Stable Isotope Composition of Fatty Acids in Organisms of Different Trophic Levels in the Yenisei River

We studied four-link food chain, periphytic microalgae and water moss (producers), trichopteran larvae (consumers I), gammarids (omnivorous – consumers II) and Siberian grayling (consumers III) at a littoral site of the Yenisei River on the basis of three years monthly sampling. Analysis of bulk carbon stable isotopes and compound specific isotope analysis of fatty acids (FA) were done. As found, there was a gradual depletion in 13C contents of fatty acids, including essential FA upward the food chain. In all the trophic levels a parabolic dependence of δ13C values of fatty acids on their degree of unsaturation/chain length occurred, with 18:2n-6 and 18:3n-3 in its lowest point. The pattern in the δ13C differences between individual fatty acids was quite similar to that reported in literature for marine pelagic food webs. Hypotheses on isotope fractionation were suggested to explain the findings

Fatty Acid Content and Composition of Fly Larvae Lucilia sericata (Family Calliphoridae) Grown on Diets with Different Content of Polyunsaturated Fatty Acids and the Amino Acid Composition of this Species

Аквакультура – быстроразвивающаяся отрасль сельского хозяйства, однако сейчас она столкнулась с недостатком кормов, основу которых составляют уловы дикой рыбы, и, как следствие, повышением их стоимости. Для дальнейшего устойчивого развития аквакультуры необходимо разработать альтернативные корма, производимые не из дикой рыбы. Насекомые рассматриваются как подходящий источник кормового белка для рыб, однако их жирнокислотный (ЖК) состав часто не соответствует требованиям аквакультуры. В рыбьем жире среди ПНЖК доминируют кислоты семейства омега‑3, а в наземных насекомых – семейства омега‑6. Исследование возможности модификации ЖК состава личинок насекомых для увеличения содержания омега‑3 ПНЖК является актуальной задачей. Целью данной работы было изучить состав и содержание жирных кислот в личинках мухи Lucilia sericata, выращенных на стандартном корме и корме с добавлением рыжикового масла, богатом альфа-линоленовой кислотой (АЛК, 18:3n‑3), и проанализировать аминокислотный состав (АК) личинок данного вида мух. ЖК анализ проводили на газовом хроматографе с масс-спектрометрическим детектором. АК анализ выполняли на жидкостном хроматографе. АК состав исследованных личинок мух, как и других насекомых отряда Diptera, был близок к АК составу рыбной муки. Состав и содержание жирных кислот личинок мухи на стандартном корме характеризовались низким соотношением омега‑3 / омега‑6 ПНЖК и доминированием 18:1n‑9 и 18:2n‑6 – жирных кислот, которые суммарно составляли от 40 % до 60 % от суммы ЖК. Добавление рыжикового масла изменило соотношение омега‑3 / омега‑6 ПНЖК с 0,11 до 0,46, главным образом за счёт увеличения содержания АЛК. Таким образом, ЖК состав личинок L. sericata может быть существенно модифицирован пищейAquaculture is a fast-growing branch of agriculture, but it faces fish feed shortages due to a decrease in wild fish catches. As a result, the price of feed increases. For further development it requires alternative feed sources. Insects are considered a suitable protein source for fish, but their fatty acid (FA) composition often does not meet the requirements of aquaculture. In fish oil, PUFAs are dominated by the omega‑3 family, and in terrestrial insects, by the omega‑6 family. A question arises whether insect larvae lipid composition can be modified to increase the content of omega‑3 PUFAs. For this purpose, Lucilia sericata larvae were grown on standard feed and feed with addition of camelina oil rich in alpha-linolenic acid (ALA, 18:3n‑3), and their FA content and composition were compared. To evaluate the quality of these larvae protein, their amino acid (AA) composition was determined. The FA analysis was performed on a gas chromatograph equipped with a mass-spectrometer detector. The AA analysis was performed on a liquid chromatograph. The AA composition of the examined fly larvae, similarly to other insects (Diptera), was close to the AA composition of fish meal. Fatty acid composition and content of fly larvae grown on standard food was characterized by a low ratio of omega‑3/omega‑6 PUFAs and by the dominance of 18:1n‑9 and 18:2n‑6 fatty acids, which together comprised 40–60 % of the total of FAs. The addition of camelina oil changed the ratio of omega‑3/ omega‑6 PUFAs from 0.11 to 0.46, mainly due to the increase in ALA content. Thus, FA content and composition of L. sericata larvae can be significantly modified by a die

