Введение Длительная изолированность Каспийского моря от Мирового океана привела к формированию особых экологических условий и, соответственно, уникального по своему составу животного и растительного мира. В Каспийском море около 400 биологических видов являются эндемиками, особое место среди них занимают осетровые рыбы [1]. В свою очередь, уникальность экосистемы Каспийского моря определила её исключительную уязвимость. На фоне закономерных изменений климата чрезмерная эксплуатация природных ресурсов Каспийского моря привела к значительному биологическому и химическому загрязнению этого водоёма и, соответственно, к постепенному разрушению ареалов обитания представителей флоры и фауны. Многие виды животных и растений, характерные для этого водоёма, находятся под угрозой исчезновения. В исторической ретроспективе большое влияние на экологическую ситуацию Каспийского моря оказывали и оказывают колебания его уровня, в основе которых лежат геологические и климатические факторы, и прежде всего водность рек [2, 3]. С конца 50-х гг. ХХ в. снижение водности рек происходит под влиянием безвозвратного изъятия стока на промышленные и сельскохозяйственные нужды [4-7]. Колебания уровня моря сказываются на солёности каспийской воды. Для Северного Каспия солёность является важнейшей и исключительно динамичной константой. Вместе с биогенами соленость воды участвует в формировании количественной и качественной структуры кормовых организмов. В свою очередь, изобилие кормов определяет физиологический статус рыб. В настоящее время, в связи со случайным или целенаправленным завозом в различные регионы множества видов других растений и животных, происходит вытеснение эндемичной флоры и фауны, в том числе и в южных морях России. Значительный ущерб фауне Каспийского моря нанесла случайная интродукция гребневика Mnemiopsis leidyi (A. Agassiz, 1865). В конце ХХ в. мнемиопсис стал одной из главных экологических проблем каспийской и азовской экосистем. Нашествие мнемиопсиса значительно сократило разнообразие веслоногих рачков, имеющих исключительно большое значение в питании рыб. Биомасса зоопланктона уменьшилась в 2-3 раза. Аналогичные изменения наблюдались в биомассе фитопланктона и моллюсков [8, 9]. Помимо естественных параметров водной среды, на физиологическое состояние гидробионтов оказывает воздействие химическое загрязнение. Основными загрязняющими веществами в российской акватории Каспийского моря являются нефтяные углеводороды, фенолы, синтетические поверхностно-активные вещества (СПАВ) и аммиачный азот. Качество вод Северного Каспия, наиболее продуктивной его части, из года в год ухудшается [10]. Одновременное исследование проб воды, планктона и тканей органов некоторых каспийских промысловых рыб, в том числе и осетровых, показало, что количество токсичных углеводородов в них значительно превышало их содержание в воде [11]. С 70-х гг. ХХ в. загрязнение, вызываемое различными источниками, в том числе и добычей нефти, стало оказывать отрицательное воздействие в целом на всю экосистему Каспийского моря, вызвав ответную реакцию гидробионтов. Произошли существенные изменения состояния бактерио-, фито- и зооценозов. Прежде всего это касается фитопланктона первичного компонента всей пищевой цепочки. Начиная с середины 30-х гг. ХХ в. и к началу 2000-х гг. общая биомасса фитопланктона в Северном Каспии снизилась почти в 3 раза. Выявленная тенденция наблюдается и в экосистемах Среднего и Южного Каспия. Наблюдается не только количественное, но и качественное обеднение видового состава фитопланктона - почти в 3-4 раза, зоопланктона - в 1,4 раза [12-14]. Негативные изменения, произошедшие на уровне продуцентов, не могли не сказаться и на консументах первого порядка - зоопланктоне и моллюсках. Ещё в конце 80-х гг. ХХ в. Е. П. Сказкина констатировала, что сопоставление пищевых потребностей хамсы, тюльки и килек с запасами корма позволяет сделать вывод об отсутствии резервов зоопланктона в пелагиали Азовского и Каспийского морей [15]. С1934 по 2006 г. кормовая база полупроходных рыб в Северном Каспии снизилась с 2 млн 679 тыс. т до 1 млн 732 тыс. т. Аналогичные процессы на уровне первичных консументов наблюдаются в Среднем и Южном Каспии, где запасы зоопланктона - главной пищи каспийских килек, также резко уменьшились. Общая тенденция к снижению кормовой продуктивности Каспийского моря коснулась и осетровых рыб. Во всех частях моря, начиная с 60-70-х гг. ХХ в. по 2000-2006 гг., наблюдалось снижение биомассы кормового бентоса для осетровых рыб: в Северном Каспии - почти в 2 раза, в Среднем Каспии - в 7 раз и в Южном Каспии - в 3 раза [16]. Река Волга также насыщена различного рода токсичными веществами, что неоднократно приводило к массовой гибели рыб. В конце 80-х гг. XX в. у 80 % производителей осетровых рыб, мигрирующих на нерест в р. Волгу, были выявлены различные нарушения обменных процессов и структуры тканей органов [1, 17-19]. В дальнейшем это привело к снижению массовых характеристик этих рыб [20]. В многолетнем аспекте, под влиянием химического и биологического загрязнения, заметно изменился физиологический статус многих промысловых рыб, в том числе и осетровых [21-26]. В 1980-1990 гг. была отмечена гибель осетровых на реках Волга и Урал. Значительное количество обследованных рыб имело расслоение мышечной ткани и нарушение оболочки икринок [27, 28]. Нарастающее освоение углеводородного сырья на всей акватории Каспийского моря вызывает большую тревогу у экологов [29]. Кумулятивный политоксикоз осетровых рыб на фоне снижения продуктивности Каспийского моря проявился в отрицательной динамике уровня транспорта в крови и аккумуляции в тканях важнейших биохимических субстратов [30]. Материалы и методы исследований Нами в многолетнем аспекте (1960-2010 гг.) исследовалась динамика биохимического статуса производителей русского осетра (Acipenser gueldenstaedtii Brandt, 1833), белуги (Huso huso Linnaeus, 1758) и севрюги (Acipenser stellatus Pallas, 1771) из естественных популяций Каспийского моря. Функциональное состояние оценивали по содержанию в крови гемоглобина, общего белка, общего холестерина, беталипопротеидов и гликогена в печени. Гемоглобин в крови определяли унифицированным цианметгемоглобиновым фотометрическим методом и с помощью набора реактивов фирмы PLIVA-Lachema [31, 32]. Концентрацию белка в сыворотке крови определяли на рефрактометрах «ИРФ-22» и «ИРФ-454Б2М». Содержание беталипопротеидов определяли турбодиметрическим методом и с помощью набора реактивов фирмы Erba Lachema [33, 34]. Концентрацию общего холестерина определяли энзиматическим методом и с помощью набора реактивов фирмы «Ольвекс диагностикум» [35, 36]. Концентрацию гликогена в печени определяли по Бренду в модификации Сейфтера [37]. Результаты экспериментов анализировали методами биологической статистики с помощью компьютерных программ. Результаты исследований Одним из элементов биохимической оценки физиологического состояния изучаемого объекта или совокупности особей является характеристика метаболической функции крови, и в частности динамика транспортируемых кровью белков и липидов. Отклонения, выявленные в белковом обмене, свидетельствуют о дефиците сывороточных белков, что может лимитировать их участие в биохимических процессах. Низкий уровень липидов в сыворотке крови может свидетельствовать как об интенсификации их использования на нужды организма, так и ослаблении функциональной активности печени. Гликоген в печени снижается при повышенных энергетических затратах организма и при различных интоксикациях вследствие ослабления процесса его синтеза. Многолетний анализ (1960-2010 гг.) динамики таких физиологических показателей, как гемоглобин, белок, беталипопротеиды, холестерин в крови и гликоген в печени русского осетра, севрюги и белуги, нагуливающихся в Каспийском море, выявил достоверные отклонения в отдельных параметрах на протяжении всего периода исследования. Аналогичные изменения физиологического статуса осетровых рыб выявлены и у