Экзоскелеты, грубые корма и здоровье пищеварения

В отличие от морских животных, которые используют хитин, мы, люди, и большинство других наземных животных, получаем огромную пользу от пищевых волокон. Состоящая из крошечных кусочков практически неперевариваемой растительной материи (структурные полисахариды мономеров глюкозы, такие как целлюлоза, лигнин и т.д.), клетчатка служит в первую очередь для того, чтобы помогать “двигаться вперед”, а также очищать наш кишечник. Без этой грубой пищи, помогающей перемещать и выводить отходы, нам было бы очень плохо.

Многие водные животные также нуждаются в грубых кормах в своем рационе. Грубые корма помогают здоровому функционированию пищеварительной системы различных водных видов, включая рыб. Однако, поскольку водные растения и водоросли содержат гораздо меньше клетчатки (они не нуждаются в такой структурной поддержке, как наземные растения), водные животные должны получать грубые корма из других источников. Обычно это хитин.

Как и растительная клетчатка, хитин представляет собой плохо перевариваемый внеклеточный структурный полисахарид (в данном случае аминосахара); в отличие от клетчатки, хитин получают из нерастительных источников. Этот материал обладает физической упругостью и нерастворим в воде, щелочах и слабых кислотах. Таким образом, хитин не только обеспечивает физическую защиту, но и защищает от обезвоживания. Чистый хитин несколько мягкий и кожистый; однако он становится довольно жестким, когда его пропитывают солями кальция. Своей общей прочностью хитин обязан упорной нерастворимости в воде.

Хитин вырабатывается многими грибами и является основным компонентом экзоскелета всех членистоногих. Оболочка тела (т.е. экзоскелет) ракообразных членистоногих содержит в два раза больше хитина, чем у насекомых. В то время как пищеварительные системы многих наземных животных (в основном насекомоядных) содержат большое количество кишечной флоры, питающейся хитином, морские рыбы и беспозвоночные (питающиеся в основном ракообразными) лишены этих микробов. Таким образом, большая часть хитина, потребляемого морскими животными, проходит через пищеварительный тракт в виде грубой пищи. Ракообразные действительно обеспечивают большую часть хитинового грубого корма в морской среде. Среди них копеподы, безусловно, являются одними из самых важных; они представляют собой ключевое трофическое (т.е. пищевую цепь) звено между первичной и вторичной продукцией и часто являются самыми многочисленными организмами в зоопланктоне с точки зрения биомассы. Фактически, они являются одной из самых многочисленных групп животных. И они содержат большое количество хитина.

Содержание хитина в конкретном живом корме может несколько варьироваться в зависимости от вида, стадии развития, рациона и условий окружающей среды. Амфиподы, например, могут обеспечивать значительное количество грубых кормов; большинство из них имеют приблизительный состав около 3% золы, 45% белка, 0,51% жира, 0,50% легкоусвояемых углеводов, 0,53% клетчатки (из содержимого кишечника) и 7,3% хитина.

Эти различия могут оказывать влияние на кормящееся животное. Очень важно правильно подобрать долю хитина в рационе животного. Его содержание не должно превышать того, что необходимо для оптимальной работы пищеварительной системы; прохождение большего количества грубых кормов, чем это, энергетически расточительно для животного. Избыток хитина в рационе также был назван причиной чрезмерной жесткости икринок у рыб, что снижает процент успешного вылупления. Поэтому у исследователей, техников инкубаторов и других серьезных аквариумистов могут быть веские основания для того, чтобы иметь возможность достаточно точно определять содержание хитина в своих живых кормах.

Один из таких методов, предложенный Raymont et al (1964), может дать удовлетворительные результаты при использовании небольшого количества материалов. Взвешенный образец цельного влажного живого корма ракообразных кипятят в стеклянной пробирке, заполненной 50%-ным раствором NaOH, в течение двух часов. Затем его оставляют остывать и оставляют на ночь. На следующий день мягкие ткани животных будут переварены, останется только хитиновый экзоскелет. Эти остатки затем промывают дистиллированной водой. На этом этапе некоторые могут пожелать подтвердить (с помощью определенных реактивов) полное отсутствие белка в образце. Затем экзоскелеты промывают слабым раствором HCl и снова ополаскивают дистиллированной водой. Материал высушивается в тигле в течение 24 часов при 60°C. Его взвешивают; предполагается, что вес этого высушенного материала состоит только из хитина и золы. Нагрейте высушенный материал до 500°C. Повторно взвесить образец; вес хитина рассчитывается как потеря веса из-за озоления.

Экзоскелеты – это, прежде всего, броня. Они могут быть довольно тяжелыми. Только между сегментами тела и суставами придатков экзоскелет легкий и гибкий (мелкие ракообразные, такие как копеподы, могут обмениваться газами и выделять отходы через эти тонкие участки). Во многих случаях они могут быть пропитаны карбонатом кальция и/или определенными белками для повышения их прочности и жесткости. Они дополнительно укрепляются покрытием из твердого многослойного материала. Как правило, экзоскелеты становятся пропорционально тяжелее с увеличением размера животного. Этот фактор, как правило, ограничивает максимальный размер ракообразных. Как следствие, такие мелкие ракообразные, как копеподы, сильно бронированные (по крайней мере, пропорционально), редко превышают в размерах несколько миллиметров. Поэтому, будучи богатыми многими важными питательными веществами (например, жирными кислотами), микроракообразные также являются отличным источником хитинового грубого корма.

Поскольку экзоскелет ракообразных сам по себе не может расти, он должен отбрасываться и заменяться по мере того, как животное его перерастает. Этот процесс, называемый линькой (или экдизом), происходит несколько раз в течение жизненного цикла животного. Копеподы, например, в течение одного жизненного цикла проходят экдизу около дюжины раз. Поэтому ракообразные производят значительное количество органического детрита. Помимо того, что выброшенный экзоскелет служит неперевариваемым грубым кормом для некоторых питающихся организмов, он может быть расщеплен (при наличии необходимых ферментов) определенными микроорганизмами. Эта форма хитина может быть отличным источником питания, а также грубой пищи для многих падальщиков (например, крабов), поскольку она обычно покрыта питательными бактериями и простейшими.

Поскольку он переваривается в основном микробами, хитин (будь то съеденный и выведенный хищником или отброшенный во время линьки) движется назад по пищевой цепи. Учитывая огромное количество этого материала в морской среде, он играет важную роль в круговороте питательных веществ. Таким образом, здоровая популяция микроракообразных в неволе может не только способствовать здоровью пищеварения некоторых аквариумных животных, но и помочь создать в целом более динамичную, стабильную и естественную аквариумную среду.

[1] Омори, Макото и Цутому Икеда. Methods in Marine Zooplankton Ecology . New York, NY: John Wiley & Sons, Inc., 1984.

[2] Хофф, Фрэнк Х. и Терри В. Снелл. Руководство по культуре планктона . 6th ed. Дейд-Сити, штат Флорида: Florida Aqua Farms, Inc., 1987.

[3] Campbell Neil A. and Jane B. Reece. Биология . 6th ed. Сан-Франциско, Калифорния: Бенджамин Каммингс, 2002.

[4] Хикман, Кливленд П. младший, Ларри С. Робертс и Аллан Ларсон. Интегрированные принципы зоологии . 9-е изд. Dubuque, IA: Wm. C. Brown Publishers, 1995.

[5] Реймонт, Дж. Э. Г., Дж. Остин и Э. Линфорд. “Биохимические исследования морского зоопланктона”. J. Cons. Perm. Int. Explor. Mer 28: 354-363. 1964.

Source: algaebarn.com