1.2.2. Физиология мидий.
Размножение и развитие.
При разведении животных по полноцикличной технологии,
когда фермер сам производит посадочный материал для дальнейшего
выращивания на морской ферме, он вынужден проводить
искусственный нерест производителей и оплодотворение яйцеклеток,
а также выращивать личинок. Но и при сборе молоди (спата)
непосредственно в море необходимо иметь достаточно глубокое
представление о различных аспектах размножения и развития
выращиваемых объектов. Ниже приводятся сведения об основных
процессах размножения мидий.
Гаметогенез - процесс формирования половых клеток. Из
клеток эпителия ацинуса развиваются первичные половые клетки –
гоноциты. Гоноциты дифференцируются (специализируются) на
35
женские или мужские клетки – оогонии и сперматогонии. Оогонии
отличаются от сперматогоний наличием одного ядрышка и остаются
прикрепленными к стенке ацинуса. Весь период гаметогенеза у
мидий условно подразделяется на 4 стадии в зависимости от степени
развития половых клеток (стадии зрелости гонад: 1 – относительного
покоя, 2 – начала гаметогенеза, 3 – активного гаметогенеза и 4 –
преднерестовая стадия). Гаметогенез занимает значительную часть
репродуктивного цикла моллюсков. Продолжительность нерестового
периода у мидий зависит от температуры воды и размера моллюсков
и составляет 1 - 1,5 месяца. Стадия посленерестовой перестройки
продолжается до 0,5 месяца и более. Иногда на стадии начала
гаметогенеза могут встречаться фагоциты, участвующие в резорбции
(рассасывании) половых клеток.
Оогенез – процесс формирования женских половых клеток.
Развитие яйцеклеток у мидий протекает по так называемому
солитарному типу, это означает, что растущие ооциты получают
питание от тканей самки без участия дополнительных питающих
клеток. В процессе оогенеза различают стадии: размножения, роста и
созревания. Дифференцировка женских половых клеток
складывается из нескольких этапов. Из клеток герминативного
эпителия ацинусов дифференцируются оогонии – мелкие (размером
5-6 мкм) клетки. Количество оогоний увеличивается в результате
митотических делений (митоз – это деление соматических клеток).
Когда деление прекращается, оогонии превращаются в ооциты
первого порядка, отличительная черта которых - большое
пузыревидное ядро. Ооциты вступают в фазу медленного роста,
затем в фазу быстрого роста, при этом размеры их увеличиваются до
70 мкм. В период большого роста ооцитов активизируется
деятельность пищеварительной системы, увеличивается потребление
кислорода, усиливается тканевое дыхание; при этом в гемолимфе
мидий возрастает содержание липидов, низкомолекулярных белков и
углеводов. Эти вещества поступают в ооцит через мембрану.
Развитие ооцитов сопровождается изменением его связи со стенкой
ацинуса. По мере роста ооциты выдаются в просвет ацинуса, но
остаются связанными с его стенками при помощи
цитоплазматических мостиков, которые постепенно становятся все
тоньше. На преднерестовой стадии развития большинство ооцитов
36
уже отделены от стенки ацинуса, свободно находятся в его просвете.
На этой стадии, при исследовании на мазке гонад под микроскопом,
у ооцитов просматривается ядро. Запасные питательные вещества в
яйцеклетках представлены углеводами (гликогеном), белками и
липидами. На цитокариологических препаратах (препаратах ядер
клеток) можно определить стадию мейоза: у мидий – это диакинез
профазы мейоза I. (Мейоз – деление и созревания половых клеток).
До нереста половые клетки самки остаются в фазе ооцита первого
порядка с диплоидным набором хромосом - стадия метафазы первого
мейотического деления.
Сперматогенез – процесс формирования мужских половых
клеток. В процессе сперматогенеза различают следующие стадии:
размножения, роста, созревания и формирования. В периферически
расположенных сперматогониях происходят митозы.
Образовавшиеся за счет серии митотических делений, сперматогонии
отличаются уменьшенными размерами цитоплазмы, часто имеют два
ядрышка и дают начало сперматоцитам. В результате двух
мейотических делений, образуются сперматиды, которые затем
превращаются в спермии. Клетки каждой последующей стадии
сперматогенеза обычно располагаются все ближе к просвету ацинуса.
В ацинусе гонады самца, находящегося на преднерестовой стадии,
хвостовые нити сперматозоидов группируются пучками к центру.
Это можно наблюдать на гистологических препаратах гонад. При
изучении мазка гонады при помощи микроскопа, можно наблюдать
степень подвижности сперматозоидов: на преднерестовой стадии
сперматозоиды малоподвижны, совершают колебательные движения;
на нерестовой стадии - подвижность всех сперматозоидов очень
высока.
Сперматозоиды мидии, как и у всех двустворчатых моллюсков,
состоят из головки и хвостика (рис. 16). Форма и размеры головки
являются характерными видовыми признаками у двустворчатых
моллюсков. У сперматозоидов мидии M. galloprovincialis форма
головки округлая с диаметром 5 – 5,5 мкм. Ядро занимает большую
часть объема головки спермия. В передней части головки находится
акросома. Между ядром и акросомой расположены волокнистые
структуры (субакросомный стержень). Митохондрии окружают
проксимальную и дистальную центриоли.
Рис. 16. Строение спермия мидии: 1 – придатки дистальной центриоли; 2 –
митохондрии; 3 – субакросомный стержень; 4 – дистальная центриоль; 5 –
проксимальная центриоль; 6 – придаток проксимальной центриоли; 7 – ядро; 8 –
типичная акросома (по Дроздову, 1987).
Оплодотворение
У мидий оплодотворение происходит непосредственно в
морской воде. Процент оплодотворенных яйцеклеток зависит от
концентрации спермиев. В лабораторных условиях 100%
оплодотворение яйцеклеток (без полиспермии) происходит при
соотношении: 10 спермиев на 1 яйцеклетку. Полиспермия
(проникновение 2 и более сперматозоидов) наблюдается только в
экспериментальных условиях при высокой концентрации
сперматозоидов. В результате полиспермии нарушается
эмбриональное развитие. Для ее предотвращения, определяется
концентрация половых продуктов и их оптимальное соотношение
или через несколько минут после оплодотворения суспензию
разбавляют морской водой, либо при помощи мельничного сита
оплодотворенные яйцеклетки переносят в профильтрованную
морскую воду. В природных условиях оптимальная концентрация
половых продуктов создается при одновременном нересте мидий
обоих полов и благодаря компактному поселению моллюсков.
Яйцеклетки в воде приобретают округлую форму. Они покрыты
двухслойной оболочкой. Внутренняя желточная оболочка пронизана
ворсинками. От их концевых участков отходят многочисленные
38
фибриллы, которые, переплетаясь, образуют студенистую оболочку.
Проникновение сперматозоида не приурочено к определенному
месту яйцеклетки. Он может внедриться в любой точке поверхности.
Процесс внедрения быстрый и составляет всего три минуты. На
цитологических препаратах оплодотворенных яйцеклеток
окрашенное ядро сперматозоида четко видно в цитоплазме
яйцеклетки вплоть до завершения мейоза.
Мейоз и эмбриональное развитие.
Мидии вымётывают зрелые яйцеклетки на стадии метафазы I
(рис. 17). На этой стадии мейоза ядерная оболочка растворена и 14
бивалентов находятся непосредственно в цитоплазме яйцеклетки. (В
кариотипе мидий – 28 хромосом).
Рис. 17. Метафаза I в
неоплодотворенной
яйцеклетке мидии (х 1575;
видны 14 бивалентов).
Каждый бивалент
состоит из двух
хромосом, тесно
соединенных по всей
длине ковалентными и
водородными связями, а
каждая хромосома - из
двух хромонем. На этой
стадии мейоза
яйцеклетки находятся в
воде до момента оплодотворения.
После первого мейотического деления, которое продолжается
только после оплодотворения, на 15–й мин. (при температуре воды
18оС) происходит выделение первого направительного (полярного)
тельца, содержащего половину хромосомного набора яйцеклетки.
При помощи микроскопа (ув. 100) можно наблюдать этот процесс.
Полярное тельце представляет собой маленькую клетку с
конденсированным хроматином, не окруженным мембраной, а
свободно контактирующим с цитоплазмой и органоидами
цитоплазмы. Через 30 мин. после выделения первого
39
направительного тельца происходит выделение второго
направительного тельца строго под первым.
Второе полярное тельце образуется аналогично первому и имеет
сходную морфологию, но его хроматин окружен мембранной
оболочкой. Оба полярных тельца лежат под желточной оболочкой,
плотно примыкая друг к другу и к поверхности яйцеклетки. В
результате выделения двух полярных телец в яйцеклетке остается
гаплоидный набор хромосом. При слиянии с гаплоидным набором
хромосом спермия, восстанавливается диплоидный набор потомков,
состоящий как из отцовского, так и материнского набора. По такой
схеме (с небольшими вариациями стадий мейоза при нересте)
происходит процесс деления-созревания яйцеклеток у всех
двустворчатых моллюсков. Через 65 мин. после оплодотворения
формируется первая полярная лопасть. Она довольно сильно
обособляется от остальной массы цитоплазмы, оставаясь
соединенной узкой перетяжкой. По мере формирования борозды
первого деления дробления полярная лопасть сливается с одним из
двух бластомеров зародыша, который становится крупным
бластомером 2-х клеточной стадии. По истечении 10 мин.
