7.2. Влияние температуры на характер, темпы и продолжительность эмбрионального развития сиговых рыб

По материалам многих исследователей (Price, 1940; Дрягин,1949; Черфас, 1956; Чер-
няев, 1968; Черняев и др., 1987; Городилов,1969 а, б; Сolby, Brooke, 1970; Никитин, 1972,
Лебедева, 1974; Кружалина, Ильичева, 1977; Богданов, 1963, 2006; Летичевский, 1983
и др.) определены температурные параметры развития икры 16 видов сиговых рыб, кото-
рые сведены в приводимую ниже таблицу (табл. 17).

Исследования по воздействию температуры на скорость развития осенненерестующих
сиговых рыб, в целом, подтверждая второе правило Джордана, показали, что повышение
температуры воды на ранних этапах развития (обрастания желтка перидермой зародыша)
приводило к обратному явлению: вместо ускорения — к некоторому замедлению темпа
эпиболии (Медников, 1962, Орлов, 1965, Черняев, 1968, 1982, 1984; Городилов, 1969;
Сolby, Brooke, 1970; Лебедева, 197I, 1974).
Для выяснения воздействия температур 0,5° C и 3,0° C на общую динамику развития
в эмбриогенезе сиговых рыб были проанализированы (на примере байкальского омуля)
скорости развития отдельно на этапах: дробления, обрастания желточного мешка пери-
дермой зародыша, образования туловищных сегментов и сроков вылупления из оболочек
икры (Черняев, 1968). Было выяснено, что при более высокой температуре дробление
бластомеров происходит быстрее. Так, при температуре воды 0,5° дробление до бластулы
продолжается 14 суток, а при температуре 3,0° C оно совершается за 9 суток с момента
оплодотворения. Особенно сильно ускоряется процесс дробления на стадии поздней мо-
рулы. При температуре 0,5° эти стадии продолжаются 4 суток, а при 3,0° они протекают
лишь за 1–2 суток. Этап же бластулы при обеих температурах продолжается одинаковое
время — 2 суток (рис. 52).

На этапе обрастания желточного мешка бластодермой зародыша (перидермой, по Ма-
хотину, 1982) воздействие температуры на эмбриогенез проявляется таким образом, что
при низкой температуре процесс эпиболии клеточного материала происходит быстрее,
чем при более высокой (рис. 53). Так, отрезок времени от начала обрастания (бластуля-
ции) до начала сегментации мезодермы при температуре 0,5° составил (25–13) 12 суток,
а при температуре 3,0° этот период продолжался (22–8) 14 суток. То есть именно на этом
этапе при более высокой температуре происходило замедление эмбриогенеза. В целом же
при повышенной температуре 3,0° развитие зародыша от оплодотворения до замыкания
желточной пробки протекало быстрее (26–27 суток), чем при низкой 0,5° (30–31 суток).
Однако при развитии в разных температурных условиях (0,5 и 3,0° C) сегментация
мезодермы в обоих вариантах прекращалась к началу пигментации глаз меланином
и образования эмбриональной системы кровообращения (Черняев, 1968, 1982). Эти
данные были подтверждены результатами исследований Ю. И. Орлова (1965) на пеляди

Таблица 17.
Температурные показатели развития икры сиговых рыб


* — Виды сиговых рыб, на которых автором велись исследования развития.

(Coregonus peled) и Ю. Н. Городилова (1969, 1983) на атлантическом лососе (Salmo salar).
Следует отметить, что постоянно действующая «повышенная» температура (в условиях
рыбоводного завода) вызывала у развивающихся зародышей байкальского омуля зна-
чительный процент (до 70%) уродств, проявлявшихся в недоразвитии верхней челюсти
(«мопсовидность»), искривлениях туловища (за счет разной скорости роста хорды и са-
мого тела зародыша), отсутствия глаз и других аномалий морфогенеза (Черняев, 1968).
Тем не менее, результаты наших исследований, а также данные А. Ф. Турдакова
и А. А. Никитина (1972), А. В. Шестакова (1996), и других авторов свидетельствуют
о значительных адаптационных возможностях сиговых рыб на ранних этапах развития.
Выявлена следующая закономерность: для нерестующих осенью рыб, и в частности, си-
говых, возможность нормального развития эмбрионов и вылупление жизнеспособного
потомства при повышенных значениях температуры в случае, если начальные этапы эм-

