В статье представлены результаты изучения влияния температуры на выживаемость организмов на примере двух видов дрозофил, обитающих в контрастных по температурному режиму климатических зонах.
Ключевые слова : окружающая среда, дрозофила, адаптация, термоустойчивость.
В современном мире одной из острых проблем является изменение климата всей планеты, что влияет на жизнь живых организмов. Умение приспосабливаться к изменяющимся условиям окружающей среды лежит в основе выживания разных видов. Поэтому одним из актуальных вопросов современной биологии является изучение механизмов приспособления организмов к неблагоприятным условиям среды обитания (адаптация). Среди разных факторов окружающей среды наибольшее воздействие на организм оказывает изменение температуры. Для изучения процессов адаптации в лабораторных условиях изменение температурного режима также является очень удобным экспериментальным методом.
Объектом моего исследования стала плодовая мушка дрозофила. Дрозофила является модельным организмом для изучения разных вопросов в области генетики, молекулярной биологии, иммунологии, экологии во многих научных лабораториях [1].
Целью данной работы было изучение зависимости выживания от температуры двух видов дрозофилы, обитающих в разных регионах — южный вид Drosophila virilis и северный вид Drosophila lummei .
Дрозофила — это небольшая мушка, относящаяся к отряду Двукрылых. Распространена она повсеместно, от Африки до Финляндии. В природе существует более трех тысяч видов дрозофил. Большинство видов дрозофилы живут ограниченно в каком-то определенном районе (виды-эндемики). На территории России встречается примерно 200 видов [2]. Данные виды обитают в различных климатических поясах и, соответственно, должны отличаться по приспособляемости к воздействию высоких температур. Надо отметить, что повышение температуры обитания на 5–15 0 С для многих исследованных организмов уже является неблагоприятным фактором, к которому надо приспосабливаться. Это было показано для разных организмов — дрожжей, насекомых, рыб, моллюсков и др. У многих организмов развита так называемая система избегания гипертермии, т. е. они просто могут находить прохладные укрытия в жаркое время. Наиболее часто температурному воздействию подвергаются организмы, не имеющие возможности поведенческой регуляции — сидячие организмы, или обитающие в стоячей воде (пруд, болото), или в приливно-отливной зоне (например, креветки). В своей работе я сравнивала два вида мушек, живущих в разных температурных условиях — обитающую в тропической и субтропической зонах Drosophila virilis и заселяющую приполярные области, вплоть до Полярного круга и Финляндии, Drosophila lummei. Данные виды находятся в коллекции лаборатории в институте ИМБ РАН. Используемые виды мух содержали в пробирках со стандартной питательной средой [3] при постоянной температуре +24 0 C.
Для того чтобы оценить влияние высокой температуры на выживаемость мух, были отобраны 5-дневные насекомые. Мух переносили в специальные пластиковые пробирки с завинчивающейся крышкой (по 10 шт. на пробирку). Далее пробирки помещали в предварительно нагретый водяной термостат с нужной температурой воды на 30 минут. Пробирки обязательно должны быть все погружены в воду. После окончания теплового воздействия пробирки вынимали и мух аккуратно переносили в пробирки с питательной смесью и оставляли горизонтально на 48 часов. Через 48ч подсчитывали число выживших мух. По результатам был построен график выживаемости (рис.2).
Одна серия эксперимента включала анализ 30–40 мух для одного температурного показателя. Всего было сделано 3 серии опытов, проанализировано по 100 мух для каждой температуры. Температура была выбрана +39 0 С, +40 0 С, +41 0 С, +42 0 С. Эта температура выше температуры в комнате, в которой содержатся мухи, на 15 0 С и более, и также выше средней температуры, при которой мухи обитают в естественной среде.
Адаптацией вида к определенному температурному режиму называют способность этого вида переносить в течении короткого времени интенсивное тепловое воздействие и максимальную температуру окружающей среды, при которой возможно размножение [4]. На рис. 1 показан график выживаемости мух, т. е. процент мух, выживших через 48 ч. после теплового воздействия. По этому графику определяли LT50 (температуру, при которой выживает 50 % мух, половина). Эта характеристика используется в научных лабораториях для обсчетов воздействия разных веществ или неблагоприятных факторов на организм. Она считается более точной для анализа данных.
Вид Drosophila lummei оказался гораздо менее устойчивым к температуре, чем Drosophila lummei . При температуре 39 0 С выживают мухи обоих видов, при температуре 40 0 С половина мух вида Drosophila lummei умирает, тогда как Drosophila virilis прекрасно переносит эту температуру. При нагревании до 41 0 С гибли все мухи северного вида Drosophila lummei , а у более термоадаптированного вида выживаемость при этой температуре составила 80 %. Половина всех мух Drosophila virilis (показатель LT50) погибают при температуре чуть больше 41 0 С, и все погибают при 42 0 С.
Рис. 1. Определение выживаемости двух видов дрозофил в зависимости от температуры
Были получены результаты, подтверждающие нашу гипотезу — лучше всего переносит повышенную температуру вид, приспособленный к температурным воздействиям и обитающий в тропиках, тогда как северный вид не приспособлен к переживанию высоких температур.
Выводы
В своей работе я хотела наглядно показать, как может повлиять повышение температуры даже на 1 градус на организм на примере известной науке мушки дрозофилы. Понимание этого важно, потому что мы живем во время всемирного изменения климата, вызванного человеком. Если потепление климата не остановить, многие виды живых существ, растений и животных могут погибнуть поскольку их среда обитания будет изменяться быстрее, чем они смогут приспособиться к этим изменениям.
Литература:
- Козак М. Ф. «Дрозофила — модельный объект генетики»; Учебно-методическое пособие. — Астрахань: Астраханский государственный университет, 2007. — 87 с.
- Нарчук Э. П. Определитель семейств двукрылых насекомых фауны России и сопредельных стран. Труды Зоологического института РАН. Т. 294. 2003. — 250 с.
- Н. В. Быстракова, О. А. Ермаков, С. В. Титов. Руководство к практическим занятиям по генетике: учебно-методическое пособие. Издательство ПГПУ им. В. Г. Белинского, 2011. — 72 с.
- А. В. Маринченко «Экология»: учебное пособие, Москва, 2014, 303 с.
