Результативность жевания у мелких млекопитающих-фитофагов – функция размеров тела?

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

На основании оригинальных данных по фракционированию содержимого желудка и экскрементов рассмотрена результативность работы жевательного аппарата и постгастричной трансформации пищевых частиц у 182 особей мелких млекопитающих-фитофагов – представителей 6 семейств. Выяснено, что в группе мелких животных с массой тела от 20 до 200 г результативность жевания не зависит от размеров тела, а обусловлена спецификой функционирования жевательного аппарата. Редукция частиц вдоль пищеварительного тракта в этой группе замаскирована быстрой сменой режимов пищеварения, интенсивностью неспецифической или специализированной копрофагии (цекотрофии) и развитием механизма сепарации волокон в толстом отделе кишечника, что приводит к высокой вариабельности результатов. Влияние размеров тела реализуется при введении в сравнение более крупных фитофагов с массой тела до 3–5 кг (зайцы) и до 20 кг (бобры). В этом случае между весовыми показателями отчетливо проявляется влияние размеров тела на эффективность жевания. В этом взаимодействии между выделенными нами группами животных выявлены эффекты, аналогичные установленным ранее в широком сравнительном ряду крупных фитофагов с массой тела до 3000 кг. Результативность жевания, таким образом, можно рассматривать как функцию размеров тела при сравнении животных, существенно различающихся по массе тела. Особое внимание уделено анализу функционального значения фракции самых мелких частиц, как содержащей не только фрагменты растительных волокон, но и непищевые включения.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Е. И. Наумова

Институт проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: einaumova@gmail.com
Россия, Ленинский просп., 33, Москва, 119071

