Влияние метаболитов на процесс регенерации у

МУНИЦИПАЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
«БРЯНСКИЙ ГОРОДСКОЙ ЛИЦЕЙ №2 ИМЕНИ М.В. ЛОМОНОСОВА»
ВЛИЯНИЕ МЕТАБОЛИТОВ НА ПРОЦЕСС РЕГЕНЕРАЦИИ
У РЫБ ВИДА DANIO RERIO
Авторы работы:
Севрюгина Вероника Артуровна
учащаяся 11 «А» класса;
Салупаева Татьяна Леонидовна
учащаяся 11 «А» класса
atlanka@bk.ru;
Чернышева Нина Владимировна
учащаяся 11 «А» класса
nincher@list.ru
Научные руководители:
Напреенко Татьяна Алексеевна
учитель химии высшей категории;
Напреенко Александр Викторович
кандидат биологических наук.
Брянск, 2013
Оглавление
Вводная часть ................................................................................................. 3
I.
1. Актуальность темы, практическая значимость ......................................... 3
2. Научная новизна исследования .................................................................. 3
3. Предмет исследования ................................................................................ 3
4. Объект исследования .................................................................................. 4
5. Задачи исследования ................................................................................... 4
6. Методы исследования ................................................................................. 4
7. Рабочая гипотеза ......................................................................................... 4
II. Основная часть ............................................................................................... 5
1. Теоретическая часть .................................................................................... 5
1.1. Регенерация и ее виды .......................................................................... 5
1.2. Основные характеристики метаболизма. Продукты метаболизма. ... 5
1.3. Сведения о рыбах Danio rerio ............................................................... 6
2. Практическая часть ..................................................................................... 7
2.1. Подготовка эксперимента..................................................................... 7
2.2. Начало эксперимента ............................................................................ 8
2.3. Ход эксперимента ................................................................................. 8
III.
Заключение ................................................................................................ 10
2
I.
Вводная часть
1. Актуальность темы, практическая значимость
Вопрос регенерации в последнее время притягивает внимание многих
исследователей, в связи с тем, что он интересен и теоретически важен для
понимания физиологических, биохимических, метаболических процессов у
живых организмов. А кроме того он имеет огромное практическое значение.
И существуют идеи использования процессов регенерации в медицине (для
выращивания донорских органов), для решения продовольственной
проблемы (выращивание белковой пищи).
Мы считаем, что изучение этой проблемы актуально. Во-первых, данный
вопрос
малоизучен. Во-вторых, изучение этих рыб может помочь
аквариумистам в их нелегкой работе. В-третьих, результаты работы можно
перенести на природные экосистемы, выявить влияние естественных
водоемов на физиологическую активность рыб.
2. Научная новизна исследования
Многие авторы [5] подробно описывают процессы регенерации у
представителей различных систематических групп. Однако, среди
характеристик условий, влияющих на этот процесс в современной
литературе, мы не нашли информации о механизмах влияния самих
организмов на регенерацию (например, выделением продуктов метаболизма
в окружающую их среду).
Этот пробел в изучении регенерации подтолкнул нас к рассмотрению
проблемы «Влияние продуктов жизнедеятельности на скорость регенерации
хвостового плавника у аквариумных рыб Данио.
3. Предмет исследования
Предметом исследования является взаимосвязь растворенных в воде
продуктов метаболизма на восстановление верхней части хвостового
плавника рыб.
3
4. Объект исследования
Объектом исследования были выбраны аквариумные рыбки «Данио Рерио»
5. Задачи исследования
 Изучить имеющуюся литературу по теме исследования;
 Освоить методику содержания объекта исследования;
 Обеспечить необходимые условия содержания объекта
исследования;
 Приобрести рыбок, подготовить к эксперименту;
 Проводить фотосъемку хода эксперимента, фиксировать
изменения у разных групп;
 Проанализировать результаты, сделать выводы.
6. Методы исследования
 Лабораторный эксперимент;
 Наблюдение;
 Обобщение;
 Анализ;
 Синтез;
 Сравнение.
7. Рабочая гипотеза
Мы предположили, что скорость регенерационных механизмов зависит от
интенсивности метаболических процессов, в результате которых в среде
обитания у большинства водных животных накапливаются продукты
обмена веществ.
4
II.
Основная часть
1. Теоретическая часть
1.1.
Регенерация и ее виды
РЕГЕНЕРАЦИЯ (от позднелат. regenera-tio —возрождение, возобновление) в
биологии, восстановление организмом утраченных или повреждённых
органов и тканей, а также восстановление целого организма из его части.
Регенерация наблюдается в естественных условиях, а также может быть
вызвана экспериментально.