Рис. 52. Скорости дробления бластодиска икры омуля в зависимости
от постоянной температуры 0,5 и 3° C.
Стадии: н. о. — начало обрастания; б- бластула; п. м. — поздняя морула

Рис. 53. Скорость обрастания желтка зародыша омуля в зависимости от температуры

бриогенеза проходят на фоне снижения температуры воды, соответствующего динамике
изменений естественного режима развития.
Работы А. А. Нейфаха (1961) и Г. М. Игнатьевой (1979) дают представление о биохи-
мических преобразованиях на клеточном уровне в раннем онтогенезе рыб. Прохождение
стадий дробления — от этапа оплодотворения до образования из одной клетки многокле-
точного зародыша — бластулы, обеспечивается (у хордовых животных) деятельностью
материнского генома, за счет матриц, заготовленных еще в период оогенеза. При переходе
зародыша к «гаструляции» необходимо взаимодействие и женского, и мужского геномов
для обеспечения дальнейшего нормального развития зародыша. В период бластуляции
у ряда животных, в том числе и у рыб, начинает проявляться морфогенетическая функция
ядер (МФЯ). Она заключается в запуске синтеза мРНК, несущих информацию для пере-
хода зародышей к «гаструляции», т. е. к формированию многослойного зародыша и к по-
следующим этапам и стадиям морфогенеза, а также о дальнейшем пути его развития. Как
считал А. А. Нейфах, морфогенетическая функция ядер (МФЯ), совпадает у сиговых рыб
с моментом падения митотического индекса (Нейфах,1962, Neyfakh, 1974).
Биохимические исследования синтеза РНК у форели (Игнатьева, 1979) подтвердили
данные радиоавтографического анализа, по которым синтез РНК активируется в возрасте
18 ?0, т. е. спустя 5 ?0 после падения митотического индекса (МИ) до начала МФЯ. По
данным Г. М. Игнатьевой (1979) клетки бластодермы в возрасте 26–28 ?0 у сиговых рыб
уже приобрели способность к морфогенетическим движениям, в то время как у форели
в том же возрасте клетки к подобным движениям еще не способны.
Расчеты продолжительности митотического цикла и его фаз в период синхронного
деления дробления при различных температурах у пеляди, волховского сига и чира,
а также у нерестующих в холодной воде форелей и щуки (рис. 54) показали, что кривые,
выражающие зависимость величины ?0 от температуры у изученных видов рыб хорошо
выявляют различия температурных границ. В этих пределах дробление бластомеров
у сравниваемых видов рыб возможно. Наиболее теплолюбивая форель расположена в на-
чале кривой, щука занимают промежуточное значение, а сиговые относятся к наиболее
холодолюбивым видам рыб и находятся на краю кривой (Игнатьева, 1979).
Чтобы оценить изменения скоростей дробления зародышей холодолюбивых рыб (пе-
ляди, сига и чира) в зависимости от температуры, с кривых на рис. 54 были сняты значе-
ния ?0 с интервалом в 1°, и рассчитан температурный коэффициент Q10 (т. е. соотношение
скорости протекания процессов и температуры проведения экспериментов) для каждого
интервала. В таблице 18 указаны интервалы температур, в которых Q10 близок к 2,0–3,0.
Оптимальное значение (Винбер, 1983; Слоним, 1986) меньше этой величины и больше
неё. В табличный материал включены также сведения о зоне нерестовых температур для
каждого вида.
Таким образом, применительно к костистым рыбам положение о том, что оптимальные
температуры для раннего эмбриогенеза соответствуют отрезку кривой, на протяжении
которого зависимость величины ?0 приближается к прямой и характеризуется Q10 равным
2–3, справедливо только для теплолюбивых видов. Для сиговых и, вероятно, остальных
лососевидных рыб критерий — величина Q10 — не является универсальной для опре-
деления оптимальных температур. Тем не менее, на этапе дробления яиц сиговых рыб
увеличение температуры ведет к ускорению митотических циклов.
У сиговых рыб эксплантанты, взятые на стадии поздней бластулы, спустя 12–13 ?0
после начала МФЯ уже демонстрируют морфогенетические движения, образуют выро-
сты и имеют удлиненную форму. Клетки же бластодермы форели, отделенные от желтка
134
на той же стадии развития, но до начала МФЯ, остаются округлыми (Roubaud et alls.
1976, 1980). Из этого следует, что в яйцах сиговых рыб накопление пороговых количеств
рибосом достигается за счет их большего исходного количества в яйце. В этом случае
раннее начало синтеза РНК зародышем не является необходимым условием дальнейшего
морфогенеза (Игнатьева, 1979).
Согласно общепринятым в настоящее время представлениям (Тринкаус, 1972; Махо-
тин, 1986; Макеева, 1992), именно на этих отрезках развития после начала МФЯ, веро-