наблюдается первое митотическое деление. Синхронность деления
очень высокая. Так, на 90-й мин. после оплодотворения было
отмечено 90% 2-х клеточных эмбрионов и формирование второй
полярной лопасти. Второе деление дробления начинается с
выпячивания на вегетативном полюсе крупного бластомера второй
полярной лопасти, а на 98 мин. следует второе митотическое
деление. Важнейшая особенность дробления у видов, развивающихся
с формированием полярных лопастей, заключается в отделении
второго квартета микромеров, что происходит с нарушением
типичного для спирального дробления порядка. Через 2 час. 15 мин.
можно наблюдать 8 бластомеров, а через 2 час. 50 мин. – 12. Все это
время полярные тельца остаются соединенными с эмбриональными
клетками в том месте, где произошло их выделение. Бластулу можно
наблюдать примерно через 4,5 час. после оплодотворения.
Развитие личинок мидии: рис. 18 (цветной вкладыш).
В наших наблюдениях первая личиночная стадия мидии M.
galloprovincialis, называемая стерробластулой, была отмечена через
13 час. после оплодотворения. Подвижность стерробластулы
40
обеспечивается за счет биения трех рядов ресничек и двух ресничек
теменного султанчика.
У плавающих личинок продолжается деление клеток, и
протекают морфогенетические процессы, главными из которых
являются формирование зачатка раковинной железы и гаструляция.
Следующую личиночную стадию – трохофору - можно наблюдать
через 23 часа. На этой стадии происходит формирование
пищеварительной системы, увеличивается объем полости тела,
происходит выворачивание зачатка раковинной железы.
Кальцификация раковины начинается за счет отложения
отдельных гранул минерального вещества (арагонита) в узком
промежутке между органической пластинкой зачаточной раковины и
цитоплазматической мембраной клеток раковинной железы. В
дальнейшем развитии видно, что раковина закладывается на спине
трохофоры сначала в виде целой пластинки, которая лишь позднее
перегибается по срединной линии и становится двустворчатой,
причем место перегиба сохраняется в виде лигамента.
На третьи сутки трохофора превращается в характерную для
многих моллюсков личинку – велигер D-формы (см. рис. 18; рис. 19).
Верхняя часть трохофоры преобразуется в покрытый длинными
ресничками диск – парус (велюм), служащий для плавания. В центре
этого диска находится теменная пластинка с султаном
чувствительных ресничек.
Двустворчатая раковина велигера хорошо развита и покрывает
все тело личинки; при плавании парус (велюм) выставляется из
раковины. Раковина раннего велигера называется продиссоконх. В
развитии раковины велигера выделяют две стадии: продиссоконх - I
и продиссоконх - II. Границей между ними служит линия, хорошо
различимая на поверхности раковины. Поверхность продиссоконха -
I гладкая, покрыта периостракумом толщиной до 0,1 мкм,
поверхность продиссоконха – II имеет концентрическую
исчерченность, и более толстый периостракум. Размеры
продиссоконха I: длина 80 – 148 мкм (средняя 116 мкм), высота – 65
– 130 мкм (средняя 83 мкм), длина замкового края – 71 – 95 мкм
(средняя 82 мкм), отношение высоты к длине раковины – 0,7.
Рис. 19. Личинка велигера мидии (А); схема
замкового края велигера (Б); великонха и
схема строения замка великонхи (В) (по
Захваткиной, 1972).
Отношение длины замкового
края к длине раковины – 0,8.
Прямой замковый край раннего
велигера без замка. По мере
развития продиссоконха – II,
появляется и усложняется
личиночный замок. Первичный
замок личинки мидии – это узкая
пластинка, на которой равномерно
расположены одинаковые по
строению, но различающиеся по
размерам зубчики: по три или
четыре зубчика с каждой стороны
раковины. Личинка на данной
стадии - прозрачная. По мере роста
личинок число зубов в замке
увеличивается и краевые зубы
становятся значительно крупнее
центральных. Главными
систематическими признаками велигеров являются их размеры.
Длина – наибольшее расстояние между передним и задним концами
раковины, параллельное замковому краю; высота – наибольшее
расстояние между замковым и брюшным краями раковины; длина
замкового края – длина прямой линии в месте соединения створок;
отношение высоты к длине и отношение длины замкового края к
длине, а также строение замка. Продолжительность стадии велигера
у мидий, культивируемых в питомнике, - около двух недель.
Следующая планктонная стадия развития мидии – великонха.
Великонха. Длина раковины 168 – 250 мкм. Раковина овально –
треугольная, яйцевидная, равностворчатая (см. рис. 19). Замковая
линия перестает быть прямой в результате развития на этом месте
макушки. Раковина из плоской превращается в выпуклую. Длина
раковины немного больше высоты. Макушки хорошо развиты.
42
Концентрические линии роста широкие и глубокие, равномерно
расположенные. Раковина однородно желтого цвета, иногда
окрашены только ее края. Замок (провинкулюм) хорошо развит (см.
рис. 19; рис. 20).
Рис. 20. Постлавральное развитие замка у Mytilus
galloprovincialis: а – общий вид раковины
(увеличение 50); б – увеличенное изображение
промежуточных и ювенильных зубов (увеличение
130). 1 – провинкулюм; 2 – промежуточные зубы;
3 – ювенильные зубы (по Малахову, Медведевой,
1991).
У великонх он важный
систематический признак. Замок состоит
из ряда прямоугольных зубчиков, более
крупных по бокам и мелких в середине.
Впереди и сзади 7-8 крупных, а
посередине 11-13 мелких зубчиков.
Замок одинаковый на обеих створках.
Овальный лигамент задний, расположен
перед крупными задними зубчиками.
Пигментные пятна (глаза) по мере роста
увеличиваются и становятся интенсивно окрашенными.
Нога наблюдается у педивелигеров длиной раковины 270 мкм.
Жаберные петли появляются у личинки при размере 278 мкм, а
задний мускул – аддуктор - при 307 мкм. Печеночные дивертикулы
поперечно-овальные, окрашены в желто-зеленый цвет. Длина и
высота личинок, готовых к метаморфозу, достигает 350 и 304 мкм
соответственно. (В экспериментальных условиях оседание личинок
начинается при длине раковины 280-300 мкм). Их раковина
становится треугольной. Макушки хорошо выступают. В замке
хорошо развиты боковые зубы.
Анатомия личинок мидии
Край мантии велигера расщеплен на две складки: внешнюю и
внутреннюю, между которыми залегает периостракальная борозда.
Стенка внешней мантийной складки, прилегающая к раковине,
образована секреторными эпителиальными клетками, участвующими
в формировании раковины. Среди них имеются и чувствительные
43
клетки с короткими сенсорными жгутиками, упирающимися в
раковину. Периостракум формируется в периостракальной борозде,
между клетками внутренней и внешней мантийных складок.
Функции клеток края мантии разнообразны: построение раковины,
формирование периостракума, выделение слизи и восприятие
раздражений.
Анатомическое строение велигера очень близко к таковому
взрослого моллюска (рис. 21). Имеется зачаток ноги, мантия, ганглии
нервной системы, желудок, печень, но органами выделения пока еще
остаются протонефридии. Канальцевая клетка протонефридия
содержит в цитоплазме многочисленные включения, которые
представляют собой продукты обмена, удаляемые через
протонефридий. Отверстия протонефридиев у велигера находятся по
бокам от зачатка ноги.
Ранний велигер обладает уже развитым сократительным
аппаратом. Первыми дифференцируются три пары ларвальных
ретракторов (личиночные сократительные мышцы), представляющих
собой мышечные пучки, прикрепленные к середине спинного края
раковины и расходящиеся к переднему, среднему и заднему краям
створок. Одновременно с ними, вблизи переднего края раковины,
появляется передний аддуктор.
Задний аддуктор закладывается значительно позднее. Он
располагается позади висцеральных ганглиев и проходит под задней
кишкой.
У педивелигеров закладывается пара мышц – ретракторов ноги.
При метаморфозе ларвальные ретракторы и мышцы, втягивающие
велюм, редуцируются. Передний и задний аддукторы и мышцы –
ретракторы ноги дают начало мышцам молодого моллюска.
Зачатками почек и перикарда являются два комплекса клеток,
располагающихся в задней части тела по обе стороны от тонкого
кишечника. Зачатки почек удлиняются и превращаются в слепо
замкнутые трубки. У педивелигеров они еще не соединены с
внешней средой и полостью перикарда.
Соединение происходит только после метаморфоза личинок.
После отделения зачатков почек, оставшиеся клетки дают начало
перикарду и сердцу. Зачатки перикарда представлены парными
44
пузырьками, образующимися из плотных комплексов клеток справа
и слева от тонкой кишки.
Рис. 21. Схема расположения органов педиведигера двустворчатых моллюсков:
1 – церебральные ганглии; 2 – передний аддуктор; 3 – велюм; 4 – пищевод; 5 – рот; 6
– педальные ганглии; 7 – слизистые и фенольные железы ноги; 8 – проток биссусной
железы; 9 – зачаточные жабры; 10 – нога; 11 – осфрадий; 12 – анус; 13 –
висцеральные ганглии; 14 – задний аддуктор; 15 – реноперикардиальный зачаток; 16
– мешок кристаллического стебелька; 17 – желудок; 18 – левая доля печени; 19 –
желудочный щит; 20 – статоцисты; 21 – тонкий кишечник; 22 – глаза; 23 – правая
доля печени (по Waller, 1981).
