Этой короткой заметкой мне хотелось бы открыть небольшой цикл рефератов, в которых попытаюсь рассказать о малоизвестных в хобби исследованиях биологии сезонных килли рода нотобранхиус (Nothobranchius). А так же о тех областях науки, в которых изучение этого рода играет существенную роль.

Все виды рода нотобранхиус являются сезонными или однолетними (annual fish). Как следует из названия, рыбы проходят полный жизненный цикл за один год, что связано напрямую с их местообитанием – пересыхающие водоёмы Восточной и Центральной Африки.

Рыбы, обитающие в пересыхающих водоёмах, имеют разные стратегии выживания. Некоторые виды, например, рыбы рода Anabas переползают из одного водоёма в другой. Лёгочные рыбы рода Protopterus закапываются глубоко в донные отложения и формируют на период засухи вокруг себя кокон из частиц донных отложений, скреплённых слизистым секретом кожных желёз. Рыбы сезонных видов икромечущих карпозубых погибают в период засухи. Однако их икра способна переживать засушливый период во влажных донных отложениях. Некоторые эмбрионы способны переживать засуху, длящуюся несколько лет, что позволяет поддерживать устойчивую популяцию в определённом регионе. Поэтому такое важное значение имеет код популяции, который принято добавлять к названию нотобранхиусов. Например, корректная запись названия одной из популяций нотобранхиуса люциуса выглядит так: N. lucius Kiziko TAN RB 2005-47, где N. lucius – название вида, Kiziko – название ближайшего к месту вылова населённого пункта, TAN RB 2005-47 – собственно код популяции, который расшифровывается следующим образом: TAN – Танзания, RB – Россия-Болгария (Российско-Болгарская экспедиция), 2005 – год экспедиции, 47 – точка вылова, имеющая конкретные географические координаты. Точные географические координаты места вылова очень важны, т.к. многие популяции нотобранхиусов могут изолированно и устойчиво существовать в одной и той же точке сотни лет, несмотря на меняющиеся год от года климатические условия в этой местности.

Неправильно полагать, что климатические изменения на территории, заселённой нотобранхиусами, сводятся только к ежегодному чередованию сезона дождей и засухи. Климатические циклы в Африке нестабильны и непредсказуемы. В течение года может наблюдаться две смены сухого сезона и сезона дождей, “ложный” сезон дождей, а так же годичная засуха.

Устойчивость к засухе обусловлена способностью эмбриона обратимо останавливать своё развитие. Такие остановки называются диапаузами. Количество диапауз у различных видов варьирует в очень узких пределах – от 1-ой до 3-х. Особый интерес представляют факторы, запускающие и прекращающие диапаузу, которые будут обсуждаться ниже.

Слово диапауза имеет греческое происхождение и означает внезапную остановку. Применительно к развитию икры карпозубых этот термин означает остановку эмбрионального развития. Диапауза не является уникальным явлением, характерным только для икры сезонных видов рыб. Она наблюдается так же у семян растений, яиц, куколок и личинок некоторых насекомых и ракообразных, например, у хорошо известной всем киллифишерам артемии (Artemia salina). Диапаузы принято обозначать римскими цифрами I, II, и III. При этом номер каждой диапаузы является не порядковым номером у данного конкретного вида, а отражает этап эмбриогенеза, в который она происходит. Например, некоторые виды могут иметь только диапаузу II или III.

