Доклады Российской академии наук. Науки о жизни, 2023, T. 513, № 1, стр. 599-603

Состав полиненасыщенных жирных кислот (ПНЖК) некоторых позвоночных животных практически полностью зависит от потребленной пищи из водоемов, поскольку эти вещества синтезируются главным образом водными микроорганизмами. В связи с этим ПНЖК часто используются как биомаркеры при оценках переноса биомассы из водных экосистем в наземные [1]. В основном этот перенос осуществляется при поедании водных организмов наземными, либо при смене среды обитания у амфибиотических животных с водными личинками – амфибий и насекомых. Роль пресмыкающихся в переносе веществ на настоящий момент остается недостаточно изученной. На территории России наиболее перспективным видом пресмыкающихся для исследований в этой области является обыкновенный уж (Natrix natrix (Linneaus, 1758)). Эта змея питается преимущественно водными организмами, при этом сама входит в рацион многих наземных животных, и может способствовать выносу биомассы из водных экосистем в наземные.

Например, в Поволжье обыкновенный уж отмечен в рационе 54 видов позвоночных, преимущественно птиц (например, аистообразные, соколообразные), и млекопитающих (например, насекомоядные, хищные) [2]. В рационе же самого ужа преобладают амфибии. Например, в Волжском бассейне они составляют по данным различных исследований от 70.8% [3] до 92.8% [4] рациона. Случаи поедания ужами млекопитающих, пресмыкающихся и птиц отмечены во многих исследованиях (например, [5, 6]), но в сумме по биомассе составляют не более 2% рациона [7]. Взрослые ужи чаще поедают прошедших метаморфоз лягушек, чем головастиков. Максимальная доля головастиков в питании ужа (33.3%) была отмечена Клёниной [3]. Обычно в рационе ужей преобладают озерная лягушка Pelophylax ridibundus (Pallas, 1771), остромордая лягушка Rana arvalis Nilsson, 1842 и травяная лягушка Rana temporaria Linneaus, 1758. В Пензенской области в питании ужа преобладала остромордая лягушка (61%) и озерная лягушка (20%) [8]. Можно предположить, что уж не проявляет существенной избирательности при выборе между разными видами лягушек, и поедает наиболее часто встречающихся около уреза воды.

Цель настоящей работы – оценка роли обыкновенного ужа в переносе полиненасыщенных жирных кислот из водной среды на сушу. Исследование проводилось в Пензенской области, в окрестностях Государственного природного заповедника “Приволжская лесостепь”, на малых пойменных водоемах р. Хопёр (52°48′58.4″ с.ш., 44°27′40.4″ в.д.), в 2015 и 2018–2019 гг.

Для анализа содержания ПНЖК собраны образцы мышечной ткани 7 ужей. Образцы в измельченном виде фиксировались в 2–3 мл смеси хлороформ:метанола (2:1). Исследование одобрено Комитетом по этике в отношении животных и биомедицинской этике Сибирского федерального университета, 33215-2014, дата утверждения 2016-07-01. Аналогичные пробы были взяты в 2015 г. у объектов питания ужей: головастиков и сеголетков двух массовых видов амфибий: остромордой лягушки Rana arvalis (10 экз. головастиков и 15 экз. сеголетков) и чесночницы Палласа Pelobates vespertinus (8 экз. головастиков и 15 экз. сеголетков). Биохимический анализ проведен согласно стандартным методикам с помощью газожидкостной хроматографии в сочетании с масс-спектрометрией [9].

Многомерный корреспондентный анализ состава ЖК изученных животных выявил существенные различия по первой (наибольшей) размерности между головастиками обоих видов и сеголетками P. vespertinus с одной стороны, и сеголетками R. arvalis и ужами, с другой стороны (рис. 1). Различия между выборками этих видов были в наибольшей степени обусловлены различиями в уровнях 18:4n–3 и ∑16PUFA (сумма 16-атомных ПНЖК) (маркеры микроводорослей [10]) с одной стороны, и 24:1 (маркеры высших растений [10]) и С18–20 мононенасыщенных ЖК (продукты синтеза de novo у животных [10]), с другой стороны (рис. 1). Кроме того, по второй размерности обнаружены существенные отличия между головастиками R. arvalis, с одной стороны, и головастиками и сеголетками P. vespertinus, с другой стороны, в наибольшей степени вызванные различиями в уровнях 12:0 и 18:4n–3 в их биомассе (рис. 1). ЖК 18:4n–3, имевшая относительно высокий уровень в головастиках и сеголетках P. vespertinus и отсутствовавшая в ужах (табл. 1), является маркером криптофитовых и хризофитовых водорослей [10].

Рис. 1.

Канонический многомерный корреспондентный анализ долей жирных кислот (а) в биомассе лягушек и ужей (б): закрашенные и пустые квадраты – головастики и сеголетки R. arvalis соответственно; закрашенные и пустые треугольники – головастики и сеголетки P. vespertinus соответственно; крестики – ужи N. natrix. Старицы р. Хопёр, заповедник Приволжская лесостепь (Пензенская область), июнь 2015 г. (амфибии) и 2018–2019 гг. (ужи). Доля объясненной дисперсии (инерции) по размерности 1 – 45.6%, по размерности 2 – 16.9%, χ² = 862, число степеней свободы 1512.