Они постепенно сближаются, охватывают тонкую кишку с боков
и соприкасаясь друг с другом на спинной и брюшной сторонах
кишечника. Оба пузырька сливаются, и наружная стенка становится
перикардом, а внутренняя – наружной стенкой сердца. Внутренняя
стенка сердца образуется из мезенхимных клеток, осевших на
базальную мембрану тонкой кишки.
45
Строение пищеварительного тракта раннего велигера имеет
почти все характерные для взрослых моллюсков структуры:
кристаллический стебелек в желудке, пищеварительные и
секреторные клетки в пищеварительной железе и т.д. У велигеров
позади рта имеется пучок ресничек, который выполняет сенсорные
функции, возможно, участвует в удалении избытков пищевых частиц
и слизи. На брюшной стороне тела велигера имеется еще два участка,
покрытых ресничным эпителием: один между ртом и анусом, другой
позади ануса, расположенного на брюшной стороне личинки,
который принимает участие в удалении экскрементов из мантийной
полости. Кишечник велигера подразделяется на переднюю кишку,
желудок, печеночные выросты, тонкую среднюю кишку и заднюю
кишку. Передняя кишка выстлана ресничками, загоняющими пищу в
желудок. На границе между передней кишкой и желудком имеется
ресничный клапан, образованный спаянными между собой
ресничками. Реснички, направленные внутрь желудка, препятствуют
обратному выходу пищевых частиц. Как правило, уже на ранних
стадиях развития появляется пигмент, окрашивающий личиночную
печень в бурый или зеленоватый цвет. Печеночная ткань врастает в
стенку желудочного расширения, и затем соединяется с желудком,
образуя его переднюю и большую часть боковых стенок. Среди
вакуолизированных клеток, участвующих во внутриклеточном
переваривании пищи, расположены мелкие клетки – зачатки тканей
дефинитивной (окончательно сформированной) печени.
Стенки желудка состоят из уплощенного эпителия. По мере
развития на задней стенке желудка появляется слепой вырост,
который представляет собой железу кристаллического стебелька.
Кристаллический стебелек вращается благодаря биению ресничек и
перемешивает в желудке пищу. Задний конец желудка переходит в
тонкую среднюю кишку, выстланную ресничками. Их биение
обеспечивает продвижение пищи в узком просвете средней кишки.
Основная пища личинок – растительный компонент
наннопланктона, состоящего из мелких микроводорослей.
Максимальный рост личинок наблюдается при оптимальной
концентрации микроводорослей и зависит от их видового состава.
У раннего велигера церебральный ганглий является
единственным нервным ганглием личинки. Позднее закладываются
46
педальные, висцеральные и плевральные ганглии. В отличие от
церебрального, все остальные ганглии закладываются как парные
органы. Образование педальных ганглиев предшествует
формированию ноги.
Велигер D – стадии еще не имеет жабр. Первые признаки жабр
появляются в виде пучков ресничек на внутренней поверхности
мантии в задней трети части тела личинки. Впереди от этих пучков
развиваются невысокие валики – зачатки будущих жаберных
филаментов, покрытых короткими ресничками.
Органами чувств у велигеров является апикальный пучок
ресничек и чувствительные реснички мантии (органы
механорецепции); у великонхи появляются глаза, а у педивелигера -
органами чувств служат еще и реснички на ноге и статоцисты (рис.
22).
Глаза появляются у личинки на стадии великонхи Они
располагаются на боковых сторонах тела личинки и представляют
собой пигментную чашу, заполненную студенистым веществом,
выполняющим функцию линзы. В пигментную чашу входят отростки
фоторецепторных клеток. Светочувствительный апарат глаз
представлен микровиллями, а не ресничками. Глаза иннервируются
от церебральных ганглиев. Статоцисты (органы равновесия)
появляются только у педивелигеров. Канал, связывающий полость
статоциста с внешней средой, выстлан ресничками. Статоцисты
иннервируются от церебральных ганглиев. В качестве
хеморецепторного образования у педивелигеров служит полоска
ресничных клеток, расположенных в спинной части мантийной
полости.
Железистый аппарат ноги педивелигера включает большое число
одноклеточных желез, различающихся по расположению, типу
секрета и функции. В ноге педивелигера мидии выделяют 6 типов
желез (рис. 23). Первый тип – это первичные биссусные железы,
открывающиеся в карманообразные расширения каналов биссусной
железы. Дополнительные биссусные железы выделяют секрет,
скрепляющий нити первичного биссуса.
47
Рис. 22. Расположение
ресничных структур и
органов в мантийной
полости педивелигера
двустворчатых моллюсков: 1
– внутренний пояс
локомоторных ресничек; 2 –
два пояса внешних
локомоторных ресничек; 3 –
адоральный пояс ресничек; 4
– посторальный пояс
ресничек; 5 – реснички по
краю мантии; 6 – глаза; 7 –
отверстия протонефридиев;
8 – зачатки жаберных
филаментов; 9 – зачаток
перегородки между эпи- и
инфрабранхиальной
камерами; 10 – анус; 11 –
постанальный пучок
ресничек; 12 – пучок
ресничек на пяточной части
ноги; 13 – отверстие
биссусной железы; 14 –
отверстия каналов
статоцистов; 15 – отверстия
цементных желез; 16 –
реснички на вентральной
поверхности носка ноги; 17 –
посторальный пучок ресничек; 18 – рот; 19 – апикальный пучок ресничек (по Waller,
1981).
Третья группа желез – вторичные биссусные железы,
выделяющие прочные коллагеновые нити вторичного биссуса. Они
открываются по ходу канала биссусной железы и у его отверстия.
Четвертая группа желез – педальные слизистые железы,
открывающиеся вдоль правого и левого краев передней части ноги.
Слизь, выделяемая этими железами, используется для облегчения
ресничной локомоции (передвижениях) при ползании осевшего
педивелигера по субстрату. Концевые прикрепленные железы
выделяют секрет на самом кончике носка ноги и обеспечивают
пяденицеобразное движение оседающим педивелигерам. При этом
передний конец ноги на короткое время прикрепляется к субстрату, а
48
сокращение продольных мышц ноги подтягивает тело педивелигера
вперед. Шестой тип желез – это так называемые «фенольные
железы», протоки которых открываются на вентральной поверхности
ноги впереди от отверстия биссусной железы, по ходу канала
биссусной железы и в карманообразные расширения канала. Секрет
этих желез прикрепляет нити вторичного биссуса к субстрату,
образуя специфические структуры в виде диска на конце каждой
нити.
Продолжительность пелагической (в толще воды) жизни – 3 - 4
недели. В экспериментальных условиях в зависимости от типов
скрещивания и условий культивирования продолжительность
личиночной стадии варьировала от 24 до 42 сут. При помощи
газовых пузырьков и (или) прикрепляясь к поверхностной пленке
воды, личинки могут удлинять пелагическую жизнь до нескольких
месяцев. После оседания на субстрат, педивелигер теряет парус и
постепенно превращается в молодого моллюска. Метаморфоз
закончился. У молодого моллюска формируется зачаток гонад в виде
группы клеток в задней части тела около висцерального ганглия.
Затем он разделяется на две группы клеток, симметрично
расположенных по обеим сторонам тела, которые, разрастаясь,
49
образуют систему ветвящихся трубочек, характерных для
двустворчатых моллюсков.
Личинки мидий – массовая форма прибрежного планктона
Черного моря. Наблюдаются два ясно выраженных возрастания их
численности: в конце апреля – мае и в сентябре – октябре, а в
некоторые годы - и в декабре. В самые теплые (июль-август) и
холодные месяцы (январь-февраль) года встречаются единичные
экземпляры личинок мидий.
Методы изучения личинок мидий.
Личинок собирают планктонной сетью (например, сетью Джеди)
и изучают в живом и фиксированном виде. В живом виде удается
хорошо рассмотреть внутреннее строение личинки. В качестве
наркоза используют хлористый кадмий (CdCl2), разбавленный в 1000
раз морской водой.
На фиксированном материале удается рассмотреть только
раковину. Для точной видовой идентификации изучают строение
личиночного замка. Для этого личинок очищают от мягкого тела 1%
раствором жавелевой воды, что требует особого умения быстро
вскрыть раковину личинки при помощи препаровальной иглы,
поскольку под действием применяемого вещества разрушается
раковина. Затем препарат промывают в дистиллированной воде.
Другой способ более простой и надежный: изучение раковин
отмерших личинок после разложения мягких тканей. Для изучения
морфологического строения отбирают пустые створки погибших
личинок. При помощи препаровальных иголок отделяют одну
створку от другой. Строение замка хорошо видно при осмотре
створок с внутренней стороны. Раковины вместе с водой переносят в
каплю глицерина. При медленном смешивании этих двух жидкостей
возникают турбулентные токи, медленно перемещающие и
поворачивающие раковины, что позволяет рассмотреть их со всех
сторон.
Плодовитость мидий и размеры яйцеклеток.
