Научные статьи
Влияние микрогравитации на рост и плодовитость дождевых червей
Целью наших исследований было изучить влияние микрогравитации на эффективность утилизации дождевыми червями (Красный калифорнийский гибрид) пищевых и растительных отходов различного происхождения в условиях моделирования невесомости (клиностатирования), а также на плодовитость червей и разработать научные основы использования дождевых червей в замкнутой экологической системе космического корабля.
Опыты по изучению влияния на жизнедеятельность дождевых червей в искусственно созданных условиях клиностатирования проводили, используя три варианта пищевого субстрата, в которых основными компонентами были овощные отходы. В пищевом субстрате №1 источником клетчатки было мелко измельченное сено и бумага (42,4%). Эти компоненты не только являются источником клетчатки, но и уменьшают слипание субстрата в плотную массу, что делает его доступным для червей. Овощные компоненты (свекла, капуста и картофель) составляли вместе 57,6% от массы субстрата. Влажность субстрата была 75-80%, значение pH среды – 7,2. В пищевом субстрате №2 сено составляло 35,7%, а овощные компоненты - 35,7%. Кроме того, в эту кормовую смесь добавляли по 14,3 % измельченных яблок и почвы. Пищевой субстрат №3 отличался от предыдущего добавлением измельченных кабачков (12,5 %) и заменой почвы на песок. Влажность этих пищевых субстратов была 75-80%, а значение pH среды – 7,0.
Было обнаружено, что микрогравитация существенно воздействует на характер изменений структуры пищевого субстрата под влиянием деятельности дождевых червей. Происходило снижение усвоение дождевыми червями азота, белков и клетчатки и повышение выделения фосфорных соединений. Кроме того, при клиностатировании происходит подавление усвоения червями из овощного пищевого субстрата органических и минеральных компонентов. Так, при клиностатировании в течение 28 суток дождевые черви усваивали 29,2 % минеральных веществ и 17,7 % органических, в то время как в нормальных условиях эти показатели достигали 37.0 % и 20,4 %, соответственно.
При использовании в качестве субстрата для дождевых червей смеси, в состав которой входили в основном овощи, не было отмечено влияния микрогравитации на выживаемость и прирост биомассы самих червей. Так, общее число особей под влиянием микрогравитации за период опыта уменьшилось на 26,7 %, а биомасса червей – на 53,0 %. В контрольной группе эти показатели составляли 30,0 и 56,4 %, соответственно. В то же время исследования показали, что под влиянием клиностатирования в организме дождевых червей повышается содержание белка (на 23,9-28,9 %), но практически не изменяется содержание липидов (2,9-3,2 %) и гликогена (1196,0–1243,9 мг%). В отсутствии клиностатирования при тех же условиях питания в организме дождевых червей было обнаружено уменьшение содержания белка и увеличение содержания липидов и гликогена (20,5%; 3,6%; 4373 мг%, соответственно).
Кормовые субстраты, содержащие в основном из овощей, более полно отвечали пищевым потребностям червей. Они быстро заселялись вглубь субстрата, имели характерные внешние морфологические признаки, свидетельствующие о нормальном состоянии особей. Выживаемость была 100%-ная.
С целью определения оптимального варианта кормовой смеси для выращивания Красного калифорнийского гибридного червя в условиях искусственно созданной микрогравитации изучали изменения как в структуре пищевого субстрата, так и в организме животных.
Установлено, что эффективность утилизации червями субстрата №1 была неодинаковой в контрольной и опытной группах. Так, в контрольной группе заметный прирост биомассы червей наблюдается, начиная с 21 дня (60,2-81,8 %). В условиях клиностатирования в начале эксперимента (7 дней) отмечалась даже некоторое снижение биомассы организмов, однако через 14 дня они увеличили ее на 59,8 %, а в конце опыта (28 день) она составляла 84,5 %. Подобным образом изменялись и такие показатели как средняя масса одного червя в начале и в конце опыта, прирост биомассы червей за весь период эксперимента и за один день. Следует отметить, что незначительная потеря веса червей, вызванное клиностатированием в начале опыта, может быть обусловлено процессом адаптации к новым условиям существования при 22-24°С.
В зависимости от изменения биомассы червей происходили изменения в уровне использования пищевого субстрата. Информативным показателем оказалось отношение количества утилизированного червями корма к его биомассе. Анализируя данный показатель, можно заключить, что в первые 14 дней эксперимента кормовую смесь лучше усваивали черви в естественных наземных условиях, а эффективность использования питательных веществ у червей увеличивается, начиная с 21 дня пребывания их в условиях микрогравитации.
Визуально заметных изменений в пищевом субстрате под влиянием клиностатирования не наблюдалось. Следует подчеркнуть, что в контрольных контейнерах с пищевым субстратом, находящихся в состоянии неподвижности, происходило неравномерное распределение влаги по вертикали (процент воды возрастает с поверхности субстрат ко дну). В этом случае наблюдалось неравномерное заселение пищевого субстрата червями, в основном они сосредотачивались в средней зоне, что приводило к затруднению использования питательных веществ в результате конкуренции. Клиностатирование, наоборот, оказывало содействие равномерному распределению влаги и черви расселялись по всему объему пищевого субстрата в контейнере. В таких условиях повышалась эффективность использования питательных веществ корма дождевыми червями.
Воспроизводительная способность дождевых червей при использовании пищевой смеси №1 как в обычных условиях, так и при клиностатировании была довольно высокой. Появление в субстрате коконов и личинок было зафиксировано в обеих группах животных на 14 день эксперимента: в контроле – 3 кокона+9 личинок; в опыте – 5 коконов+12 личинок. Через 28 дней эксперимента контрольная группа червей отложила 26 коконов, из которых вылупилось 38 личинок. В условиях клиностатирования эти показатели составили соответственно 25 и 42. Итак, в расчете на один кокон в контроле получено 1,5 личинки, в условиях искусственно созданной микрогравитации – 1,7. Полученные данные свидетельствуют, что условия клиностатирования, по-крайней мере, не имеют отрицательного влияния на процесс воспроизводства Красного калифорнийского гибридного червя.