производителей, которые использовались в рыбоводном процессе. Исключительная роль гемоглобина в оценке интенсивности обменных процессов в организме животного общеизвестна. Гемоглобин в крови, сложный белок класса хромопротеинов, является важнейшим элементом реализации дыхательной функции животных. Он осуществляет транспортную функцию кислорода и углекислого газа к тканям и обратно. Помимо транспортировки кислорода и углекислого газа гемоглобин регулирует работу иммунной системы и щитовидной железы, отвечает за выведение токсинов из организма, принимает участие в процессах регенерации клеток. При дефиците или избытке железосодержащего белка наблюдаются нарушения метаболизма в организме рыб. Сопоставление данных по уровню гемоглобина в крови у русского осетра до экологического кризиса в 1960-1980 гг. (60,20 ± 1,60 г/л) с данными, характеризующими уровень окислительного обмена у этих рыб после экологического кризиса в 1996-2000 гг. (56,54 ± 0,94 г/л) и 2006-2010 гг. (49,45 ± 0,56 г/л), выявило их достоверное снижение, что является симптомом функциональной напряженности в системе обеспечения организма этих рыб кислородом. Данная направленность динамики этого биохимического субстрата в крови характерна и для других каспийских осетровых. Так, у севрюги и белуги в 1960-1980 гг. уровень гемоглобина находился на уровне 63,6 ± 1,8 и 61,40 ± 1,5 г/л соответственно, в 1996-2000 гг. значение данного показателя составило 62,20 ± 0,67 и 54,88 ± 5,42 г/л, а к 2006-2010 гг. наблюдалось снижение до 50,80 ± 5,94 и 40,40 ± 5,51 г/л. Известно, что под влиянием ядохимикатов различной химической природы, как правило, происходит снижение уровня гемоглобина крови, хотя не исключено его увеличение на первых этапах контакта с ядами как реакция организма на их воздействие [38]. Большинство наиболее тонких биологических функций выполняется белками или при их участии. Важнейшей функцией сывороточных белков является транспорт веществ, обеспечивающих клетки организма животного строительным материалом и энергией. Входя в состав ферментов, белки обеспечивают протекание большинства необходимых для жизнедеятельности организма процессов. Сывороточные белки обладают способностью образовывать комплексы с жирными кислотами и стероидными гормонами. Изменение качественного и количественного соотношения аминокислот значительно снижает качество половых продуктов [39]. Изучение многолетней динамики концентрации сывороточного белка у русского осетра, севрюги и белуги также выявило более высокие значения этого показателя в 1960-1980 гг. - 34,50 ± 0,40; 30,60 ± 0,38 и 28,20 ± 1,10 г/л соответственно. Согласно исследованиям В. И. Лукьяненко, различные токсичные вещества (пестициды, нефть, тяжёлые металлы) угнетают синтез белка в печени и почках, что подтверждает влияние экологического кризиса на функциональное состояние осетровых рыб [39]. В период после экологического кризиса в конце 20-го в. (1996-2000 гг.) уровень белка в крови у русского осетра составил 27,70 ± 0,45 г/л, у севрюги и белуги - 30,50 ± 0,96 и 21,30 ± 2,10 г/л соответственно. Таким образом, в конце периода мониторинга (2006-2010 гг.) наблюдалось снижение данного показателя на 27 % у русского осетра (25,13 ± 0,12 г/л), на 26 % у севрюги (22,68 ± 0,60 г/л) и на 20 % у белуги (22,86 ± 3,15 г/л). Жиры и жироподобные вещества относятся к липидам. Среди них значительный интерес представляют холестерин, триглицериды (или нейтральные жиры) и фосфолипиды. Все упомянутые жиры и жироподобные вещества находятся в плазме крови не в свободном состоянии, а в соединении с белками - в виде так называемых белково-липидных комплексов или липопротеидов. Липопротеиды, в отличие от липидов, хорошо растворимы в воде и служат транспортной формой липидов в организме любого животного. Беталипопротеиды - самые богатые холестерином частицы (содержат до 45 % холестерина) - это фактически холестерин липопротеидов низкой плотности (ХС ЛПНП) в комплексе с белком и другими жирами и жироподобными веществами. Изучение