул высоко значимая (p<0.001). Баррамунди примерно в половине всех опытов с экстрактом O.ovum схватывали гранулу по нескольку раз прежде чем проглотить или потерять к ней интерес и отказаться от потребления. Максимальное число повторных схватываний гранулы достигает 9–11. Исключение составляют гранулы с экстрактом креветки Litopenaeus vannamei, которые всегда потреблялись рыбами после первого схватывания. Непривлекательные по вкусу гранулы с экстрактом ноги и мантии O.ovum удерживались рыбами во рту более короткое время, чем гранулы других типов. Таким образом, проведенное исследование показало, что существующее правило, согласно которому жертвы с яркой окраской с большой вероятностью непригодны для использования в пищу, а мало заметные животные с криптической окраской обладают благоприятными вкусовыми качествами, в полной мере справедливо в отношении двух исследованных моллюсков – Ovula ovum и Calpurnus verrucosus. Вполне возможно, что этому правилу подчиняются и другие представители семейства Ovulidae. Однако вкусовая детеррентность не является единственной защитной адаптацией у O.ovum. Толстая раковина этого моллюска также служит для защиты от хищников. Увеличивающаяся с возрастом толщина раковины объясняет встречаемость в светлое время суток на внешней (лицевой) поверхности кораллов только крупных моллюсков, тогда как молодь O.ovum, имеющая тонкую раковину, предпочитает нижнюю (обратную) поверхность коралловых колоний, где она менее доступна для хищников (Kawai, 2009).
3 1 января 2021 г.-28 декабря 2021 г. этап 3
Результаты этапа:

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".