Высокая плодовитость и наружное оплодотворение – один из
элементов репродуктивной стратегии мидий. Под репродуктивной
стратегией понимают набор адаптаций, обеспечивающих успешное
размножение, в который включают размеры яиц, плодовитость,
возраст достижения половой зрелости, продолжительность
50
репродуктивного периода и уровень энергетических трат на
размножение. У мидий наблюдается прямая зависимость между их
размером и количеством выметанных яйцеклеток, то есть с
увеличением длины или общей массы особи индивидуальная
плодовитость увеличивается. Плодовитость мидий, как и у всех
двустворчатых моллюсков с наружным оплодотворением,
чрезвычайно высока. Например, в зоне обитания иловой мидии в
период ее массового размножения в толщу воды поступает 50 – 300
млн. яиц с 1 м2 дна. Плодовитость зависит от места обитания мидий,
сезона размножения, размеров яйцеклеток и методов подсчета.
По данным В.П. Воробьева (1938) одна самка в зависимости от
размера за период нереста выметывает от 3 до 12 млн. яиц.
Плодовитость, определенная О.Ю. Кудинским с соавторами (1987)
методом подсчета ооцитов на серии гистологических срезов
фрагментов гонад мидий (длина раковины 50 и 60 мм) составила 277
тыс. и 348 тыс. клеток.
Определенная методом многократной температурной
стимуляции нереста коллекторных мидий из бухты Ласпи размерами
от 25,6 до 55 мм в весенний сезон размножения, индивидуальная
плодовитость самок составила соответственно 150 тыс. и 1 млн. 910
тыс. яйцеклеток. Выведено уравнение зависимости плодовитости
мидий от длины раковины:
E = 15,85 × L2,832±0,.303; (25,1 мм ≤ L ≤ 55,0 мм); r = 0,904
До закладки пищеварительных органов, личинки мидий ранних
стадий находятся на эндогенном питании. От размеров яйцеклеток
зависит количество желтка, а следовательно – выживаемость
личинок на стадии стерробластулы и трохофоры. Показано, что
размеры яйцеклеток определяются температурой воды и
обеспеченностью мидий пищей в период полового созревания и не
зависят от длины раковины самки. Низкие значения температуры
воды обусловливают задержку вителлогенеза (накопление
питательных веществ в цитоплазме), определяющего конечные
размеры яйцеклеток. Если период созревания яйцеклеток (оогенез)
протекает в зимне-весенний сезон, то весной размеры яйцеклеток
достоверно выше, чем при нересте осенью. Разница между средними
51
размерами яйцеклеток в весенний и осенний периоды достигает
более 8 мкм (соответственно 79,3 и 71,1 мкм). Размеры яйцеклеток
иловых мидий, обитающих на глубине 50 м, где температура воды в
течение года меняется незначительно, в весенний и осенний сезоны
размножения составили около 60 мкм.
В пределах каждого сезона отмечена индивидуальная
изменчивость средних размеров яйцеклеток. Так, в весенний
нерестовый период диаметр яйцеклеток культивируемых мидий
изменялся в пределах от 76,4 до 83,6 мкм.
Методы исследования гонад.
Мидий собирают на протяжении всего года. Пробы следует
брать 1 – 2 раза в месяц в зависимости от скорости изменения
температуры воды. Для изучения половой структуры и
репродуктивного цикла отбирают друзы из верхней и нижней частей
коллектора мидийной фермы или часть мидийной «щетки» со скал.
Величина выборки – не менее 50 экз. Определяют стадии зрелости
гонад на гистологических препаратах или на мазке гонад, надрезая
гонаду при помощи скальпеля в средней части мантийного лепестка
и просматривая мазок под микроскопом. Принадлежность к
определенной стадии определяют по комплексу характерных
признаков. В соответствии с литературными и собственными
данными мы выделяем шесть стадий репродуктивного цикла,
которые перекрываются и постепенно переходят одна в другую.
1 стадия – относительного покоя. После окончания нереста
гонада тонкая, прозрачная, Ацинусы пустые, некоторые заполнены
ооцитами периода малого роста – у самок и сперматоцитами – у
самцов. Соединительная ткань максимально развита. Встречаются
питательные клетки и глобулоциты (амебоциты).
2 стадия – начало гаметогенеза. Гонада слабо заполнена. В
гонадах самок наблюдаются ооциты периода малого роста и
незначительное количество ооцитов большого роста. В гонадах
самцов – сперматоциты и сперматиды занимают почти весь ацинус.
3 стадия – активного гаметогенеза. Гонада средней
наполненности, цвет типичный для половозрелых гонад. Половые
клетки на всех стадиях оо- и сперматогенеза. На мазке гонад самок
видны ооциты периода большого роста грушевидной формы; у
самцов – уже сформированные, но еще неподвижные сперматозоиды.
52
4 стадия – преднерестовая. Гонада достигает своего
максимального объема, плотная, при надрезе – «текущая». У самок -
ооциты периода большого роста с ядрами, округлые, свободно
лежащие в просвете ацинуса. На мазке гонад у самцов - большое
количество малоподвижных, совершающих колебательные движения
сперматозоидов.
5 стадия – нерестовая. Гонады в состоянии нереста с разной
степенью освобождения от половых продуктов. Ацинусы самок
заполнены круглыми ооцитами без ядер, у самцов – подвижными
сперматозоидами (см. рис. 15: А, В; см. рис. 18) .
6 стадия – посленерестовой перестройки. Гонада тонкая с
островками невыметанных половых клеток. В некоторых ацинусах -
резорбированные ооциты и спермии, много питательных клеток ярко
оранжевого цвета и амебоцитов. На мазке гонад – единичные
яйцеклетки или сперматозоиды (см. рис. 15: Б, Г).
Обычно 6-я стадия перекрывается с 1-й стадией. Длительность
отдельных стадий гаметогенеза зависит от температуры воды:
каждая из первых трех стадий может продолжаться более трех
месяцев; 4-я и 5-я – от 1 до 2,5 месяцев. Самая короткая, 6-я, стадия –
до 1 месяца.
Результаты анализа зрелости гонад мидий представляют в виде
гистограммы, показывающей ход гаметогенеза по сезонам. В схему
необходимо включать сезонные изменения значений факторов среды
– температуры воды, биомассы фитопланктона.
Сопоставление данных о стадиях зрелости гонад мидий и
численности личинок в планктоне дает представление о начале
нереста, интенсивности и сроках его окончания.
Размножение и нерест мидий Mytilus galloprovincialis Lam. в
Чёрном море. Зависимость процессов размножения от
экологических факторов.
Оседание личинок мидий на коллекторы мидийной фермы,
зависит от многих факторов: изменения температуры воды,
количества фитопланктона, направления и скорости течения,
времени выставления коллекторов, продолжительности нахождения
и глубины расположения их в морской воде и т.д. Динамика
численности личинок мидий в планктоне определяется, в основном,
сроками нереста мидий илового и скального биотопов. В различных
53
районах моря сроки нереста мидий также могут не совпадать, что
связано с различающимися экологическими условиями.
Массовый нерест мидий в Чёрном море повторяется два раза в
год: весной и осенью, но так как репродуктивный цикл продолжается
круглый год, то в любой сезон обнаруживаются особи в состоянии
нереста. Массовый нерест мидий скального биотопа в различных
районах моря начинается весной при повышении температуры до
8,0°С, а осенью – при снижении до 18-15,5°С. При неблагоприятных
температурных условиях происходит задержка сроков созревания и
нереста. Известно, что гаметогенез у мидий M. galloprovincialis
замедляется при температуре выше 20,5°С, а рост ооцитов
прекращается при температуре ниже +3,5°С. Обилие пищи
способствует развитию гамет (половых клеток), а при недостатке ее
наблюдается подавление гаметогенеза, хотя полной остановки его не
происходит. Установлено, что экологические факторы,
изменяющиеся на протяжении полового цикла, воспринимаются как
сигналы к нересту только особями со зрелыми гонадами.
Репродуктивный цикл мидий из различных биотопов бухты
Ласпи.
Бухта Ласпи расположена восточнее Севастополя на расстоянии
30 км от него. Условия обитания мидий илового биотопа бухты
Ласпи (глубина 45-50 м) характеризуются относительно стабильным
температурным режимом, повышенным уровнем растворенной
органики и детрита. Культивируемые мидии и мидии скального
биотопа обитают в горизонте плавных сезонных и резких, вследствие
сгонно - нагонных явлений, изменений температуры воды в летний и
осенний периоды, сезонных изменений биомассы фитопланктона.
Различающиеся условия по-разному определяют начало и
продолжительность гаметогенеза и нереста мидий, как весной, так и
осенью. Условной временной границей между ними являются
периоды максимальных летних и минимальных зимних значений
температуры воды на поверхности бухты. Весеннему массовому
нересту предшествует период осенне-зимнего гаметогенеза,
продолжительность которого составляет около 2,5 месяца, осеннему
нересту – летний период гаметогенеза, который продолжается от 3 до
3,5 месяцев.
54
В бухте Ласпи массовый нерест мидий происходит два раза в
год: в весенний и осенний сезоны (рис. 24). Однако отдельные особи
в нерестовом состоянии встречались и летом. В некоторые годы,
после незначительного снижения нерестовой активности в октябре,
при оптимальной для нереста температуре воды (8°С) в зимний
период, нерест продолжался в декабре и январе.
Если температура воды зимой не опускалась ниже 6,5°С и
развитие фитопланктона было отмечено уже в феврале, а в начале
марта биомасса водорослей превышала 600 мг/м3, то во второй
половине месяца при повышении температуры воды до 7,5°С
начинался весенний массовый нерест скальных и культивируемых
мидий.