Stable Isotope Analyses in Aquatic Ecology (a review)

Theory and practice of analyses of stable isotopes of carbon and nitrogen for food trophic studies in aquatic ecology are regarded basing on literature, published primarily in the last decade. Methods of measuring of the stable isotope ratios, δ13C and δ15N, are described including those of compound specific isotope analyses. Differences in isotopic signatures between terrestrial and aquatic organisms as well as between taxa and life forms and habitats are generalized. Trophic fractionation of 15N as the basis of quantitative estimation of trophic positions of organisms is described. Environmental factors affecting values of isotope ratios and limitations of the stable isotope method are discussed. Novel conceptions of aquatic ecology, developed on the basis of the stable isotope analyses are listed. As concluded, the stable isotopes are becoming a standard analytical tool in food web ecology. Careful use must be made of this tool, however.На основе публикаций преимущественно последнего десятилетия рассмотрена теория и практика анализа стабильных изотопов углерода и азота в трофических исследованиях водных экосистем. Описаны методы измерения соотношений стабильных изотопов, δ13C и δ15N, включая анализ изотопов в отдельных классах веществ. Обобщены данные о различиях изотопного состава водных и наземных организмов, а также разнообразных видов и жизненных форм в основных типах местообитаний. Рассмотрено трофическое фракционирование 15N как основа для количественной оценки трофической позиции организмов. Рассмотрены экологические факторы, влияющие на соотношения изотопов, а также приведены сведения об ограничениях метода анализа стабильных изотопов. Перечислены новейшие концепции водной экологии, разработанные на базе применения анализа стабильных изотопов. Сделан вывод, что анализ стабильных изотопов становится стандартным инструментом для экологических исследований пищевых сетей. Тем не менее, использование этого инструмента требует большой осторожности

Fatty Acids: Essential Nutrients and Important Biomarkers

Fatty acids (FA) are well-known, important components of human nutrition [...

Essential Polyunsaturated Fatty Acids and their Dietary Sources for Man

Рассматриваются структура и строение молекул жирных кислот, включая незаменимые полиненасыщенные жирные кислоты (ПНЖК). Описывается роль ПНЖК в организме человека как биохимических предшественников различных эндогормонов. Приводится обзор результатов многолетних клинических и эпидемиологических исследований действия ПНЖК на человека. Рассматривается значение сбалансированного потребления ПНЖК в диете, способствующего профилактике сердечно-сосудистых заболеваний. Обобщаются данные о содержании ПНЖК в рыбе как в основном источнике этих веществ в питании человека. Обсуждается вероятная роль потребления морепродуктов в эволюции человека. Даётся характеристика водных экосистем как основных продуцентов длинноцепочечных ПНЖК в биосфере. Представлены основные способы сохранения высокой продукции ПНЖК в водных экосистемах. Приводятся количественные данные об оптимальных порциях потребляемой рыбы и способах её кулинарной обработки.Composition and structure of molecules of fatty acids are regarded, including those of essential polyunsaturated fatty acids (PUFA). Role of PUFA in human organism as the precursors of various endohormones is described. A review is done of results of many years clinical and epidemiological studies of PUFA effects on humans. An importance of balanced PUFA diet to prevent cardiovascular disease is considered. Data on PUFA contents in fish as the main source of these biochemicals for humans are generalized. A probable role of sea food in humans’ evolution is discussed. Aquatic ecosystems are characterized as the main producers of long-chain PUFA in Biosphere. Principal ways of sustaining of high PUFA production in aquatic ecosystems are regarded. Quantitative data on optimal portions of fish to consume and on ways of it culinary treatments are given