Рис. 54. Зависимость величины Т0 (в минутах) от температуры у костистых рыб (Игнатьева, 1979)
Таблица 18.
Интервалы температур на стадиях первых борозд дробления яиц при разных значениях Q10 (Игнатьева, 1979)


ятно, имеет место торможение процесса эпиболии перидермы по поверхности желтка.
При повышении температуры ускорение некоторых биохимических отправлений не обе-
спечивается достаточным количеством РНК, а поступление его из желтка лимитировано
жировыми включениями, подстилающими анимальный полюс (Озернюк,1985). Но воз-
можны и другие варианты, объясняющие снижение скоростей развития при повышении
температуры на этапе гаструляции и обрастания желтка перидермой зародыша.
М. А. Айтходжин с соавторами (1964), а затем М. Я. Тимофеева и К. А. Кафиани (1965)
установили, что у зародышей вьюна до начала гаструляции рибосомные гены не трас-
крибируются, и увеличение содержания РНК в бластодерме происходит за счет перехода
рибосом из желтка в бластодерму. Ю. Г. Юровицким (1973) было показано также, что
в этот период из цитоплазмы желтка в бластодерму поступает значительная часть глико-
ген-фосфорилазного комплекса, необходимого для энергетических затрат зародыша.
Таким образом, у костистых рыб, и в частности сиговых, в ходе раннего эмбриогенеза
происходит переток РНК из желтка в бластодиск. При этом, как считает Г. М. Игнатьева
(1979), в яйцах с большим количеством желтка и с подстилающими бластодиск жировы-
ми каплями такое перераспределение затруднено настолько, что приводит к снижению
запасов РНК в бластодерме, а это, возможно, служит сигналом для запуска синтеза РНК
рибосомами в клетках бластодермы.
Подойти к пониманию тормозящего действия повышенных температур на процессы
эпиболии позволяют результаты экспериментов Г. М. Игнатьевой (1979) по воздействию
различных температур на икру пеляди (табл. 19) и чира (табл. 20). Согласно её иссле-
дованиям времени наступления стадий: начала «гаструляции», конца обрастания желтка
бластодермой зародыша и образования 10 пар сомитов у пеляди и чира, абсолютная про-
должительность (в минутах) каждого из изученных периодов в зависимости от темпе-
ратуры меняется, но относительная (в ?0) остается практически постоянной и начинает
меняться при выходе за границы зон нерестовых температур (для пеляди 6,0° C, а для
чира 2,0° C) (Игнатьева, 1979).
Как видно из таблицы 19, образование зародышевого валика (начало органогенеза)
происходит практически «одновременно» в относительных величинах (?0), вне зависи-
мости от температуры, за исключением крайне высоких ее значений (7,9–8,1° C). Но за-
вершение процесса обрастания, как у пеляди, так и у чира в относительных величинах
при увеличении температур инкубации имеет тенденцию к удлинению, что подтверждает
данные прямых наблюдений за развитием омуля и сёмги, полученных ранее (Черняев,
1968; Городилов, 1969). На наш взгляд, эта тенденция в данных исследованиях не носила
выраженного характера ввиду того, что температуры инкубации пеляди, чира и волхов-
ского сига в проведенных экспериментах были незначительно выше нормальных темпе-
ратур развития в естественных условиях (табл. 17).
В работе Н. В. Смирнова (1987) установлен факт замедления процесса развития икры
омуля на ранних этапах — от оплодотворения до обрастания поверхности 1/2 желтка
бластодермой зародыша при снижении температуры воды. Чем ниже температура, тем
продолжительнее этапы дробления, бластуляции и начала эпиболии. На стадиях за-
вершения обрастания желтка бластодермой температурный режим начинает оказывать
дифференцированное воздействие на партии икры, полученные в разные сроки нереста.
Оплодотворенная в конце нерестового периода икра начинает «догонять» более ранние
партии икры, полученные в начале нереста, несмотря на то, что у икры, оплодотворенной
в более поздние сроки, развитие происходило при более низких температурах уже во вре-
мя шугохода. Эти данные полностью подтвердили исследования К. И. Мишарина (1953),
136
в которых установлено, что икра омуля, помещенная на инкубацию при более высокой
температуре, первые стадии развития проходила быстрее, а последующие медленнее,
что приводило к удлинению срока развития. Партии же икры, начавшие инкубировать-
ся позже, при более низких температурах, на начальных этапах эмбриогенеза отстают
Таблица 19.
Абсолютная и относительная продолжительность некоторых периодов эмбриогенеза
пеляди (часть таблицы)