Максимальное количество нерестящихся мидий отмечали в
середине апреля. Большинство нерестящихся особей составляли
моллюски с длиной раковины 40-59 мм. В период пика нереста
общая доля нерестящихся была представлена в равной степени
мидиями с длиной раковины 30-39, 40-49 и 50-59 мм, т. е. более
половины особей указанных размерных классов, и 25 % – 20-25 мм.
В мае 5-ю стадию репродуктивного цикла проходили особи только
крупных размеров (40-80 мм), другие – стадию посленерестовой
перестройки и ранние стадии гаметогенеза. Летом, при температуре
воды выше 20,5°C, наблюдался заметный спад нерестовой
активности.
Мидии, проходящие 5-ю стадию репродуктивного цикла,
составили 10 % (в основном, самцы).
Начало осеннего массового нереста скальных и культивируемых
мидий происходило при снижении температуры воды до 17°C и
совпадало с увеличением биомассы фитопланктона.
Нерест начинался в сентябре - октябре и продолжался в ноябре-
декабре. Осенний массовый нерест скальных мидий полностью
совпал с периодом массового нереста иловых мидий.
Массовый нерест мидий илового биотопа проходит при
стабильной температуре: 7,7 – 8,3°С. Стабильными также являются
солёностный и кислородный режимы. Однако сроки начала
весеннего и осеннего нереста в разные годы не совпадали. Разница
составила около двух месяцев, что связано с обеспеченностью мидий
кормом.
55
Рис. 24. Изменение температуры поверхностного слоя воды в бухте Ласпи
(ТоС) ( Shalyapin, 1990) и биомассы кормового фитопланктона (мг/м3) (Сеничева,
1990) в 1987 г.; доля моллюсков, проходящих разные стадии репродуктивного цикла
(1 – 6: стадии зрелости гонад); динамика а) – линейного роста и б) – роста массы
мягких тканей культивируемых мидий разного возраста ( 1 -7: 3,5 – 0,5 года) за 1987
год.
56
Весенний массовый нерест иловых мидий начинался в первой
декаде мая или в конце июня. Максимальное количество
нерестящихся особей составляло около 50%; среди них более
половины (65 %) особей были мидии крупных размеров (50-79 мм) и
менее четверти – с длиной раковины 25-35 мм.
Рацион мидий илового биотопа состоит, в основном, из детрита
и растворенного органического вещества, концентрация которых
увеличивается после «цветения». В период весенней стратификации
и в позднеосенний период при равномерном перемешивании воды
увеличивается количество фитопланктона на данном горизонте.
Следовательно, количественный и качественный состав пищи мидий
нижней границы илового биоценоза, расположенной под сезонным
термоклином, определяется сезонной динамикой фитопланктона
верхней фотической зоны. Так как сезонная динамика фитопланктона
обусловлена изменениями температуры верхних слоев воды,
следовательно, изменение температуры в этом горизонте
опосредовано, через развитие фитопланктона, воздействует на общий
ход репродуктивного цикла мидий илового биотопа. На
репродуктивное состояние мидий скального биотопа и
культивируемых мидий непосредственное влияние оказывает
комплекс переменных факторов среды, однако ведущим является
температура, чем и объясняется в некоторые годы запаздывание
сроков нереста мидий верхних горизонтов по сравнению с иловыми.
По количеству особей, проходящих нерестовую стадию,
весенний массовый нерест иловых, скальных и культивируемых
мидий был более представительным, поскольку значительную их
долю составили первично нерестящиеся мидии размером менее 30
мм. Суммарная доля иловых мидий, проходящих 5-ю стадию
репродуктивного цикла в весенний и осенний периоды, составила
около 100 %, что может свидетельствовать о едином в году
репродуктивном цикле у отдельных особей. В периоды пиков
нереста мидий из различных биотопов, доля нерестящихся
разнополых особей достоверно не различалась и была представлена в
относительно равной степени разными размерными классами (за
исключением первично нерестящихся особей), что указывает на
синхронность прохождения нереста в поселениях. В другие месяцы
процент самцов, проходящих нерестовую стадию, превышал долю
57
самок на этой стадии, так как созревание гонад и нерест начинался
раньше у самцов. Асинхронно вступали в нерест и заканчивали его
мидии разных размеров.
Динамика репродуктивных циклов культивируемых мидий в
бухте Ласпи.
Знание сроков нереста и оседания личинок на твёрдые
поверхности (субстраты) помогают фермеру эффективнее провести
сбор мидийной молоди. С другой стороны, качество мидий зависит
от репродуктивного цикла: качество наилучшее перед нерестом, а
наихудшее – после него. Динамика репродуктивного цикла в сильной
степени зависит от климатических особенностей года, особенно
температуры воды, её колебаний, состояния кормовой базы и т.д.,
что усложняет работу фермера. Причём, изменения, происходящие в
верхнем слое воды (0-10 м), где расположены выращиваемые мидии,
сильно отличаются от изменений факторов среды в районе
поселений иловых мидий (40-50 м). Поэтому сроки нереста зависят и
от глубины, что следует учитывать при планировании сбора спата.
У отдельных мидий, выращиваемых на мидийной ферме в б.
Ласпи, наблюдался непрерывный период гаметогенеза. Даже в
нерестовый период в ацинусах можно наблюдать половые клетки на
ранних стадиях гаметогенеза. Различная размерно-возрастная
структура поселений и асинхронность созревания половых клеток
являются главными причинами растянутости гаметогенеза, которые в
свою очередь обусловливают асинхронность нереста. По
доминирующим процессам можно выделить период зимнего и
летнего гаметогенеза, которые в зависимости от температурных
условий, продолжались в разные годы от 3 до 4 месяцев, что
составило более половины всего репродуктивного цикла.
Посленерестовая перестройка протекает одновременно с массовым
нерестом и после него параллельно с гаметогенезом. Соотношение
численности моллюсков на ранних стадиях гаметогенеза показывает,
что начало периода созревания гонад самок и самцов происходит
синхронно независимо от сезона. Оставаясь в целом невысокой в
течение года, доля мидий, проходящих стадию относительного
покоя, увеличивается после окончания массового нереста.
Синхронность гаметогенеза прерывается в период созревания (3 – 4
стадии), что объясняется особенностями оогенеза и сперматогенеза в
58
разные сезоны. В зимне-весенний период количество самок,
проходящих стадию активного гаметогенеза (3-я стадия
репродуктивного цикла), превышает количество самцов на этой
стадии. Следовательно, при относительно низкой температуре воды
(около 7°С) снижается интенсивность вителлогенеза (накопление
питательных веществ в цитоплазме яйцеклетки). Напротив, такая
температура не влияет на интенсивность сперматогенеза. Отмечено,
что продолжительное влияние низкой температуры (около 6°С)
тормозит оо- и сперматогенез. В результате происходит
синхронизация гаметогенеза. Максимальное количество мидий,
проходящих поздние стадии гаметогенеза, отмечено перед весенним
массовым нерестом, а также в летний период. Так, в июне 1989 г. их
доля составила около 50 %. В течение июня-августа количество
особей на этих стадиях практически оставалось на одном уровне, т. е.
имело место замедление процессов гаметогенеза, которое
обусловлено высокой температурой воды (21-25°C, июль-август).
Максимальное количество мидий, проходящих поздние стадии
гаметогенеза, было отмечено после окончания весеннего и осеннего
массового нереста, а также в период зимнего нереста. Кроме двух
периодов массового нереста, весеннего и осеннего, в зимний период
при подходящей температуре воды (7,5 - 8°C) также возможен
нерест, который мы рассматриваем как продолжение осеннего. Так,
зимний массовый нерест культивируемых мидий был отмечен в
декабре и январе 1988, 1989, 1990 гг.
Сроки начала весеннего и осеннего массового нереста в разные
годы не совпадали. При температуре воды около 5°С и слабом
развитии фитопланктона в зимне-весенний период, весенний
массовый нерест начался в конце апреля при температуре 10°С. В
годы с более высокими среднемесячными температурами в зимний
период массовый нерест начинался раньше на месяц или два.
Интенсивность весеннего массового нереста определяется уровнем
синхронности гаметогенеза в зимне-весенний период.
В зимний период 1988 и 1989 гг. при температуре воды 7-8°C,
оптимальной для гаметогенеза и нереста, отмечен мало интенсивный
асинхронный и продолжительный зимне-весенний нерест.
Максимальное количество нерестящихся моллюсков не превышало
40%. Если температура воды в январе-марте не опускалась ниже 7°C,
59
наблюдалось «размытое» начало массового нереста, он как бы
продолжал осенне-зимний нерест (1989 г.). Резкие колебания
температуры воды в бухте Ласпи летом, вызванные сгонно-
нагонными процессами, являются природным стимулятором нереста
мидий в необычные сроки. Летняя вспышка нереста культивируемых
мидий была отмечена в конце июня 1988 г. при температуре воды
9,3°С (30 % на 5-й стадии) и в начале июня 1989 г. при температуре
11,8°С (20 % нерестящихся моллюсков). Однако, при снижении
температуры воды в июне 1986 г., когда большинство моллюсков
проходило ранние стадии гаметогенеза, вспышки нереста не
наблюдали. Во второй половине лета при стабильно высокой
температуре воды (выше 20°С) нерестовая активность мидий
минимальная. Доля моллюсков, проходящих 5-ю стадию, составила в
разные годы от 3 до 10 % (в основном самцы). Осенний массовый
нерест начинался после резкого снижения температуры воды,
вызванного сгонным процессом, с последующим повышением ее до
17°С. Так, в 1989 г. после одноразового и кратковременного сгона в
сентябре отмечено начало осеннего массового нереста с пиком в
начале октября. В течение этого периода при температуре воды 15-
17°С интенсивно развивался фитопланктон. В 1988 г. осенний
массовый нерест начался в конце августа опять же после сгона и
продолжался до конца сентября. Сгонно-нагонные процессы еще
несколько раз повторялись в сентябре, вызывая продолжительно
устойчивые понижения температуры воды до 10°С с последующим
повышением до 18-20°С. Такое изменение температуры стало
причиной синхронного и непродолжительного нереста.
