Белки — активные начала метаболитов
До сих пор мы изучали лишь внешние проявления влияния метаболитов на рост и развитие животных. Однако эксперименты не могли считаться завершенными до тех пор, пока химическая природа активного начала «воды скоплений» не была выяснена. Эта работа была проведена в группе экологической биохимии нашего института.
Необходимо было уточнить, действительно ли активным началом метаболитов являются белки (такое предположение было сделано ранее). Для этого были использованы два метода: грубый и более изящный. Убедившись в том, что «вода скоплений» обладает интересующим нас биологическим действием, в нее вносился трипсин в количестве, достаточном для расщепления содержащего» ся в ней белка. Было установлено, что после расщепления белка «вода скоплений» теряла свои биологические свойства. Другой подход к проблеме заключался в следующем. Используемые в химическом анализе полисахариды, так называемые сефадексы, обладают способностью разделять растворенные в воде вещества по их молекулярному весу, «забирать» белки. В результате извлечение высокомолекулярной фракции из культу-ральной воды приводило к ее биологической дезактивации. Однако вода вновь приобретала свои прежние свойства, если ее обогащали осажденными на сефадексе белками.
Теперь можно было определить химический состав белков, выделяемых животными разных видов в водную среду. В частности, с помощью аминокислотного анализатора «Хитачи» был определен аминокислотный состав белков «воды скоплений» закавказской и малоазиатской лягушек — двух очень близких видов, а, возможно, лишь хорошо выраженных внутривидовых форм. Он оказался различным: в воде, в которой жили головастики закавказской лягушки, аминокислоты лизин и аспаргиновая кислота содержались в большем количестве. Специфичность метаболических сигналов разных видов была, таким образом, доказана и химическим путем.
Метаболическая регуляция популяционных явлений
Хотя конкретный механизм метаболической регуляции роста и развития животных не может считаться установленным, мы знаем, что в его основе лежит стимуляция или торможение уровня обмена веществ и митотической активности клеток и тканей разных органов.
Поэтому казалось заманчивым изучить влияние метаболитов на интенсивность эндогенного, внутриклеточного метаболизма. Из тканей головастиков разных видов приготовлялись гомогенаты (однородные смеси). Интенсивность окислительно-восстановительных процессов в гомогенатах определялась в разных средах: в чистой воде и в «воде скоплений», полученной от животных разных генотипов. Результаты биохимических определений все время сопоставлялись с результатами биологических проб.
Как и следовало ожидать, эффективность действия метаболитов зависит от их концентрации в «воде скоплений».
В полном согласии с результатами экологических экспериментов было показано, что метаболиты физиологически старших личинок ингибируют окислительные реакции, протекающие в гомогенатах тканей отставших в росте и развитии животных.
Наоборот, метаболиты младших животных стимулируют обмен веществ в гомогенатах тканей старших (В данном случае речь идет не о календарном, а о физиологическом возрасте, так как в опытах использовались животные из одних и тех же кладок, но разных стадий развития.).
Этим полностью опровергается гипотеза, сводящая роль метаболитов к ингибированию развития.
Использование математических методов планирования эксперимента позволило дать открытой закономерности строгое математическое выражение. В качестве источника метаболитов были использованы головастики четырех видов лягушек (R arvalis, R temporaria, R. macrocnemls, R. camerani). Из загущенной популяции, в которой находились особи разных стадий развития (ситуация, полностью соответствующая природной), были взяты головастики 26-й и 28-й стадий развития.
Из них приготовлялись гомогенаты, активность дыхания которых определялась в «воде скоплений» родной популяции. Это обстоятельство полезно подчеркнуть: интенсивность окислительных процессов в гомогенатах старших и младших головастиков определялась в одной и той же среде в «воде скоплений» той самой экспериментальной популяции, членами которой они являлись. Было установлено, что «вода скоплений» существенно тормозит дыхание гомогенатов животных 26-й стадии и столь же существенно стимулирует дыхание гомогенатов 28-й стадии.
Продуктивность растений вразличных природных зонах Земли
Биохимический подход к метаболической регуляции популяционных явлений не только подтвердил ранее сделанные выводы, но позволил решить вопрос об «органоспецифичности» метаболитов, который привычными для нас экологическими экспериментами не мог быть изучен.