Місячно-ритмічна линька в лабораторних популяціях благородних раків Astacus astacus (ракоподібні,

Роберт Франке

Відділ аквакультури та екології прісноводних вод, Відділ наук про тварин, Геттінгенський університет, Геттінген, Німеччина,

Габріеле Херстген-Шварк

Задумав і спроектував експерименти: RF GHS. Виконував експерименти: РФ. Проаналізовано дані: РФ СГС. Внесені реагенти/матеріали/інструменти для аналізу: RF GHS. Написав рукопис: РФ.

Анотація

Вступ

Більшість ракоподібних линяють протягом усього життя. На час подій линьки впливають різноманітні внутрішні та зовнішні фактори [1]. Линька часто поєднується з різними фазами геофізичних циклів. Сезонна синхронність линьки добре відома ракоподібним вищих широт. Однак линьки також можуть поєднуватися з циклами навколишнього середовища з меншою періодичністю, такими як місячно-місячний цикл, напівмісячний цикл весняних припливів, добовий цикл та припливний цикл. Про це повідомляється, зокрема, для ряду морських ракоподібних [2–9] та деяких комах [10,11]. Адаптаційне значення цих явищ, а також механізми, що лежать в основі, мало вивчені.

Прісноводні раки зазвичай надають перевагу певному часу доби для линьки, хоча серед видів не існує єдиної закономірності: нічна линька відома Cherax destructor [12], тоді як Procambarus clarkii [13] та Astacus astacus [14] линяють переважно вдень. Щодо можливого зв’язку линьки з місячними циклами, жодної інформації про жоден вид прісноводних раків до недавнього часу не було. Однак результати, опубліковані в недавній роботі [14], дозволяють припустити, що процеси линьки в лабораторній популяції благородних раків А. астак може бути синхронізований штучним місячним циклом.

Зв'язок процесів линьки з певними фазами місячного циклу вимагає періодичного введення відповідної зовнішньої інформації. Обертання Місяця щодо землі супроводжується різноманітними регулярними змінами навколишнього середовища [15]. Найбільш очевидні серед цих змін стосуються гравітаційних сил та місячно-місячних змін нічного світлового режиму (місячного циклу). Крім того, ряд тонких геофізичних параметрів, таких як електромагнітні сили, також зазнають місячно-місячних змін, і тому їх також слід розглядати як потенційні джерела зовнішньої інформації [16]. Лише суворі експериментальні аналізи можуть вказати, які конкретні змінні середовища беруть участь у місячно-ритмічних термінах линьки чи інших видів діяльності.

Вплив місячного світла на життя на землі було предметом спекуляцій протягом століть. Однак з 1960-х років були надані однозначні докази ролі місячного світла в ряді різних контекстів: а) орієнтація та навігація вночі [17–19]; б) регулювання нічної активності [20,21]; в) породження місячних ритмів розмноження, линьки чи інших видів діяльності [22–26].

Фактори навколишнього середовища можуть діяти як безпосередньо (екзогенний контроль), так і опосередковано (ендогенний контроль) при генерації біологічних ритмів, пов’язаних з геофізичними циклами. Екзогенно керовані ритми залежать від постійного введення певних зовнішніх подразників. Ендогенно керовані ритми породжуються внутрішнім годинниковим механізмом, а зовнішні фактори просто діють як захоплюючі агенти (Zeitgebers), які пристосовують (захоплюють) внутрішній годинник до геофізичного циклу з подібною тривалістю періоду [27,28]. У цьому випадку біологічний ритм зберігався б принаймні деякий час, коли був би захищений від відповідного зовнішнього синхронізатора («постійні умови»), показуючи за цих умов його спонтанний (вільний) період, який тісно збігається, але трохи відхиляється від періоду екологічний цикл. Незважаючи на те, що ця модель була розроблена і випробувана в основному для щоденних (циркадних) ритмів, вона може застосовуватись і до інших ритмів (циркатидальних, циркалунарних та циркануальних), які відповідають геофізичним циклам [5,11,29,30].

Матеріали і методи

Заява про етику

Дослідження відповідає німецькому законодавству і не вимагало жодних дозволів.