Синхронность созревания гонад мидий зависит от размерно-
возрастной структуры поселений, т. е. с увеличением возрастного
разнообразия снижается синхронность созревания. В таблице 1
представлены данные о состоянии зрелости гонад мидий в трех
выборках за 31 января 1990 г. (период зимнего нереста),
различающихся по размерно-возрастному составу. Высокая степень
синхронности созревания гонад наблюдается у одновозрастных
первично нерестящихся моллюсков: 53% особей, проходящих
нерестовую стадию, и 31 % – в преднерестовом состоянии. Доля
мидий на других стадиях репродуктивного цикла – от 1,7 (6 стадия)
до 5,8 % (1 и 3 стадии).
60
Таким образом, в результате анализа динамики репродуктивных
циклов культивируемых мидий в бухте Ласпи были установлены
следующие закономерности.
1. Продолжительное влияние низкой температуры воды (около
6.5°C) в зимний период синхронизирует оо- и сперматогенез,
повышая интенсивность весеннего нереста.
2. Высокая температура воды (21 - 25°С) или слабое развитие
фитопланктона в летний период (порядка 60 мг/м3) при
оптимальном уровне других факторов среды обусловливает
замедление процессов гаметогенеза.
3. Начало массового нереста совпадает с интенсивным
развитием фитопланктона и приурочено к определенной
температуре: весеннего – при 7,5°С, осеннего – при 17°С.
4. Продолжительность массового нереста мидий зависит от
скорости повышения (весной) или снижения (осенью)
температуры воды.
5. В зимний период при оптимальных температурных условиях
наблюдается массовый нерест, являющийся продолжением
осеннего.
61
6. Понижение температуры воды в летний период, вследствие
сгонных явлений, вызывает вспышку нереста в необычные
сроки (в основном, за счет самцов).
7. Синхронизация нереста самок и самцов происходит в период
пика нереста. Степень синхронности созревания гонад мидий
наиболее высокая в одновозрастных поселениях.
Половая структура поселений мидий.
Важными характеристиками популяции являются половая
структура, то есть соотношение полов в различных размерно -
возрастных группах, а также возраст наступления половой зрелости.
Мидии M. galloprovincialis - разнополые моллюски (см. рис. 18).
(Встречаемость гермафродитов в поселениях мидий от 0,24 до 2,1%.)
Соотношение полов - равное с незначительным преобладанием
самцов или самок в зависимости от места обитания. Половозрелыми
культивируемые мидии в бухте Ласпи становятся в первый год
жизни при длине раковины 16 - 24 мм. Их возраст определяется
сезоном оседания. Моллюски весенней генерации нерестятся через 8
месяцев после оседания, осенней – через 11. Соотношение полов в
таких поселениях примерно равное, с небольшим преобладанием
самцов. В поселениях мидий на коллекторах возрастом от 0,5 до 2,5
года и от 0,5 до 4,5 года во всех возрастных группах также отмечено
равное соотношение полов; гермафродитов - около 2%. В выборках
мидий со скал (L: 25 - 72 мм) и илового биотопа (L: 30 - 59 мм)
отмечено примерно равное соотношение полов; доля гермафродитов
составила: 1,3% - у скаловых и 0,9% - у иловых.
В поселениях коллекторных мидий бухт Казачья и Стрелецкая
(р-н г. Севастополя) по данным за 2004 и 2005 гг. - достоверное
преобладание самцов: 1♀: 1,9♂♂ (объем выборки 234 экз.) и 1♀♀:
1,6♂♂ (объём выборки 410 экз.) соответственно. Доля
гермафродитов составила 1,8%. Известно, что преобладание самцов
во всех размерно-возрастных группах или маскулинизация
поселений моллюсков с лабильным определением пола, может
происходить под воздействием загрязняющих химических веществ,
растворенных в воде. Изменение концентрации половых гормонов,
вырабатываемых цереброплевральными ганглиями под влиянием
химических загрязнений, влияет на реализацию пола ювенильных
(неполовозрелых) особей. Если в течение нескольких лет
62
загрязняющие вещества постоянно поступают в бухту, то все новые
генерации моллюсков, будут реализовать пол преимущественно как
мужской. Соотношение самок и самцов в поселениях мидий может
быть индикатором чистоты воды и пригодности акватории для
культивирования.
Во всех исследуемых поселениях мидий обнаружены два типа
гермафродитов: функциональный, когда созревание половых
продуктов и вымет яйцеклеток и спермиев происходит одновременно
(см. рис. 18) и последовательный (или асинхронный), когда
созревание гамет в гонаде одной особи происходит не одновременно.
Например, часть мужской гонады находится на нерестовой стадии, а
часть женской – на стадии активного гаметогенеза, что можно
наблюдать при микроскопическом исследовании. Такая мидия может
нереститься последовательно в один и тот же сезон сначала как
самец, а затем - как гермафродит. Гонада гермафродита может быть
двухцветной, мозаичной, например розовой и желтой (см. рис. 18)
(или белой); в зависимости от распределения ацинусов с
яйцеклетками и сперматозоидами. Предполагается, что у
функциональных гермафродитов пол определяется многими
диаллельными генами, и все особи несут в разных сочетаниях как
мужские, так и женские детерминирующие факторы. Пол
реализуется в зависимости от преобладания одного из факторов.
Помимо наиболее распространенного способа описания
полового цикла моллюсков с использованием шкал зрелости гонад,
применяют количественные методы исследования: взвешивание
мягких тканей мидий с одновременной фиксацией стадий зрелости.
Поскольку вес мидий одного и того же размера в течение
нерестового периода уменьшается до 40%, изучение
репродуктивного цикла мидий представляет практический интерес
для морских фермеров. Этот вопрос также связан с изучением
закономерностей роста мидий.
Рост мидий.
Знание закономерностей и темпов роста необходимо для выбора
оптимальной акватории для фермы, а также для прогноза объёма и
сроков урожая; определения производительности фермы, оценки
состояния выращиваемых моллюсков и т.д. Рост определяется как
изменение во времени размеров или веса мидии. Приведенные ниже
63
методические приёмы, применяемые при изучении роста моллюсков,
будут полезны фермерам, желающим проводить на ферме
исследования, важные для целей оптимизации технологии. Этими
методами должны овладеть студенты, изучающие аквакультуру.
Различают живой (или общий), сырой и сухой веса моллюсков.
Живой вес – вес живого (не вскрытого) моллюска. Он может
значительно изменяться даже у одной особи за счет разного
количества межстворчатой жидкости, оставшейся в мантийной
полости. Чем дольше мидия находится на воздухе, тем меньше
остается жидкости в мантийной полости и соответственно
уменьшается её вес. Перед определением живого веса, мидий
подсушивают на фильтровальной бумаге до исчезновения мокрых
пятен и индивидуально взвешивают на весах (до 0,01 г). Затем
каждого моллюска вскрывают при помощи скальпеля. После
вскрытия удаляют мантийную жидкость и промокают
фильтровальной бумагой. Вновь взвешивают. Так определяют сырой
вес мидий. Скальпелем удаляют тело из раковины. Раковину
обсушивают и взвешивают. Кроме этого, необходимо знать массу
мягких тканей моллюска (мяса) и мантийной жидкости. Абсолютную
величину массы тела получают вычитанием массы раковины из
массы вскрытого и подсушенного моллюска, а массу мантийной
жидкости – вычитанием массы вскрытого и подсушенного моллюска
из общей массы, определенной до вскрытия мидии. Измерив и
определив абсолютную величину массы различных частей тела
моллюска (раковины, мягких тканей и мантийной жидкости),
желательно выразить их в процентах. Это позволит осуществить
более полный анализ изменчивости данных признаков как внутри
одного поселения, так и между поселениями из различных мест
обитания.
Сухой вес – постоянный вес полностью обезвоженного
моллюска. Для определения сухого веса мягкие ткани мидий и
раковину помещают в бюксы и высушивают до постоянного веса при
температуре 65оС; взвешивают на аналитических весах.
Сезонные изменения массы коллекторных мидий (рис. 25).
64
Рис. 25. Линейный рост: 1 – определен теоретически (см. стр. 71-72); 2 –
фактический; рост массы тела: 3 – у мидий перед нерестом; 4 – проходящих стадию
посленерестовой перестройки; I - темп линейного роста; темп роста мягких тканей
культивируемых мидий: III - проходящих преднерестовую стадию и IV – стадию
посленерестовой перестройки.