Т. Ю. Чистова

Институт проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова РАН

Email: einaumova@gmail.com
Россия, Ленинский просп., 33, Москва, 119071

Г. К. Жарова

Институт проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова РАН

Email: einaumova@gmail.com
Россия, Ленинский просп., 33, Москва, 119071

Список литературы

  1. Жарова Г.К., Наумова Е.И., Чистова Т.Ю., Данилкин А.А., 2011. Особенности редукции клетчатковых волокон в пищеварительном тракте диких жвачных // ДАН. Т. 441. № 1. С. 1–4.
  2. Колесников М.П., 2001. Формы кремния в растениях // Успехи биол. химии. Т. 41. С. 301–332.
  3. Наумова Е.И., Жарова Г.К., Чистова Т.Ю., 2007. Исследование продвижения корма по пищеварительному тракту полевок методом многократного введения пластиковых маркеров // Зоол. журн. Т. 86. № 4. С. 503–508.
  4. Наумова Е.И., Жарова Г.К., Чистова Т.Ю., Варшавский А.А., Ивлев Ю.Ф., 2017. Концентрация и размерный состав растительных волокон в пищеварительном тракте мышевидных грызунов // Изв. РАН. Сер. биол. № 5. С. 418–426.
  5. Наумова Е.И., Жарова Г.К., Чистова Т.Ю., Данилкин А.А., 2012. Редукция растительных волокон в пищеварительном тракте лося и благородного оленя // Изв. РАН. Сер. биол. № 5. С. 521–528.
  6. Наумова Е.И., Жарова Г.К., Чистова Т.Ю., Кузнецова Т.А., 2015. Влияние копрофагии на размерный состав растительных волокон в пищеварительном тракте зайцев (Lepus europaeus и L. timidus, Lagomorpha, Leporidae) // Изв. РАН. Сер. биол. № 5. С. 503–508.
  7. Наумова Е.И., Чистова Т.Ю., Варшавский А.А., Жарова Г.К., 2021. Функциональная диверсификация морфологически сходных органов пищеварительного тракта у представителей Muroidea // Изв. РАН. Сер. биол. № 3. С. 270–279.
  8. Пшенников А.Е., Алексеев В.Г., Корякин И.И., Гнутов Д.Ю., 1988. Копрофагия и ее ритмика у зайца-беляка (Lepus timidus) в Центральной Якутии // Зоол. журн. Т. 67. № 9. С. 1357–1362.
  9. Пшенников А.Е., Борисов З.З., Васильев И.С., 1990. Копрофагия у северной пищухи (Ochotona hyperborea) в Якутии // Зоол. журн. Т. 69. № 12. С. 106–114.
  10. Archer D., Sanson G., 2002. Form and function of the selenodont molar in southern African ruminants in relation to their feeding habits // J. Zool. Lond. V. 257. P. 13–26.
  11. Bjorndal K.A., Bolten A.B., Moore J.E., 1990. Digestive fermentation in herbivores: Effect of food particles size // Physiol. Zool. V. 63. P. 710–721.
  12. Bjornhag G., Snipes R.L., 1999. Colonic separation mechanism in lagomorph and rodent species — a comparison // Zoosyst. Evol. V. 75. P. 275–281.
  13. Bowman J.G.P., Firkins J.L., 1993. Effects of forage species and particle size on bacterial cellulolytic activity and colonization in situ // J. Anim. Sci. V. 71. P. 1623–1633.
  14. Clauss M., Hummel J., 2005. The digestive performance of mammalian herbivores: Why big may not be that much better // Mammal Rev. V. 35. № 2. P. 174–187.
  15. Clauss M., Lechner-Doll M., Streich W.J., 2002. Faecal particle size distribution in captive wild ruminants: An approach to the browser/grazer-dichotomy from the other end // Oecologia. V. 131. P. 343–349.
  16. Clauss M., Schwarm A., Ortmann S., Streich W.J., Hummel J., 2007. A case of non-scaling in mammalian physiology? Body size, digestive capacity, food intake, and ingesta passage in mammalian herbivores // Comp. Biochem. Physiol. A. V. 148. № 2. P. 249–265.
  17. Clauss M., Steuer P., Erlinghagen-Luckerath K., Kaandorp J., Fritz J., et al., 2015. Faecal particle size: Digestive physiology meets herbivore diversity // Comp. Biochem. Physiol. V. 179. P. 182–191.
  18. Cork S.J., Hume I.D., Faichney G.J., 1999. Digestive strategies of nonruminant herbivores: The role of the hindgut // Nutritional Ecology of Herbivores / Eds Jung H.J.G., Fahey G.C. Savoy: American Society of Animal Science. P. 210–260.
  19. Demment M.W., Van Soest P.J., 1985. A nutritional explanation for body-size patterns of ruminant and nonruminant herbivores // Am. Nat. V. 125. № 5. P. 641–672.
  20. Foley W.J., Cork S.J., 1992. Use of fibrous diets by small herbivores: How far can the rules be ‘bent’? // Trends Ecol. Evol. V. 7. P. 159–162.
  21. Fortelius M., 1985. Ungulate cheek teeth: developmental, functional, and evolutionary interrelations // Acta Zool. Fenn. V. 180. P. 1–76.
  22. Fritz J., Hummel J., Kienzle E., Arnold C., Nunn C., Clauss M., 2009. Comparative chewing efficiency in mammalian herbivores // Oikos. V. 118. P. 1623–1632.
  23. Fritz J., Hummel J., Kienzle E., Streich W.J., Clauss M., 2010. To chew or not to chew: Faecal particle size in herbivores reptiles and mammals // J. Exp. Zool. A. V. 313. P. 79–586.
  24. Fritz J., Streich W.J., Schwarm A., Clauss M., 2012. Condensing results of wet sieving analyses into a single data: A comparison of methods for particle size description // J. Anim. Physiol. Nutr. V. 96. P. 783–797.
  25. Hagen K.B., Muller D.W.H., Ortmann S., Kreuzerd M., Clauss M., 2018. Digesta kinetics in two arvicoline rodents, the field vole (Microtus agrestis) and the lemming (Lagurus lagurus) // Mamm. Biol. V. 89. P. 71–78.