Jon Wourms¹ отмечает, что у сезонных икромечущих карпозубых реализуется сразу несколько стратегий выживания: (1) Высокая репродуктивная способность. Половое созревание у большинства видов наступает через 7-12 недель. Икрометание у половозрелой рыбы происходит каждый день, а взрослые самки способны вымётывать 20-100 икринок в день. (2) Большой разброс сроков созревания икры. У Austrofundulus myersi временной диапазон созревания икры в совершенно одинаковых лабораторных условиях составляет 40-316 дней. Этот разброс как раз и обусловлен наличием диапауз, и может наблюдаться даже в одной генерации икринок (под термином “генерация” принято подразумевать всю сумму икринок, отложенную одной самкой за один день). В одной генерации могут присутствовать как икринки, которые будут развиваться без диапауз, так и икринки, которые пройдут одну, две или три диапаузы! Различные факторы окружающей среды лишь сдвигают это равновесие в ту или иную сторону. Т.е., по образному выражению Джона Вормса: “Стратегия выживания однолетних рыб аналогична игре в рулетку, в которой игрок поставил на все номера”. Если суммировать это разнообразие с высокой плодовитостью самок нотобранхиусов, то вышеописанная высокая устойчивость популяций к меняющимся климатическим условиям становится не такой уж и неожиданной.

Диапауза I происходит во время гаструляции. Эта диапауза может возникать и в тот период, когда икринки находятся в воде (см. ниже). У тех видов, для которых это факультативная фаза эмбрионального развития (N. guentheri, N. korthause) диапауза I индуцируется, например, воздействием низких температур (< 18⁰С)².

Диапауза II происходит в процессе эмбриогенеза. На этой стадии уже сформированы сомиты, а сердце представляет несокращающуюся трубку. Вторая диапауза может продолжаться многие месяцы (в экспериментальных условиях до 300 дней у N. korthause), и именно в этот период эмбрион наиболее устойчив к воздействию неблагоприятных факторов окружающей среды. Появление сердечных сокращений говорит об окончании диапаузы II.

Диапауза III наступает перед вылуплением из икринки. Эмбриогенез уже полностью завершён. С наступлением диапаузы III сердечная деятельность и мобилизация ресурсов желточного мешка прекращаются. Окончанием диапаузы III является собственно выклев. Третья диапауза, так же как и первая, наблюдается не у всех видов однолетних карпозубых. Например, когда эмбрион нотобранхиуса Гюнтери (N. guentheri) полностью сформирован, а заливки икры не произошло, он может около 100 дней ожидать подходящих для вылупления условий без снижения метаболической активности. За это время полностью расходуются ресурсы желточного мешка и жировой капли. Поэтому, по окончании этого периода либо должен произойти выклев, либо наступает смерть эмбриона.

Известно несколько факторов регулирующих наступление и прекращение диапауз. Наступление первой диапаузы запускается повышением содержания кислорода в окружающей среде, возникающим после пересыхания водоёма. В условиях аквариума с хорошей аэрацией первая диапауза может наступать ещё до извлечения субстрата с икрой. Однако B. Watters (Canada) считает, что диапауза I индуцируется наоборот падением содержания кислорода в нерестовом субстрате. Его гипотеза сводится к тому, что при нахождении торфа в нерестовиках более 2-х недель в нём начинаются активные процессы гниения, содержание кислорода резко падает и наступает задержка эмбрионального развития. B. Watters полагает, что эти условия наиболее приближены к природным и в своём хозяйстве забирает торф из нерестовиков значительно реже чем раз в две недели³. Есть и другое объяснение задержки эмбрионального развития в нерестовиках – диапауза I может продолжаться несколько месяцев, если в аквариуме, где находится субстрат с икрой, содержаться взрослые производители или другие костные рыбы (не обязательно икромечущие карпозубые)⁴.