Полученные данные позволяют сделать заключение, что равномерное распределение влаги и червей в условиях клиностатирования оказывают содействие лучшему усвоению питательных веществ корма, увеличению прироста их биомассы и интенсивности воспроизводства.
Пищевой субстрат №2 для червей отличался от первого в том, что отсутствовала бумага и дополнительно вводили яблоки и почву. В результате такой замены в субстрате сохранялось необходимое количество целлюлозы. Введение почвы улучшало структуру пищевого субстрата, оказывало благотворное влияние на жизнедеятельность дождевых червей и более эффективному усвоению питательных веществ. Следует обратить внимание, что данный эксперимент проводили при температуре воздуха 29°С.
Полученные данные свидетельствуют, что при температуре 29°С, влажности пищевого субстрата 75-80 % и значении рН среды 7,0 дождевые черви находились в лучшем состоянии и в обычных условиях, и при клиностатировании. На протяжении опыта сохранилось 100 % особей. В данной кормовой смеси прирост биомассы червей, в отличие от варианта №1, наблюдается уже с первой недели эксперимента и превышает его на 63,8 %. Одной из причин может быть улучшение структуры пищевого субстрата за счет введения к его состав почвы. Максимальный прирост биомассы червей при потреблении пищевого субстрата №2 наблюдается через 21 день и остается на таком же уровне до конца эксперимента.
Пребывание животных в течение 7 суток в условиях искусственно созданной микрогравитации несколько уменьшает ростовые показатели (на 7,6 %), но через 14 дней и до конца эксперимента биомасса червей в контрольной и опытной группах почти не отличалась. Подобная тенденция наблюдалась при анализе показателей роста отдельных особей как за весь период опыта, так и за 1 день. Ростовые показатели животных коррелируют с интенсивностью усвоения корма. Отрицательное влияние клиностатирования на интенсивность утилизации пищевого субстрата дождевыми червями наблюдалось лишь в первые 7 дней.
Коконы и личинки в обоих группах червей начали появляться после семидневного пребывания в кормовой смеси №2. Следует обратить внимание, что при действии клиностатирования эффективность воспроизводства червей превышала таковую в контрольной группе (коконов - на 12,5%, личинок – на 20,0% больше). Полученные данные свидетельствуют о положительном влиянии равномерного распределения влаги в пищевом субстрате, повышенной температуры окружающей среды на процессы жизнедеятельности дождевых червей и, в частности размножения.
В пищевой субстрат №3 были введены кабачки, а вместо почвы использовали песок. О высокой эффективности данного пищевого субстрат для жизнедеятельности дождевых червей свидетельствуют полученные данные. Так, показано, что в контрольных условиях и в условиях микрогравитации наблюдалась 100%-ная выживаемость червей. Все подопытные животные имели темно-красный цвет и здоровый вид, были достаточно подвижны. Однако прирост биомассы у червей контрольной группы был несколько выше (на 9,2 %). Начиная с 14 дня эксперимента, черви в условиях клиностатирования имели большую на 10,1 % биомассу. Преимущество в приросте биомассы у особей опытной группы сохраняется и через 21 день эксперимента (на 12,4 %), однако на 28 день отличие составляет лишь 7,6%. Необходимо подчеркнуть, что прирост биомассы червей при использовании пищевого субстрата №3 был выше такового при использовании пищевого субстрата №2. Приросты биомассы у червей в контроле и опыте были следующими: через 7 дней – 7,0 и 8,6%; 14 дней – 16,7 и 10,9 %; на 21 день – 7,4 и 1,3 %; через 28 дней – 8,5 и 6,3 %, соответственно. Как видно из представленных данных, с возрастанием продолжительности опыта различия в приросте биомассы червей двух групп уменьшаются. Подобная тенденция сохраняется и в отношении прироста массы отдельных особей на протяжении всего эксперимента и за 1 день под влиянием микрогравитации. Интенсивность усвоения организмами питательных веществ субстрата также характеризовалась высокими показателями, в особенности во второй половине эксперимента.
Значительный прирост биомассы и улучшение физиологических кондиций у дождевых червей в условиях микрогравитации оказывало положительное влияние на их плодовитость. В конце эксперимента в условиях микрогравитации было обнаружено коконов на 11,8 % и личинок на 21,4 % больше, чем в контроле. Это наблюдалось и при использовании пищевого субстрата №2.
Таким образом, можно сделать заключение, что все испытанные пищевые субстраты вполне удовлетворяют потребностям Красного калифорнийского гибридного червя в питательных веществах, но преимущество имеет пищевой субстрат №3. Дождевые черви быстро заселяются в данный субстрат, равномерно распределяются по его объему, быстро адаптируются к условиям искусственно созданной микрогравитации. Опыты показали, что уже через 7 дней пребывания в условиях клиностатирования по показателям жизнедеятельности червя превосходили таковые показатели контрольных животных. Факт быстрого приспособления к необычным стрессовым условиям микрогравитации может быть обусловлен как примитивностью нервной системы олигохет, так и наличием дополнительных механизмов адаптации к условиям искусственно созданной микрогравитации.
Автор(ы): Н.Ю.Евтушенко, В.Д.Соломатина, О.Г.Зиньковский, А.С.Потрохов, Ю.Д.Коновалов, Н.А.Моги
Источник: Материалы II научно-практической конференции "Дождевые черви и плодородие почв"
|
Статистика по сайту 