динамики концентрации сывороточных беталипопротеидов у каспийских осетровых выявило неустойчивый характер изменения данного показателя, а именно снижение у севрюги - 5,12 ± 0,43 г/л, у белуги - 2,44 ± 0,31 г/л. После острого экологического кризиса уровень беталипопротеидов у русского осетра и севрюги снизился более чем на 30 % и составил 2,04 ± 0,05 и 3,27 ± 0,07 г/л соответственно. У белуги колебания беталипопротеидов в сыворотке крови были незначительными - 2,39 ± 0,22 г/л. В конце исследуемого периода (2006-2010 гг.) уровень этого показателя возрос у русского осетра до 3,79 ± 0,05 г/л, у севрюги - до 4,07 ± 0,35 г/л, у белуги - до 3,01 ± 0,18 г/л. Снижение транспорта резервных веществ, в котором участвуют и беталипопротеиды, может свидетельствовать как о нормальном изменении интенсивности и направленности обменных процессов при смене жизненных циклов животных, так и о нарушении липопротеидного обмена под воздействием отрицательных факторов среды. Повышение концентрации беталипопротеидов в крови в конце исследуемого периода может свидетельствовать о том, что хронический стресс, испытываемый каспийскими рыбами, в том числе осетровыми, не является кратковременным явлением, и реакция на него проявляется острой потребностью в жирных кислотах, активизация транспорта которых осуществляется в составе беталипопротеидов. Это и определило увеличение их количества в крови в послекризисный период. В химическом отношении холестерин - это жировой спирт, т. е. соединение, сочетающее свойства жироподобных веществ и спиртов. Природные воскообразные свойства холестерина позволяют ему выполнять функцию клеточного «скелета» в организме животного. Входя в состав мембраны клеток, холестерин, вместе с фосфолипидами и белками, обеспечивает избирательную проницаемость мембраны для веществ, входящих и выходящих из нее. Из холестерина образуются половые гормоны и гормоны коры надпочечников, а также желчные кислоты. Холестерин необходим для роста организма и деления клеток. Холестерин поступает в организм животного двумя путями: вырабатывается собственными клетками и с пищей. Основная масса холестерина синтезируется в печени. Динамика концентрации холестерина в сыворотке крови у русского осетра, севрюги и белуги в определённой степени сопоставима как с динамикой сывороточного белка, так и с динамикой беталипопротеидов. Неустойчивая тенденция изменений концентрации этого биохимического субстрата также свидетельствует о длительной нестабильной экологической ситуации на Каспии. В период до экологического кризиса концентрация холестерина в крови у русского осетра (0,70 ± 0,03 г/л), севрюги (0,95 ± 0,46 г/л) и белуги (1,06 ± 0,13 г/л) была ниже, чем у рыб, исследованных сразу после экологического кризиса (0,93 ± 0,03, 1,34 ± 0,07 и 1,08 ± 0,11 г/л соответственно). В конце исследуемого периода (2006-2010 гг.) уровень холестерина в крови у этих рыб снизился практически до исходных величин (русский осетр - 0,72 ± 0,01 г/л, севрюга - 0,78 ± 0,05 г/л, белуга - 0,64 ± 0,08 г/л). Общая закономерность в динамике холестерина для всех исследуемых видов осетровых заключается в увеличении его концентрации в крови после кризиса в 1996-2000 гг. Эта закономерность объясняется возросшей потребностью организма рыб в данном биохимическом субстрате. Снижение и повышение уровня холестерина, выявленные в крови этих рыб, являются реакцией на отрицательные экологические факторы, постоянно действующие на осетровых и других гидробионтов в Каспийском море [40]. Известно, что воздействие сублетальных концентраций пестицидов может приводить к снижению холестерина в крови, а при хроническом отравлении некоторыми тяжёлыми металлами его уровень может даже возрастать. Любая деятельность животного нуждается в обеспечении энергией, и под воздействием адреналина мобилизуются оба источника энергии: из жировых депо - жирные кислоты и из печени - глюкозу (как результат расщепления гликогена). Все это приводит к повышению в крови уровня жирных кислот и глюкозы. Резко