Различают два вида регенерации — физиологическую и репаративную.
Физиологическая регенерация — непрерывное обновление структур на
клеточном (смена клеток крови, эпидермиса и др.) и внутриклеточном
(обновление клеточных органелл) уровнях, которым обеспечивается
функционирование органов и тканей.
Репаративная регенерация — процесс ликвидации структурных повреждений
после действия патогенных факторов.
1.2.
Основные характеристики метаболизма. Продукты
метаболизма.
Метаболизм (от греч. metabole — перемена, превращение), совокупность
химических реакций, протекающих в живых клетках и обеспечивающих
организм веществами и энергией для его жизнедеятельности, роста,
размножения. В наиболее употребительном значении термин "Метаболизм"
равнозначен обмену веществ и энергии; в более точном и узком смысле
"Метаболизм" означает промежуточный обмен, т. е. превращение веществ
внутри клеток с момента их поступления до образования конечных
продуктов. В этом смысле термин "Метаболизм" относят и к отдельному
классу соединений или определённому веществу (например, М. белков, М.
глюкозы). Попав внутрь клетки, питательное вещество метаболизируется —
5
претерпевает ряд химических изменений, катализируемых ферментами
(определённая последовательность таких изменений называется
метаболическим путём, а образующиеся промежуточные продукты
метаболитами). Различают два компонента метаболизма — анаболизм и
катаболизм.
Анаболические реакции направлены на образование и обновление
структурных элементов клеток и тканей и заключаются в синтезе сложных
молекул из более простых; эти реакции, преимущественно
восстановительные, сопровождаются затратой свободной химической
энергии (эндергонические реакции).
Катаболические превращения — это процессы расщепления сложных
молекул — как поступивших с пищей, так и входящих в состав клетки — до
простых компонентов; эти реакции, обычно окислительные, сопровождаются
выделением свободной химической энергии (экзергонические реакции) и
заканчиваются образованием таких конечных продуктов (отходов)
метаболизма, как мочевина, диоксид углерода, аммиак и вода.
Обе стороны метаболизма тесно взаимосвязаны во времени и пространстве.
1.3.
Сведения о рыбах Danio rerio
Рыбка Danio rerio относится к так называемым модельным организмам
биологии развития. Благодаря простоте содержания, размножения, высокой
скорости развития эмбриона она стала своего рода лабораторной белой
мышью для ихтиологии. Это один из немногих живых организмов
посетивших космическую орбиту.
Рыбка Danio rerio — обитатель рек, ручьев восточного побережья Передней
Индии, Пакистана, Бангладеш, Непала, Мьянмы, Бутана. Российские
аквариумисты впервые увидели рыбу около 1905-1906 гг. Повторно на
территорию СССР была ввезена около 1950 г. [4]
6
Рыбка данио рерио имеет продолговатую форму тела, вдоль которого идут
желто-зеленые чередующиеся с темно-синими полосами. У молодых
представителей плавники короткие. Но по мере роста они становятся
вуалевыми. Края вуалевых плавников могут иметь желтый окрас. На воле
взрослые особи достигают 6-7 см. Аквариумные обитатели, как правило, 4,5
– 5 сантиметров.
Жесткость воды особого значения не имеет. Реакция pH лучше чтобы была
ближе к нейтральной. Выдерживает колебания температуры от 15 до 30
градусов по Цельсию.[10]
Дно надо укрыть слоем гранитной крошки или мелкими камнями. Грунтом
может служить крупный речной песок. Из растений предпочтительны
длиннолистые — валлиснерия, гелеохарис, сагиттария, кабомба,
мириофиллум. Растения нужно сажать вдоль задней и боковых стенок,
обязательно оставляя пространство для плавания.
Корм поедают любой, но предпочитают живой. Лучше мелкие ракообразные,
например, дафния, циклопы. Подойдет так же мелкий мотыль. Лакомством
для них является так же скобленое мясо. Позволительно кормить сухими
некрупными кормами, предварительно слегка растерев их пальцами. Корм
danio rerio проще брать с поверхности воды или ловить в ее толще.
2. Практическая часть
2.1.
Подготовка эксперимента
Подготовка аквариума:
Перед началом эксперимента мы выбрали четыре аквариума разных объемов:
12 л, 5 л, 2л, 1л. Все четыре емкости были тщательно вымыты и насухо
протерты. Камни и искусственные водоросли, которыми были заполнены
аквариумы, мы обработали кипятком.
7
Рыбы:
Аквариумных рыбок Danio rerio мы приобрели в зоомагазине (8 шт.). Там
они содержались в одном аквариуме, в одинаковых условиях. Следует также
заметить, что возраст этих рыбок примерно одинаковый.