Для контроля диапаузы II огромное значение имеет периодическая смена дня и ночи (свет-тень). Длительность диапаузы II резко увеличивается с укорочением светлого периода суток, и уменьшается вплоть до полного исчезновения при увеличении продолжительности светлого времени суток. Подробные исследования, проведенные с N. guentheri, показали, что при продолжительности светового дня 16 часов диапауза II наступает лишь у 10-15% эмбрионов, а при продолжительности светового дня 9 часов – у 60-70%⁵. Это имеет определённое практическое значение для хобби. По моему опыту, если при инкубации икры N. malaissei в прозрачных полиэтиленовых пакетах длинна светового периода составляет 16-17 частов, то при температуре ~25-27⁰С диапауза II может вообще не наступать, а полное развитие икры во влажном торфе происходит за 3-4 недели. В закрытой антресоли или в коробках с непрозрачными стенками, хранящимися при той же температуре, икра этого вида развивается 3-4 месяца. Markofsky и Matias, правда, утверждают, что к фотопериодическим изменениям чувствительны не эмбрионы, а самки нотобранхиусов, и что именно в организме самок программируется длительность диапауз эмбрионов. Однако это утверждение остаётся у них на уровне гипотезы, не подтверждённой экспериментальными данными. Более поздние исследования, проведённые на N. korthause, говорят о фоточувствительности именно эмбрионов².

Влияние температуры на скорость развития икры всем хорошо известно. Повышение температуры стимулирует выход из первой и второй диапауз. При температуре выше 30⁰С диапауза II либо может вообще не наступать, либо прекращаться так быстро после своего наступления, что её не возможно детектировать в лабораторных условия. Очень важен этап эмбрионального развития, на котором происходит действие высоких температур. Если это происходит на этапе гаструляции (диапауза I), то наблюдается очень высокий процент гибели икринок (до 30%), а из оставшихся приблизительно у 25% наблюдаются различные нарушения эмбрионального развития.

Влажность воздуха так же имеет большое значение для развития эмбрионов – в сухом субстрате продолжительность диапаузы II больше. Однако слишком высокая влажность субстрата приводит к удлинению диапаузы II, но уже за счёт возникновения анаэробных условий³. Для ускорения созревание икры я обычно поддерживаю достаточно высокую влажность торфа, но при этом я проветриваю торф не менее раза в неделю (обычно чаще) и перетрясаю его в открытом пакете для того что бы он не слёживался, а так же для обеспечения равномерного доступа кислорода к икре. Выход из диапаузы III (вылупление) стимулируется падением содержания кислорода в окружающей среде (дождь, заливка водой).

В заключение можно попытаться сопоставить некоторые из этих данных с экологией, например, N. korthause. В упрощённом виде получается следующая картина: Нотобранхиус Кортхауза обитает в основном на территории Танзании, где в сезон дождей наблюдается длинный светлый период суток и высокая температура воздуха. Эти факторы стимулируют быстрое прохождение диапауз и выклев личинок из икры, отложенной в прошлый сезон, а так же быстрый рост мальков. В конце влажного периода температура воздуха падает, а продолжительность светлого времени суток уменьшается, что запускает диапаузы II/III в свежей икре и замедляет развитие эмбрионов в последующем засушливом периоде².

Литература.
1. Wourms J 1972. The developmental biology of annual fishes. III. Pre-embryonic diapause of variable duration in the eggs of annual fishes. J. Exp. Zool.; 182 (4): p. 389-414.
2. Levels P and Denuce JM 1988. Intrinsic variability in frequency of embryonic diapauses of the annual fish Nothobranchius korthause, regulated by light:dark cycle and temperature. Environmental Biology of Fishes; 22 (3): p. 211-223.
3. http://fins.actwin.com/killietalk/month.9807/msg00035.html
4. Inglima KA Perlmutter and Markofsky J 1981. Reversible stage-specific embryonic inhibition mediated by the presence of adults in the annual fish Nothobranchius guentheri J. Exp. Zool.; 215: p. 23-33.
5. Markofsky J and Matias JR 1982. Effects of light:dark cycles and temperature on embryonic diapause on the East African annual fish Nothobranchius guentheri. Proc 3rd Int. Conf. Soc. Chronobiol.; p. 269-275.

Благодарности:
Неоценимую помощь при подготовке этого реферата оказали многочисленные дискуссии с Константином Шидловским, заразившим меня икромечущими карпозубыми более 18 лет назад.