Таблица 20.
Относительная продолжительность (в ?0) некоторых периодов раннего эмбриогенеза чира
(Игнатьева, 1979)
*) Как уже указывалось выше, процесса «гаструляции» как такового у рыб с дискоидальным типом
развития нет. Формирование перидермы, мезодермы и энтодермы, а так же осевых органов эмбрио-
на происходит за счет скоординированных передвижений глубоких бластомеров и образования ги-
побласта (Суворов. 1948; Тринкаус, 1972; Ballard, 1973), описываемого по внешним морфологиче-
ским признакам как «краевой узелок». Сам процесс обрастания желтка (эпиболия) осуществляется
исключительно за счет митотического размножения клеток перидермы (Павлов Д. А. 1979, 1989).
в развитии, но на последующих этапах темп развития ускоряется, и сроки инкубации
сокращаются.
В экспериментах по влиянию температуры на эмбриогенез омуля (Черняев, 1968,
1982) выявлено, что на ранних стадиях (от начала сегментации тела зародыша и образо-
вания миотомов до начала роста хвостовой почки) при температуре 3,0° C в теле эмбриона
сегментация мезодермы происходила быстрее, чем при более низкой температуре. К мо-
менту замыкания желточной пробки при температуре 3,0° C у зародыша насчитывалось
в туловище 16–17 миотомов, а при 0,5° C — 14–15. Однако после замыкания желточной
пробки и начала роста хвостовой почки у зародышей при 3,0° на 29-е сутки развития
образование миотомов замедлилось по сравнению с темпом их образования при темпера-
туре 0,5°, при которой процесс сегментации протекал равномерно.
Достигнув возраста 36–37 суток, эмбрионы «холодной» серии догнали по количеству
миотомов зародыши, развивавшиеся при повышенной температуре 3,0° C, и на 41–43 сутки
имели в теле на 5–6 миотомов больше. На 45–50 сутки угнетение икры, развивавшейся при
3,0°, прекратилось, сегментация тела зародыша снова ускорилась и закончилась на 61-е сутки
с образованием предельного для данной температуры количества миотомов (в среднем 65).
Сегментация же тела зародышей при температуре 0,5° C закончилась лишь на 73-е сутки,
когда в теле эмбрионов образовалось предельное количество миотомов (в среднем 70–71)
(рис. 55). В обоих случаях сегментация мезодермы прекратилась к моменту появления эм-
бриональной системы кровообращения и пигментации глаз меланином (Черняев, 1968, 1982).
У вылупившихся весной эмбрионов омуля, развивавшихся при средней температуре
0,5° C в туловищном отделе было в среднем З8 сегментов (37–41), а в хвостовом 21 сег-
мент (19–24), в сумме 59 (56–65). При развитии же икры при температуре 3,0° C, в туло-
вище эмбрионов насчитывалось в среднем 36 сегментов (33–38), а в хвосте 18 сегментов
(17–19), что в сумме составило 54 (50–57) (Черняев, 1966). Сходные данные о влиянии
температуры на количество миотомов и позвонков у рыб получены многими авторами
(Hubbs, 1922; Mottley, 1937; Gabriel, 1944; Oгska, 1957; Турдаков, Никитин, 1972).
Эти результаты хорошо согласуются с мнением Йохансена (Johansen, 1936), который
указывал (правда, в отношении весенненерестующих рыб), что в пределах одной нересто-
вой популяции потомство, вышедшее раньше из икры и прошедшее развитие при более
низких температурах, имеет большее число позвонков и тяготеет к «северным формам»