  26. Hummel J., Clauss M., Sudekum K.-H., 2020. Aspects of food comminution in ungulates and their consequences for energy budget // Mammalian Teeth — Form and Function / Eds Martin T., Koenigswald W. Munich: Dr. Friedrich Pfeil. P. 87–101.
  27. Hummel J., Fritz J., Kienzle E., Medici E.P., Lang S., et al., 2008. Differences in fecal particle size between free-ranging and captive individuals of two browser species // Zoo Biol. V. 27. P. 70–77.
  28. Illius A.W., Gordon I.J., 1992. Modelling the nutritional ecology of ungulate herbivores: Evolution of body size and competitive interaction // Oecologia. V. 89. P. 428–434.
  29. Jalali A.R., Norgaard P., Weisbjerg M.R., Nielsen M.O., 2012. Effect of forage quality on intake, chewing activity, faecal particle size distribution, and digestibility of neutral detergent fibre in sheep, goats, and llamas // Small Rumin. Res. V. 103. P. 143–151.
  30. Jalali A.R., Weisbjerg M.R., Nadeau E., Randby A.T., Rustas B.O., et al., 2015. Effects of forage type, animal characteristics and feed intake on faecal particle size in goat, sheep, llama and cattle // Anim. Feed Sci. Technol. V. 208. P. 53–65.
  31. Kljak K., Heinrichs B.S., Heinrichs A.J., 2019. Fecal particle dry matter and fiber distribution of eifers fed ad libitum and restricted with low and high forage quality // J. Dairy Sci. V. 102. P. 4694–4703.
  32. Logan M., 2003. Effect of tooth wear on the rumination-like behavior, or merycism, of free-ranging koalas (Phascolarctos cinereus) // J. Mammal. V. 84. P. 897–902.
  33. Madsen H., 1939. Does the rabbit chew the cud? // Nature. V. 143. P. 981–982.
  34. McLeod M.N., Minson D.J., 1988. Large particle breakdown by cattle eating ryegrass and alfalfa // J. Anim. Sci. V. 66. P. 992–999.
  35. Murphy M.R., Nicoletti J.M., 1984. Potential reduction of forage and rumen digesta particle size by microbial action // J. Dairy Sci. V. 67. P. 1221–1226.
  36. Naumova E.I., Chistova T.Yu., Zharova G.K., Kam M., Khokhlova I.S., et al., 2019. Energy requirements, digestive tract compartments and body mass in six gerbilline rodents of the Negev Desert // Zoology. V. 137. P. 1–8.
  37. Naumova E.I., Chistova T.Yu., Zharova G.K., Kam M., Khokhlova I.S., et al., 2021. Particle size reduction along the digestive tract of fat sand rats (Psammomys obesus) fed four chenopods // J. Comp. Physiol. B. V. 191. P. 831–841.
  38. Nygren K., Hofmann R.R., 1990. Seasonal variations of food particle size in moose // Alces. V. 26. P. 44–50.
  39. Nygren K.F.A., Lechner-Doll M., Hofmann R.R., 2001. Inluence of papillae on post-ruminal regulation of ingesta passage in moose (Alces alces L.) // J. Zool. (Lond). V. 254. P. 375–380.
  40. Okamoto M., 1997. Comparison of particle size in the feces of various herbivores // J. Rakuno Gakuen Univ. V. 22. P. 151–153.
  41. Palgi N., Taleisnik H., Pinshow B., 2008. Elimination of oxalate by fat sand rats (Psammomys obesus): Wild and laboratory-bred animals compared // Comp. Biochem. Physiol. A. V. 149. P. 197–202.
  42. Palgi N., Vatnick I., Pinshow B., 2005. Oxalate, calcium and ash intake and excretion balances in fat sand rats (Psammomys obesus) feeding on two diferent diets // Comp. Biochem. Physiol. V. 141. P. 48–53.
  43. Pei Y.-X., Wang D.-H., Hume I., 2001. Effect of dietary fibre on digesta passage, nutrient digestibility and gastrointestinal morphology in the granivorous Mongolian gerbil (Meriones unguiculates) // Physiol. Biochem. Zool. V. 74. № 5. P. 742–749.
  44. Pérez-Barberìa F.J., Gordon I.J., 1998. Factors affecting food comminution during chewing in ruminants: A review // Biol. J. Linn. Soc. V. 63. P. 233–256.
  45. Poppi D.P., Norton B.W., Minson D.J., Hendricksen R.E., 1980. The validity of the critical size theory for particles leaving the rumen // J. Agric. Sci. V. 94. P. 275–280.
  46. Renecker L.A., Hudson R.J., 1990. Digestive kinetics of moose, wapiti and cattle // Anim. Prod. V. 50. P. 51–61.
  47. Shipley L.A., Gross J.E., Spalinger D.E., Hobbs N.T., Wunder B.A., 1994. The scaling of intake rate in mammalian herbivores // Am. Nat. V. 143. P. 1055–1082.
  48. Spalinger D.E., Robbins C.T., 1992. The dynamics of particle low in the rumen of mule deer (Odocoileus hemionus hemionus) and elk (Cervus elaphus nelsoni) // Physiol. Zool. V. 65. P. 379–402.
  49. Streeter Ch.L., 1969. A review of techniques used to estimate the in vivo digestibility of grazed forage // J. Anim. Sci. V. 29. № 5. P. 757–768.
  50. Taylor E.L., 1941. Pseudo-rumination in the rabbit // Proc. Zool. Soc. Lond. V. 110. P. 159–163.
  51. Udén P., 1992. The influence of leaf and stem particle size in vitro and of sample size in sacco on neutral detergent fibre fermentation kinetics // Anim. Feed Sci. Technol. V. 37. P. 85–97.
  52. Udén P., Van Soest P.J., 1982. The determination of digesta particle size in some herbivores // Anim. Feed Sci. Technol. V. 7. P. 35–44.
  53. Van Soest P.J., Jones L.H.P., 1968. Effect of silica in forages upon digestibility // J. Dairy Sci. V. 51. № 10. P. 1644–1648.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Зависимость СРЧ в желудке от массы тела при разных вариантах расчета: а — с учетом всех размерных фракций (r = 0.73736), б — без учета осадка (r = 0.61325).