Подготовка воды:
Среди множества методик подготовки воды для аквариумных рыбок мы
остановились на той, суть которой заключается в следующем: воду из
водопроводного крана необходимо было профильтровать. Затем, в нужном
объеме вылить в аквариумы и дать ей отстояться трое суток.
*Также для проведения эксперимента заранее были приобретены
термометры и аэратор для аквариума.
2.2.
Начало эксперимента
15 октября 2013 года было положено начало эксперименту. В этот день мы
удалили часть хвостового плавника у рыб и запустили их в подготовленные
аквариумы (по две рыбы в каждый аквариум). Удаление происходило
следующим образом: в стеклянную емкость налили немного воды и
запускали по одной рыбке Данио. С предельной аккуратностью
стерильными ножницами удаляли часть хвостового плавника у каждой рыбы.
2.3.
Ход эксперимента
Данный эксперимент длился три недели. Каждый день мы кормили рыбок 1
раз в день, контролировали аэрацию аквариумов, следили за активностью
Данио и наблюдали за ростом верхней части хвоста.
15.10.2013 – 20.10.2013
Первые пять дней заметного увеличения плавниковой части не наблюдалось,
по поведению рыбы были спокойными.
8
20.10.2013 – 25.10.2013
За этот период у всех рыбок Данио хвостовой плавник наглядно увеличился в
размере, но не на много. Отросшая часть не повторяла формы исходного
плавника и по цвету была на несколько тонов светлее. (см. Приложение. Ход
эксперимента.1)
25.10.2013 – 1.11.2013
В течение этих дней хвостовой плавник практически вырос до исходного
плавника, но еще не до конца приобрел его очертания. (см. Приложение. Ход
эксперимента.2)
1.11.2013 – 4.11.2013
На завершающий 21-ый день хвостовой плавник у всех рыб регенерировался
полностью. Форма и пигментация восстановившейся части ничем не
отличалась от второго плавника, по которому велись сравнения. (см.
Приложение. Ход эксперимента. 3) Во время эксперимента мы два раза
измеряли рН пробы аквариумной воды. В первый раз (на пятый день
наблюдения) мы получили результаты, не на много отличающиеся друг от
друга.
Аквариум №1
Аквариум №2
Аквариум №3
Аквариум №4
(V=12л)
(V=5л)
(V=2л)
(V=1,5л)
7,14
6,98
6,87
6,85
Во второй раз рН мы измеряли на 14 день эксперимента. Вот его результаты:
Аквариум №1
Аквариум №2
Аквариум №3
Аквариум №4
(V=12л)
(V=5л)
(V=2л)
(V=1,5л)
7,07
7,01
6,85
6,83
9
Температурные показатели во время всего эксперимента были примерно
постоянными, они зависели от температуры в помещении. Средние
температуры в четырех разных аквариумах приведены в таблице.
Аквариум №1
Аквариум №2
Аквариум №3
Аквариум №4
(V=12л)
(V=5л)
(V=2л)
(V=1,5л)
21
21
22
22,5
III.
Заключение
По результатам эксперимента были сделаны следующие выводы:
1) У рыбок Данио достаточно быстро и активно протекают
процессы регенерации, данная регенерация относится к
репаративному типу, так как часть хвоста была удалена
искусственным путем;
2) Частичное удаление хвостового плавника не оказало влияние на
активность жизнедеятельности рыб Данио;
3) В аквариумах с меньшим объемом помутнение воды в конце
эксперимента связано с повышением концентрации продуктов
метаболизма, однако это не повлияло на активность рыб;
4) В аквариумах с меньшим объемом и с большей концентрацией
метаболитов регенерация протекает так же, как и в аквариумах
большего размера. Возможно, это связано с тем, что повышенное
содержание продуктов жизнедеятельности не влияет, а может
даже ускоряет регенерацию, будучи одним из вариантов
адаптации организма к неблагоприятным условиям окружающей
среды.
Таким образом, хотя наша гипотеза не подтвердилась, полученные
результаты исследования привели нас к мысли о необходимости
10
продолжения эксперимента. Нами запланирована последующая серия опытов
с измененными параметрами условий протекания регенерации.
Отсутствие разницы скорости процесса регенерации, возможно, объясняется
недостаточно значимыми различиями концентраций продуктов метаболизма
выделяемых рыбками маленькой массы для выбранных объемов. Поэтому в
следующей серии опытов планируется:
1) Провести удаление части плавника после тридцати дней
содержания в емкостях разного объема;
2) Сделать большую разницу объемов аквариумов для разных
вариантов.
Мы считаем результаты эксперимента значимыми, поскольку наблюдали
интенсивный процесс регенерации в различных условиях.
11