65
Величина массы мягких тканей мидий зависит от состояния
зрелости гонад: она максимальна в преднерестовый период и в
начале массового нереста (январь, апрель, сентябрь, октябрь) при
оптимальной температуре воды и биомассе фитопланктона. Рост
массы в летний период – следствие интенсивности процессов
гаметогенеза и соматического роста. Указанные сроки можно
рекомендовать для сбора мидий с максимальным выходом биомассы,
о чём подробнее говорится в разделе о технологии выращивания.
Средние значения массы моллюсков зависят от длины раковины.
Между длиной и массой мидии существует связь, описываемая
уравнением:
W = aLb,
где W – масса моллюска, г; L – длина, мм; a и b – коэффициенты,
определенные по методу наименьших квадратов.
В качестве примера приводим таблицу, в которой представлены
параметры зависимости сухой массы мягких тканей культивируемых
мидий в бухте Ласпи от длины раковины за 1987 год (табл. 2).
Для определения продукции мидий наиболее часто оперируют
абсолютными значениями сырой массы тела моллюсков.
169
Поскольку биомасса мидий на коллекторах фермы состоит из
моллюсков разных размеров, в качестве примера приводим таблицу,
в которой представлено изменение массы моллюсков в течение года
(табл. 3).
Точное определение массы гонад мидий невозможно из-за их
тесной связи с тканями висцерального комплекса. Однако
определение сухой массы мягких тканей с учетом стадий зрелости
гонад позволяет судить об этих изменениях.
67
У мидий, проходящих стадию относительного покоя (1 стадия),
сухая масса мягких тканей значительно ниже, чем у особей того же
размера, но на преднерестовой стадии. Для моллюсков с длиной
раковины 50 мм эти значения составляют 0,2572 и 0,5261 г - для
весеннего нерестового периода и 0,2677 и 0,5848 г – для осеннего.
Потеря массы моллюсков во время нерестового периода, связанная с
выметом половых продуктов и энергетическими затратами на
процесс размножения, выражается разностью между сухой массой
одноразмерных мидий, проходящих преднерестовую стадию и
стадию посленерестовой перестройки. С увеличением размера мидий
относительные потери массы в период нереста возрастают. Для
мидий с длиной раковины 40 и 60 мм эти величины составляют
0,0784 и 0,3401 г или 26,4 и 40,5% соответственно от их массы до
нереста.
Содержание сухого вещества в сыром мясе зависит от состояния
зрелости гонад мидий: на преднерестовой стадии -19%; на стадии
относительного покоя - 15%. Для удобства расчётов, в качестве
примера, приводим таблицу параметров зависимости сырой массы от
длины раковины мидий, проходящих разные стадии
репродуктивного цикла в весенний сезон 1987 г (табл. 4).
Коэффициент корреляции веса и длины мидии составил 0,803 и
0,936 соответственно для стадии посленерестовой перестройки и
нерестовой стадии.
Прирост массы мидий – показатель физиологического состояния,
отражающего влияниее сезонных изменений экологических
факторов. Для выделения наиболее существенного фактора,
влияющего на рост массы мидий весенней генерации 1986 г.,
определены коэффициенты множественной корреляции сухой массы
мидий (с учетом их линейного роста), среднемесячной температуры
воды в бухте Ласпи и биомассы фитопланктона (табл. 5).
Совокупный коэффициент корреляции массы мягких тканей и
двух экологических факторов равен: r(wtm) = 0,958, что указывает на
зависимость массы тела мидий (следовательно, и репродуктивного
состояния) от динамики температуры и биомассы фитопланктона.
68
69
Промеры раковин мидий.
Существуют три стандартных измерения: высота – расстояние по
перпендикуляру к продольной оси раковины от макушки до наиболее
выступающей точки брюшного края, длина – расстояние по
продольной оси раковины между наиболее удаленными друг от друга
точками переднего и заднего краев и выпуклость (или толщина) –
расстояние между наиболее удаленными боковыми точками (рис. 26;
27; 28).
Рис. 26. Измерение высоты раковины мидии при
помощи штангенциркуля.
Чаще на пустых раковинах измеряют
выпуклость одной створки, которая у
мидий составляет половину выпуклости
всей раковины.
Кроме стандартных промеров может быть
предложено много других, например
угловых, применяемых для определения
видовой принадлежности моллюсков.
Рис. 27. Измерение длины раковины
мидии.
Крупные раковины измеряют
штангенциркулем; у более
мелких это проще делать с
помощью окуляр – микрометра и
микроскопа, например МБС – 9.
Кроме линейных и угловых
измерений нередко определяют
весовые характеристики. В зависимости от размеров, моллюсков
взвешивают на технических, торсионных или аналитических весах.
Важно иметь точное представление о массе жидкости, находящейся
внутри мантийной полости. Для этого раковину приходится
открывать, вынимать тело моллюска и обсушивать его
фильтровальной бумагой. Иногда требуется знать и воздушно –
сухую массу мягкого тела, которую определяют после высушивания
70
до постоянного сухого веса в сушильном шкафу при температуре
65оС.
Рис. 28. Измерение толщины раковины мидии.
На основании полученных промеров
составляют размерные соотношения –
индексы (например, отношение высоты к
длине). Определение индексов соотношения
высоты и ширины позволяет
характеризовать направленность
формообразования раковины моллюсков в
тех или иных условиях среды обитания. Индексы пригодны только в
том случае (или только для тех размеров), когда связь между
входящими в него промерами прямолинейна. Для проверки
характера связи строят график зависимости изучаемых величин друг
от друга и определяют наличие прямолинейного участка. В
некоторых случаях при криволинейной связи сравниваемых
промеров (т.е. при положительной или отрицательной аллометрии)
можно использовать не сами промеры, а их логарифмы, которые
связаны прямолинейно.
Исследователи определяют также величину разности между
высотой и шириной раковины, которая может свидетельствовать о
направленности формообразования. Экспериментально показано, что
в условиях повышенного течения у моллюсков формируется
раковина с высотой больше ее ширины. При замедленном течении
преобладают моллюски, у которых высота раковины меньше
ширины.
При изучении линейного (L) и весового (W) роста моллюсков
используют следующие методы:
• Наблюдения в эксперименте – в садках, выставленных в
местах естественного обитания мидий, на ферме или в
лабораторных условиях.
• Наблюдения в естественных условиях обитания по
измерениям меченных моллюсков.
• Методы, основанные на определении прироста по
фиксированным возрастным признакам, анализе размерно –
возрастной структуры поселений. Этот метод наиболее часто
71
применяют при исследовании поселений мидий на
коллекторах.
Все указанные методы могут быть применены и для определения
возраста моллюсков. Для определения прироста и возраста наиболее
часто используются так называемые годовые кольца роста,
формирующиеся на внешней поверхности раковины. С увеличением
возраста, когда темп роста моллюсков замедляется, кольца
становятся трудно различимыми. У мидий формирование наружных
колец связано с замедлением или полной приостановкой роста
раковины при низкой зимней температуре. В некоторых условиях
(нерест, неблагоприятные условия среды) могут возникать
дополнительные кольца, но они выражены менее четко, чем
сезонные. Возможно формирование и летних колец, образование
которых обусловлено летним повышением температуры воды
превышающем оптимальные значения. Скорость и особенности
роста мидий могут быть определены в результате анализа динамики
размерной сруктуры поселений, в частности, изучая гистограммы
частотно – размерного распределения. Однако, растянутый во
времени нерест осложняет выделение возрастных групп.
По методике, разработанной В.Н. Золотаревым (1989), у мидий
удается надежно выделить годовые линии роста при исследовании
внутреннего строения раковины. Внутреннюю структуру раковины
изучают на специально изготовленных срезах, идущих от середины
макушки к краю раковины. Сезонные зоны роста отличаются по
окраске. В течение года у мидий может формироваться по одной
светло – и темноокрашенной зоне. Первая характеризует зимний
прирост раковины, вторая – летний. По этому методу возраст каждой
мидии можно определить с точностью до 0,5 года.
Математическая модель роста мидий.
Линейный рост моллюсков в онтогенезе при известной
размерно-возрастной структуре поселений можно представить,
используя линейную модификацию модели роста Берталанфи –
уравнение Форда – Уолфорда:
Lt = L∞ (1 – e –kt).
Параметры данного уравнения находят графическим способом. В
результате анализа размерно-частотных распределений мидий в
72
течение года, получают их модальные размеры в различных
возрастных группах (табл. 6).
Для построения графика на оси абсцисс откладывали средний
размер мидий в возрасте t, на оси ординат – в возрасте t+1(рис. 29).
Данные точки расположились на одной прямой. Место пересечения
линии с биссектрисой прямого угла определяет теоретически
максимальный размер особей в поселении. На рисунке линия
пересекает биссектрису на уровне 87,5 мм. Угол наклона (α =29о)
позволяет оценить константу роста:
k = lg tgα /lge,
где tgα – тангенс угла наклона прямой, который равен 0,55, тогда
k = lg 0,55/0,43 =0,605.
Получаем зависимость:
Lt = 87,5 (1 – e –0,605t); (0,5≤t≤3,5) (1)
По этим параметрам рассчитываем теоретически ожидаемые
модальные размеры культивируемых мидий.
Для младших возрастных групп теоретически ожидаемые
размеры мидий несколько занижены по сравнению с практически
полученными и превышают последние для старших возрастных
групп. Наблюдаемые различия связаны с растянутостью сроков
оседания личинок и с большей вероятностью опадания с коллекторов
особей крупных размеров, а также с точностью определения возраста
мидий до 0,5 года. Однако, теоретически ожидаемые модальные
размеры всех возрастов не выходят за границы вариации размеров.