Рис. 55. Скорость сегментации мезодермы тела эмбриона в зависимости от воздействия постоянной
температуры в 0.5 и 3.0 °C
ареала данного вида рыб, а потомство, развившееся позднее, в теплой воде, имеет мень-
ше позвонков и по своим меристическим признакам тяготеет к «южным» формам. Для
иллюстрации этих изменений приведем данные А. Ф. Турдакова и А. А. Никитина (1972)
по севанскому сигу (табл. 21).
Для объяснения различий между этими результатами и приведенными выше данными
по омулю, обратимся к исследованиям, проведенным С. П. Мунтяном (1966, 1970, 1976,
1978) по воздействию повышенных и пониженных температур на икру судака (Sander
lucioperca (L.). Опыты проводились как при постоянных температурах, так и на фоне их
повышения или понижения. Было показано, что воздействие постоянной температуры
даже в оптимальном диапазоне оказывает менее благоприятное воздействие на эмбрио-
генез, нежели «переменный температурный режим с определенным временем действия
каждой из составляющих его температур, повторяющий в общей форме изменение тем-
ператур на нерестилищах» (Мунтян,1978).
Исследуя развитие зародышей пеляди, Ю. Н. Городилов (1969) обнаружил снижение
их теплоустойчивости «параллельно» естественному снижению осенних температур.
Тогда же им была высказана мысль о том, что нерестующие осенью лосось и пелядь
приспособлены к развитию при прогрессирующем снижении температуры до 0° C. Такая
закономерность в отношении нерестующих осенью видов рыб неоднократно подтвер-
ждалась в рыбоводной практике. Так, пик вылупления эмбрионов омуля, инкубируемых
на Бельском рыбоводном заводе при постоянной температуре воды 0,5° C, пришелся на
220–235-е сутки развития с момента оплодотворения, что составило 264 градусодня, при
отходе икры 25%. Близкие величины при инкубации на Большереченском рыбоводном
заводе при температуре 0,5° C получил К. И. Мишарин (1953), а именно 242,4 градусод-
ня. Для икры омуля, развивавшейся на Сарминском рыбоводном заводе при постоянной
температуре воды 3,0° C, вылупление началось в конце февраля, т. е. на 120-е сутки раз-
вития 4.) На Бурдугузском рыбоводном заводе на Ангаре при постоянно понижающейся
температуре с 6,9 до 1,2° C (средняя 3,1° C), время развития составило всего 83 дня, при
этом сумма градусодней (268,1) оказалась близкой к первым двум случаям (264,0 и 242,4)
при отходе икры 26,8% (Черняев, 1968).
4) Дальнейшее вылупление эмбрионов было остановлено в начале марта пуском в цех рыбоводного
завода наледной воды, с температурой 0,1° C и задержалось до середины мая, при отходе 75%.
Общая сумма градусодней этой партии икры составила 500.
Таблица 21.
Влияние температуры инкубации на размеры, массу и количество миотомов
вылупившихся эмбрионов севанского сига


В работе чешского ихтиолога М. Пеняза (Penaz, 1975) установлена зависимость про-
должительности развития европейского хариуса от температуры воды: при средней тем-
пературе 10.0° C инкубация (от осеменения до вылупления 50% личинок) продолжается
402 часа (167.5 градусодней), при 13.0° C — 240 часов (130.0 градусодней) (Penaz, 1975).
Из недавних работ по влиянию температурного фактора на темп развития лососевид-
ных рыб, близких в систематическом плане к сиговым, можно отметить работу М. Ю. Пи-
чугина (2002), в которой проведен сравнительный анализ темпа развития элементов
скелета у разных форм гольцов Salvelinus alpinus — S.malma complex. Выявлены были
особенности развития костей скелета и неравномерность сроков и мест закладки мио-
томов при сегментации мезодермы тела зародыша в зависимости от температуры воды.
Д. А. Павловым (2004) определен диапазон устойчивости к температуре на протяже-
нии раннего онтогенеза некоторых видов обитающих в Белом море морских рыб с разной
биологией. Сравнение относительной продолжительности его основных интервалов выя-
вило значительную модификационную изменчивость морфогенеза в период эмбриональ-
ного развития под влиянием температуры инкубации как основного фактора, регулиру-
ющего продолжительность интервалов онтогенеза развивающегося организма (Павлов,
1999, 2004).