Вплив питної води та дієти на співвідношення стабільних ізотопів водню в тканинах тварин PNAS

Відредаговано Семюелем Епштейном, Каліфорнійський технологічний інститут, Пасадена, Каліфорнія, та затверджено 11 травня 1999 р. (Отримано на огляд 19 січня 1999 р.)

Анотація

Незважаючи на значний інтерес до використання вимірювань співвідношення ізотопів стабільного водню (δD) в екологічних дослідженнях, раніше не було відомо, чи водень, одержуваний з питної води, крім того, що отримується з дієти, сприяє незмінному водню в тканинах тварин. Ми виростили чотири експериментальні групи перепелів (Coturnix coturnix japonica) з люка на двох ізотопно різних дієтах (середнє незмінне δD: −146 та −60 ‰, Віденський стандартний середній океанський стандарт води) та питних водах (середнє δD: −130 та +196 ‰, Віденський стандарт Середній океанський стандарт води). Тут ми показуємо, що як дієтичний, так і питний водень вбудовуються в незмінний водень як у метаболічно активних тканинах (тобто в м’язах, печінці, крові, жирі), так і в неактивних (тобто в перах, нігтях) тканинах. Приблизно 20% водню в метаболічно активних тканинах перепелів та 26–32% пір’я та нігтів отримували з питної води. Наші висновки дозволяють припустити, що інтерпретація значень δD у сучасних тканинах та тканинах викопних тварин може спричинити потенційно великі ізотопні відмінності між питною водою та їжею та вимагати глибокого розуміння фізіологічної екології досліджуваних організмів.

ДеНіро та Епштейн (9) вперше показали, що вплив атмосферної водяної пари з різними значеннями δD змінив загальне значення δD їжі мишей та тканин мозку та печінки мишей. Атоми Гідрогену слабо утримуються киснем та азотом, тому навколишня водяна пара легко обмінює водень з наявним киснем або зв’язаним азотом воднем у зразках органічного матеріалу (12). Ступінь ізотопного обміну водню залежить від температури, але емпірично встановлено, що на обмінний водень може припадати до ≈20% загального водню зневоднених органічних матеріалів (7, 8). Тільки незамінна частина водню в тканині розкриває інформацію про харчові джерела водню, але це, в свою чергу, може ускладнитися включенням водню питної води в незмінний водневий басейн у тварин. Використовуючи вихованих у неволі японських перепелів (Coturnix coturnix japonica), ми визначили відносний внесок питної води в порівнянні з їжею до незмінного водню в тканинах тварин у контрольованих умовах та з'ясували, чи можуть загалом застосовуватись коефіцієнти фракціонування δD одноразової харчової тканини для різних типів тканин екологічні дослідження за участю тварин.

МЕТОДИ

Щойно вилупилися японські перепели були випадковим чином призначені до кожної з чотирьох лікувальних груп. Ці групи мали доступ до однієї з двох груп ізотопно різної дієти та одного з двох джерел питної води, що відрізняється від ізотопів (табл. 1). Ми використовували одну гомогенізовану партію вирощеної з Техасу заготовки з індички, що складається з 28% білка, 4% вуглеводів і 3% жиру, для дієти 1, а також одну гомогенізовану партію вирощеної в Саскачевані комерційної закуски з індички, що складається з 16% білка, 6 % вуглеводів та 3% жиру для дієти 2. Обидві дієти були розроблені з урахуванням харчових потреб перепелів. Джерелами питної води були дві 10-літрові партії водопровідної води (вода 1), в одну з яких було додано 300 мкл 99,9% D2O (вода 2). Значення δD води вимірювали (n = 24) протягом усього експерименту.

Тканина δD у перепелів

Вміст воднево-ізотопної обмінності для всіх типів тканин спочатку визначали кількісно, використовуючи техніку статичного рівноваги з парою, що має широкий діапазон значень водневих ізотоп (від -135 до + 525 5) при постійній температурі (130 ± 0,1 ° С) протягом 2 годин і потім вимірювання загальних значень δD водню (посилання 16 та 17; Додаток). Після рівноваги в пробірках для відсікання Vycor вся водяна пара кріогенно видалялася. Потім зразки герметично закривали під вакуумом і спалювали при 850 ° С у присутності оксиду міді з подальшим кріогенним відділенням СО2 від Н2О. Води згоряння зменшували до газу H2, використовуючи гарячий цинк, і співвідношення 2 H/H вимірювали на мас-спектрометрі з подвійним вхідним коефіцієнтом ізотопу Micromass Optima. Результати ізотопу стабільного водню повідомляються у відхиленнях на тисячу частин від Віденського стандартного середнього океанічного стандарту води (VSMOW), із відтворюваністю зразка, що перевищує ± 2,0 ‰. Усі результати, наведені в таблиці 1, були виправлені, щоб врахувати відмінності в обмінності між типами тканин.

РЕЗУЛЬТАТИ І ОБГОВОРЕННЯ

Незмінні значення δD білкових тканин (A) (●, печінка; ▴, кров; ▾, перо; ●, м’язи) та ліпідів (B), від перепелів, вирощених на двох ізотопно різних дієтах та джерелах питної води (див. Таблицю 1 для певна дієта та значення δD води).