Сохраняется закономерность роста: с увеличением возраста
линейный рост замедляется. Следовательно, приведенная формула
(1) применима для определения длины раковины культивируемых
мидий возраста от 0,5 до 3,5 года.
Рис. 29. Графическое определение значений параметров уравнения Берталанфи.
74
Используя значения модальных размеров, полученных на основе
эмпирических данных соответствующих определенному возрасту,
можно восстановить среднемесячный темп роста мидий за
исследуемый период. При среднем размере мидий возраста 0,5 года –
24,4 мм, моллюски росли в среднем 4 мм/мес. После достижения
половозрелости темп роста мидий замедлялся и в следующем году
прирост составил 2 мм/мес. У мидий возрастом от 1,5 до 2 лет он был
несколько ниже – 1,7 мм/мес. Линейный рост у 2,5 – 3,5 летних
мидий составил 0,58 мм/мес.
Первый нерест культивируемых мидий наблюдался при средних
значениях длины раковины - 24,5 мм. Сроки достижения
моллюсками указанного размера зависят от сезона оседания. Мидии
весенней генерации достигли данного размера в ноябре, т.е. за 8
месяцев, осенней генерации – в июне за 10 месяцев. Мидии, осевшие
летом 1986 г., были готовы к нересту в январе 1987 г., т.е. через 8
месяцев; моллюски зимнего оседания 1987 г. достигли
половозрелости в сентябре того же года, что объясняется
различающимися условиями начала роста. Высокая температура
воды и биомасса фитопланктона в поздне – весенний и летне-
осенний период способствовали интенсивному росту моллюсков,
осевших весной и летом. Однако, средние размеры годовиков разных
генераций составляют 36 мм, поскольку впоследствии происходит
замедление темпа роста в осенний и зимний периоды.
Сроки достижения моллюсками товарного размера также
зависели от экологических факторов и сезона оседания. Мидии,
осевшие весной и летом 1986 г., достигли товарного размера (50 мм)
соответственно в сентябре и ноябре 1987 г., т.е. за 17 мес.
культивирования. Мидии осенней генерации 1986 г. - в начале лета
1988 г., т.е. за 19-20 мес.
Для моделирования роста культивируемых мидий в сезонном
аспекте применена следующая формула:
Lt = L∞ {1 – e –k’ (D-Do)},
где –k’ (D-Do) – температурная поправка к уравнению (1); Do = 742;
k’= k/Dу. Величина Dу = 4834,9, тогда k’ = 0,605 / 4834,9 = 1,25 ·10-4.
Значения D определены как сумма градусодней в онтогенезе, т.е.,
начиная с середины периода массового нереста до анализируемого
момента. Формулу записываем в окончательном виде:
75
Lt = 87,5 {1 – e 1,25· 10-4 (D-742)}
Анализ сезонного роста мидий в течение 1987 г. показал, что
наиболее интенсивный рост был в июне – июле и составил от 16 до
28% годового прироста соответственно для 3-х летних особей и
сеголеток или в абсолютных значениях: 1,2 и 7,7 мм. Минимальный
темп роста мидий приходится на февраль и март – около 4-5%
годового или 0,4 – 1,5 мм. Суммарные значения прироста за май –
август составили от 55% (3,6 мм) до 67% (18,3 мм) годового
соответственно для 3-х летних особей и сеголеток.
Фильтрация воды, питание и дыхание.
Мидии и устрицы, будучи организмами-фильтраторами,
добывают себе корм и кислород профильтровывая морскую воду.
Процесс фильтрации, особенно большими скоплениями мидий,
крупных фермерских хозяйств, важен и с экологической и
геохимической точек зрения, поэтому специалисты скрупулёзно
изучают особенности фильтрации. Но изучение процесса фильтрации
моллюсков осложняется методическими трудностями и,
следовательно, высокой вероятностью получения ошибочных
результатов (артефактов). Например, скорость фильтрации,
определяемая как объём воды, полностью очищаемый от частиц в
единицу времени, нередко принимают за скорость прокачивания
воды, которая равна объёму воды, прошедшей через жабры в
единицу времени. В действительности скорость фильтрации равна
скорости прокачивания только в случае, когда все поступающие
частицы улавливаются жабрами, а вода, прошедшая через
фильтрационный аппарат, не поступает вновь во входной сифон
мидии. Поэтому нельзя изучать фильтрацию воды мидией, посадив
её в изолированный сосуд с водой. Мидия должна находиться в
специальной проточной камере с установленным протоком воды, не
образующим завихрений и возвратов в объёме камеры.
Скорость фильтрации зависит от площади жабр, а значит и от
размеров мидий. По нашим расчётам мидии экспериментальной
плантации площадью 0,5 га в начале наблюдений воду фильтровали
со скоростью 725 м3 в сутки, а через 15 месяцев выращивания эта
скорость возросла в 100 раз и достигла 73025 м3 в сутки, что почти
вдвое превышает объём, занимаемый фермой.
76
Установлено, что ни время суток, ни приливные ритмы не
влияют на скорость фильтрации. Но скорость фильтрации
понижается в периоды низких концентраций фитопланктона, что
снижает бесполезные энергозатраты, направленные на извлечение
корма из обеднённой кормом воды.
Мидии очень чувствительны к малейшим химическим
нарушениям в среде, отвечая на такие изменения резким
замедлением фильтрации, либо полным её прекращением и
закрыванием створок. Такая реакция мидий легла в основу
разработок приборов и чувствительных датчиков, регистрирующих
появление загрязнений в морской воде. В одном приборе помещают
по 10-20 мидий с тем, чтобы прибор регистрировал их усреднённую
реакцию, что повышает надёжность прибора.
Существенным фактором, влияющим на скорость фильтрации,
является температура воды. Скорость фильтрации растёт при
повышении температуры от 7 до 18˚С, а затем резко снижается, что
может свидетельствовать о температурном оптимуме для протекания
жизненных процессов, равном 17-18˚С.
Питание.
По результатам анализа содержимого желудков установлено, что
пищевой спектр мидий близок к составу фитопланктона
(одноклеточных водорослей) в месте их обитания. Тем не менее,
мидии способны, отбирать наиболее приемлемый для них корм
(мелкие перидиниевые и золотистые водоросли) и отбрасывать
ненужные частички: минеральную взвесь и крупные клетки
диатомовых водорослей. Мидии потребляют не только живые
микроводоросли, но и мёртвое взвешенное органическое вещество
(детрит) с населяющими его колониями микроорганизмов. В летнее
время необходимые белки и углеводы поступают в организм мидий
из микроводорослей, а зимой – в основном из детрита.
В пищевом спектре мидий, кроме микроводорослей, обнаружены
бактерии, инфузории, личинки морских животных, детрит.
Скорость потребления корма, также как и фильтрации,
максимальна при 17˚С и концентрации корма 2 мг/л.
Усвояемость корма мидиями зависит от вида корма и находится
в пределах 70-80%. Таким образом, ¾ массы съеденного корма
усваивается и используется организмом в процессе дыхания для
77
извлечения энергии (энергетический обмен), а также для построения
тела и для создания генеративных продуктов, необходимых для
размножения (пластический обмен). Съеденная, но непереваренная
пища выделяется в виде фекалий из кишечника и попадает в
выводной сифон, а затем выбрасывается наружу. Взвешенные
частички, не имеющие пищевой ценности, либо избыточный корм, не
подаются ко рту. Из них формируются жгуты или, так называемые
псевдофекалии, которые также выводятся из организма. Фекалии и
псевдофекалии могут задерживаться на мидийных коллекторах и
накапливаться на дне, образуя мидиевые илы, которые называют
также биоотложениями.
Мидии и устрицы как растительноядные организмы, являются
высокоэффективными преобразователями первичной (созданной
растениями) продукции в животные белки. Благодаря очень короткой
пищевой цепи (растения – растительноядные), рассеяние энергии,
заключённой в растительной массе, сводится к минимуму в
процессах трансформации пищи. А экономное преобразование
растительной массы в животную, позволяет создавать на
ограниченной площади большие запасы животной массы, то есть
получать высокие урожаи.
Дыхание (энергетический обмен).
Дыхание – процесс обратный синтезу растительной биомассы.
Растение, как известно, для синтеза органического вещества
(углеводов) потребляет углекислый газ, воду и солнечную энергию и
выделяет свободный кислород. В организме животного, наоборот:
для разложения органического вещества потребляется кислород и,
при этом, выделяется энергия, углекислый газ и вода. Но мидии
могут дышать не только свободным кислородом. В бескислородной
среде они способны переходить на гликолиз (извлекать энергию,
расщепляя молекулы глюкозы) и не задыхаться при сомкнутых
створках. А это означает, что живых мидий можно хранить
определённое время и вне воды.
Дыхание, то есть насыщение крови кислородом и выделение из
неё СО2, осуществляется, главным образом в жабрах, строение
которых подробно описано выше. Интенсивность дыхания, точнее
потребления кислорода, зависит от физиологического состояния
мидий, которое определяется сезоном года и такими факторами
78
среды как температура воды, концентрация корма, солёность воды,
концентрация кислорода, положение мидии в друзе, а также
размерами мидии и её возрастом. Молодые мидии, достигшие веса
старых мидий, потребляют кислород интенсивнее старых мидий того
же размера.