Сравнения статистической достоверности различий в уровнях отдельных кислот (табл. 1) позволили уточнить результаты многомерного анализа. У головастиков обоих видов амфибий и сеголеток P. vespertinus были достоверно более высокие уровни бактериальных кислот 15:0, 15-17BFA (разветвленные кислоты) и 17:0, насыщенной кислоты 16:0, синтезируемой самими животными, а также 16:1n–7 и 20:5n–3 (ЭПК), синтезируемых диатомовыми водорослями.

В свою очередь, сеголетки R. arvalis и ужи имели достоверно более высокие уровни незаменимой линолевой кислоты 18:2n–6 – маркера пищи наземного происхождения, чем головастики обоих видов и сеголетки P. vespertinus (табл. 1). Также у сеголеток R. arvalis и ужей были достоверно более высокие уровни 20:2n–6, синтезируемой из незаменимой 18:2n–6, чем у головастиков обоих видов и сеголеток P. vespertinus (табл. 1). У сеголетков R. arvalis и ужей уровень 22:6n–3 (ДГК) был достоверно выше, чем у обоих видов головастиков и у сеголетков P. vespertinus (табл. 1).

Сравнивая состав ЖК головастиков каждого вида с сеголетками, следует отметить, что у головастиков уровень линолевой и арахидоновой кислоты 20:4n–6 (маркеров пищи наземного происхождения [10]) был достоверно ниже, чем у сеголетков (табл. 1). Напротив, уровни ЭПК – маркера пищи водного происхождения [10], у головастиков был выше, чем у сеголетков (табл. 1).

Несмотря на то что пробы ужей были взяты в другие годы, чем пробы амфибий, сравнивая составы их ЖК, можно отметить достоверно более низкий уровень 16:0, 15–17BFA и ЭПК, и достоверно более высокий уровень 18:1n–9 и 22:4n–6 у ужей (табл. 1).

Измерение содержания в биомассе физиологически значимых ПНЖК, ЭПК и ДГК (мг/г сырой массы), характеризующее качество органического вещества, передаваемого по трофическим сетям, дало следующие результаты. Максимальное содержание ЭПК было обнаружено у сеголетков P. vespertinus (рис. 2). Максимальное содержание ДГК отмечено для сеголетков R. arvalis и ужей (рис. 2). Суммарное содержание ЭПК+ДГК у сеголетков обоих видов и ужей было достоверно выше, чем у головастиков (рис. 2), что свидетельствует о накоплении этих незаменимых ПНЖК в биомассе амфибий при метаморфозе, а также в биомассе ужей как консументов высшего уровня по отношению к амфибиям.

Рис. 2.

Среднее содержание (мг/г сырой массы ± ± стандартная ошибка) в биомассе лягушек и ужей: (a) эйкозапентаеновой кислоты; (б) докозагексаеновой кислоты; (в) их суммы; tad R – головастики R. arvalis, tad P – головастики P. vespertinus, met R – сеголетки R. arvalis, met P – сеголетки P. vespertinus, snake – N. natrix. Старицы р. Хопёр, заповедник Приволжская лесостепь (Пензенская область), июнь 2015 г. (амфибии) и 2018–2019 гг. (ужи).

Таким образом, использование жирных кислот в качестве биомаркеров (более высокие уровни незаменимой линолевой кислоты 18:2n–6) показало, что сеголетки остромордой лягушки R. arvalis в своем рационе имеют большую долю наземной пищи, чем сеголетки чесночницы P. vespertinus. Отличия по маркерам, возможно, связаны с развитием этих двух видов, которое различается сроками и продолжительностью [11]. Это скорее всего связано с тем, что головастики остромордой лягушки заканчивают метаморфоз раньше, и начинают выходить из водоема в начале июня, в то время как выход чесночницы начинается в конце июня и продолжается до августа. Соответственно сеголетки остромордой лягушки раньше чесночниц переходят на питание наземной пищей.

Достоверно более высокий уровень ДГК в мышечной ткани, вероятно, свидетельствует о том, что сеголетки R. arvalis и ужи более подвижны: интенсивнее (быстрее и/или дольше) двигаются, чем сеголетки P. vespertinus, что соответствует наблюдениям за образом жизни этих видов. Чесночницы преимущественно активны по ночам, в то время как для остромордой лягушки характерна и дневная активность [12]. При этом уровни биохимического предшественника, ЭПК, у сеголетков R. arvalis и ужей ниже, чем у головастиков обоих видов амфибий и сеголеток P. vespertinus. Можно заключить, что поскольку пищевые источники ДГК в наземных экосистемах отсутствуют, высокий уровень ДГК сеголетков R. arvalis и ужей может обеспечиваться только за счет синтеза из биохимических предшественников, вероятно, содержащихся в пище водного происхождения.

Сравнительно высокое суммарное содержание ЭПК+ДГК в биомассе ужей свидетельствует о важной роли этого амфибиотического животного в переносе этих незаменимых ПНЖК из водных экосистем на сушу.

Накопление ЭПК и ДГК в верхних звеньях водных и водно-наземных трофических сетей было обнаружено и в других экосистемах [13]. В целом среднее содержание ЭПК и ДГК в биомассе лягушек и ужей от 0.2 до 0.8 мг/г сырой массы было сопоставимо со средним содержанием этих кислот у некоторых видов рыб отр. Карпообразных [14].