Скачать (172KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Зависимость СРЧ в содержимом желудка от доли осадка (r = –0.8378).

Скачать (92KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Зависимость СРЧ экскрементов от массы тела при разных вариантах расчета: а — с учетом всех размерных фракций (r = 0.81085), б — без учета осадка (r = 0.72977).

Скачать (166KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Зависимость между СРЧ содержимого желудка и экскрементов при разных вариантах расчета: а — с учетом всех размерных фракций частиц (r = 0.90793), б — без учета осадка (r = 0.75924).

Скачать (173KB)
Метаданные
6. Рис. 5. СРЧ в содержимом желудка и экскрементах у животных с массой тела до 200 г в зависимости от пищевой специализации и стратегии пищеварения: 1 — зеленоядные, 2 — семеноядные, 3 — специализированные копрофаги.

Скачать (141KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Масса тела и СРЧ в содержимом желудка и экскрементах у специализированных копрофагов: 1 — пищухи, 2 — зайцы, 3 — бобры.

Скачать (157KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Степень постгастричной редукции СРЧ у исследованных видов при разных вариантах расчета: с учетом всех размерных фракций (а) и без учета осадка (б).

Скачать (320KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Изменчивость СРЧ в содержимом желудка и экскрементах у грызунов с массой тела до 200 г.

Скачать (86KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Соотношение размерных фракций в содержимом желудка и экскрементах при потреблении дневной песчанкой разных кормов: а — Atriplex halimus, б — Salsola tetrandra.

Скачать (233KB)
Метаданные
11. Рис. 10. Различие в результативности жевания (СРЧ содержимого желудка) между дикими и лабораторными грызунами.

Скачать (82KB)
Метаданные
12. Рис. 11. Корреляция между долей осадка и массой тела: а — в содержимом желудка (r = –0.5579), б — в экскрементах (r = –0.7405).

Скачать (187KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».