Умови тваринного матеріалу та культури

Тваринний матеріал походить з німецької ферми раків (Helmut Jeske, Oeversee). Для експериментів раків утримували в одностатевих групах з 80 (експеримент 1) або 100 (експеримент 2) особин у кожній у неглибоких резервуарах (1,4 м 2, об'єм води 165 л), які були елементами встановленої внутрішньої системи рециркуляції (детальніше [14]). Танки були обладнані надлишком пластикових трубок як схованки. Щодня ввечері пропонували дуже різноманітну дієту (вівсяні пластівці, товарні гранули змішаного рослинного та тваринного походження та різні види розмороженої їжі: личинки хірономідів, борошняні хробаки, риба, шпинат), а неспоживана їжа видалялася вранці.

Температура води була постійною на рівні 19 ± 1 ° C. Танки розташовувались у світлостійких приміщеннях, захищених від природного світла. Постійний довгоденний світловий режим LD 16: 8 застосовувався за допомогою люмінесцентних ламп (Philips Master TL-D 865, кольорова температура 6500 K, спектр, багатий на короткі та середні довжини хвиль). Інтенсивність світла на поверхні води протягом дня була постійною, але коливалась між 110–350 lx по площі великих резервуарів. Цикл місячного світла моделювався слабким штучним світлом (лампа вольфрамової нитки розжарення, повний спектр), якому тварини піддавались протягом шести ночей кожного місячного місяця (період “повного місяця”). Інтенсивність цього світла на поверхні води становила 1,5-2,5 lx, що трохи вище, але приблизно відповідає інтенсивності природного повного місяця (близько 0,3-0,5 lx). Усі інші ночі місячного циклу були абсолютно темними. Інтенсивність світла (освітленість) вимірювали за допомогою фотометра (Photo-Meter 1, Quantum Instruments Inc.).

Під час експериментів всі резервуари щодня перевіряли на наявність линьки. Exuviae видаляли, щоб уникнути подвійного підрахунку.

Експеримент 1

На початку експерименту (11 листопада 2011 р.) Тваринам (160 самців, довжина панцира 35-40 мм; і 160 самок, довжина панцира 30-35 мм) було близько 18 місяців і їх уже тримали в постійному стані » літні умови »(19 ± 1 ° C, LD 16: 8) та штучний місячний цикл протягом більше шести місяців (з квітня 2011 р.). Місячний цикл був у фазі з природним місячним циклом, тобто шість послідовних місячних ночей були симетрично розподілені навколо днів природного повного місяця (ночі між 13 і 19 днями місячного циклу, див. Нижче). Частоти линьки реєстрували щодня, окремо для обох статей, протягом трьох повних місячних циклів з 11 листопада 2011 року (день після повного місяця) до 07 лютого 2012 року (повний місяць).

Експеримент 2

Статистичний аналіз

Розподіл частот линьки навколо місячного циклу аналізували методами кругової статистики [31] за допомогою програмного забезпечення Oriana 4.0 (Kovach Computer Services). Для кругового подання даних календарні дні були перетворені на місячні (1-30), при цьому 1 і 16 день представляють дні природного нового і повного місяця відповідно. Крім того, місячні дні були перетворені в 30 фазових кутових груп по 12 ° кожна, з групою 0 ° (діапазон: 354 ° -6 °), що відповідає 1-му дню (молодик), і групі 180 ° (діапазон: 174 ° -186 °), що відповідає до 16 дня (повний місяць). Інші 28 груп представляють сім днів до і після молодика та повного місяця відповідно.

Дані про частоту молтів слідували за розподілом фон Мізеса (“круговий нормальний” розподіл). Розраховували середній кутовий напрямок (середній місячний день линьки з 95% довірчим інтервалом), вказуючи фазу місяця, в якій концентрувалася линька. Для оцінки дисперсії дат линьки по місячному циклу було розраховано кутове стандартне відхилення (и). Нульова гіпотеза про те, що линьки були випадковим чином розподілені по місячному циклу, була перевірена за допомогою тесту Релея. Крім того, був проведений кругово-лінійний кореляційний аналіз для перевірки значущої залежності між добовими частотами линьки та місячним циклом. Можливі неуточнені відмінності (відмінності середнього кутового напрямку та/або середнього кутового відхилення) між статями аналізували за допомогою тесту Мардіа-Ватсон-Вілер. Для цього зв'язки між зразками були розірвані випадковим розподілом. Було проведено параметричне випробування параметра концентрації, щоб проаналізувати, чи відрізняються самці та самки середнім кутовим відхиленням місячних дат линьки [32].