увеличивается потребность в кислороде. Основная роль углеводов определяется их энергетической функцией. Глюкоза крови является непосредственным источником энергии в организме. Быстрота ее распада и окисления, а также возможность быстрого извлечения из депо обеспечивают экстренную мобилизацию энергетических ресурсов при стремительно нарастающих затратах энергии, например в стрессовых ситуациях. Если ситуация, вызвавшая стресс, не кратковременна, как, например, хронический токсикоз, то необходим переход на более мощную энергетическую базу, что и обеспечивается вводом в действие жиромобилизующих гормонов гипофиза кортикотропина, гормона роста, липотропина и пролактина. Эти гормоны стимулируют выделение из жировых запасов жирных кислот, которые обеспечивают организму животного больше энергии, чем глюкоза. Следует предположить, что при длительном воздействии загрязняющих веществ на каспийских рыб и дефиците кормовых ресурсов биохимические механизмы, используемые для их компенсации, приобретают несколько иную направленность. В частности, под действием кортизола в сочетании с гормоном роста снижается усвоение глюкозы в мышечной ткани, которая усваивается нервными клетками. Мышцы в этот момент хорошо усваивают жирные кислоты. Для получения дополнительной энергии, в период развития хронических процессов, возможна активизация выработки глюкозы из белка, особенно когда поступление пищи в организм ограничено. Именно это могло стать одной из причин снижения массовых характеристик осетровых рыб в результате дефицита кормовых ресурсов. Важнейший показатель углеводного обмена - уровень гликогена в печени у русского осетра и севрюги, исследованных в докризисный период (1960-1980-е гг. ХХ в.), был достоверно выше, чем у рыб в кризисный и послекризисный периоды (1996-2010 гг.) и составлял соответственно 46,87 ± 5,04 и 28,92 ± 0,63 г/кг у русского осетра и 34,14 ± 1,27 и 23,64 ± 0,48 г/кг у севрюги. Исследования белуги в начале 2000-х гг. выявили аналогично низкий уровень гликогена - 20,20 ± 3,30 г/кг. Известно, что при хроническом воздействии некоторых веществ органического ряда и тяжёлых металлов запасы гликогена в печени и мышцах истощаются и развивается гипогликемия. Именно эти процессы в многолетнем аспекте наблюдались у каспийских осетровых в период после экологического кризиса на р. Волге и в Каспийском море [41]. Таким образом, вещества, поступающие в организм животного, в норме используются для формирования тканей и накапливаются в виде запасных источников энергии. Токсическое поражение и снижение трофики водоёма приводят к изменению нормальных процессов трансформации веществ в организме рыб и, соответственно, определяют своевременность их нерестовых миграционных циклов [42]. Заключение Полифункциональный метод оценки уровня биохимических преобразований у осетра, севрюги и белуги, исследовавшихся в течение длительного периода (1960-2010 гг.), даёт основания говорить о некотором ухудшении физиологического состояния каспийских осетровых на период адаптации к меняющимся условиям в морской период жизни. Примерно от 20 до 40 % исследованных рыб имели значимые отклонения в тех или иных биохимических системах, связанных с длительным кумулятивным токсикозом на фоне низкого уровня кормовой обеспеченности. Отрицательная динамика концентрации важнейших биохимических субстратов отразилась на темпе наращивания массы и на процессе формирования гонад у рыб в морской период жизни. Например, у 30-40 % осетра, выловленного в Северном и Среднем Каспии в 2006 г., помимо патологии белкового и жирового обмена выявлены нарушения морфогенеза ооцитов и семенников. У осетра с нарушениями обменных процессов снизилась масса тела. Аналогичные негативные тенденции выявлены у севрюги и белуги. Патологические изменения направленности биохимических процессов у современных осетровых рыб в море не могли не сказаться на рыбоводном качестве производителей, мигрирующих в реки, и не стать причиной снижения их воспроизводительной способности.