Essential Polyunsaturated Fatty Acids and their Dietary Sources for Man

Рассматриваются структура и строение молекул жирных кислот, включая незаменимые полиненасыщенные жирные кислоты (ПНЖК). Описывается роль ПНЖК в организме человека как биохимических предшественников различных эндогормонов. Приводится обзор результатов многолетних клинических и эпидемиологических исследований действия ПНЖК на человека. Рассматривается значение сбалансированного потребления ПНЖК в диете, способствующего профилактике сердечно-сосудистых заболеваний. Обобщаются данные о содержании ПНЖК в рыбе как в основном источнике этих веществ в питании человека. Обсуждается вероятная роль потребления морепродуктов в эволюции человека. Даётся характеристика водных экосистем как основных продуцентов длинноцепочечных ПНЖК в биосфере. Представлены основные способы сохранения высокой продукции ПНЖК в водных экосистемах. Приводятся количественные данные об оптимальных порциях потребляемой рыбы и способах её кулинарной обработки.Composition and structure of molecules of fatty acids are regarded, including those of essential polyunsaturated fatty acids (PUFA). Role of PUFA in human organism as the precursors of various endohormones is described. A review is done of results of many years clinical and epidemiological studies of PUFA effects on humans. An importance of balanced PUFA diet to prevent cardiovascular disease is considered. Data on PUFA contents in fish as the main source of these biochemicals for humans are generalized. A probable role of sea food in humans’ evolution is discussed. Aquatic ecosystems are characterized as the main producers of long-chain PUFA in Biosphere. Principal ways of sustaining of high PUFA production in aquatic ecosystems are regarded. Quantitative data on optimal portions of fish to consume and on ways of it culinary treatments are given

Stable Isotope Analyses in Aquatic Ecology (a review)

Theory and practice of analyses of stable isotopes of carbon and nitrogen for food trophic studies in aquatic ecology are regarded basing on literature, published primarily in the last decade. Methods of measuring of the stable isotope ratios, δ13C and δ15N, are described including those of compound specific isotope analyses. Differences in isotopic signatures between terrestrial and aquatic organisms as well as between taxa and life forms and habitats are generalized. Trophic fractionation of 15N as the basis of quantitative estimation of trophic positions of organisms is described. Environmental factors affecting values of isotope ratios and limitations of the stable isotope method are discussed. Novel conceptions of aquatic ecology, developed on the basis of the stable isotope analyses are listed. As concluded, the stable isotopes are becoming a standard analytical tool in food web ecology. Careful use must be made of this tool, however.На основе публикаций преимущественно последнего десятилетия рассмотрена теория и практика анализа стабильных изотопов углерода и азота в трофических исследованиях водных экосистем. Описаны методы измерения соотношений стабильных изотопов, δ13C и δ15N, включая анализ изотопов в отдельных классах веществ. Обобщены данные о различиях изотопного состава водных и наземных организмов, а также разнообразных видов и жизненных форм в основных типах местообитаний. Рассмотрено трофическое фракционирование 15N как основа для количественной оценки трофической позиции организмов. Рассмотрены экологические факторы, влияющие на соотношения изотопов, а также приведены сведения об ограничениях метода анализа стабильных изотопов. Перечислены новейшие концепции водной экологии, разработанные на базе применения анализа стабильных изотопов. Сделан вывод, что анализ стабильных изотопов становится стандартным инструментом для экологических исследований пищевых сетей. Тем не менее, использование этого инструмента требует большой осторожности

Theoretical Analysis of the Potential of Silver Carp Hypophthalmichthys Molitrix in the Control of Water Blooming by Different Species of Cyanobacteria

В работе проводится теоретический анализ возможности белого толстолобика (Hypophthalmichthys molitrix) контролировать «цветение» водоемов некоторыми видами цианобактерий. Для решения этой задачи построена имитационная модель, описывающая сообщество цианобактерий в абстрактном водоеме. В качестве моделируемых видов выбраны Anabaena flos-aquae и Microcystis aeruginosa. Модельные расчеты показывают, что интродукция рыб в водоем подавляет развитие Anabaena flos-aquae. «Цветение» воды, формируемое Microcystis aeruginosa, наоборот не сдерживается белым толстолобиком. Одной из причин такой реакции Microcystis aeruginosa на зарыбление водоема белым толстолобиком может быть стимуляция роста этого вида после прохождения через кишечник рыб.Таким образом, возможность белого толстолобика контролировать рост цианобактерий в масштабах целого водоема носит видоспецифичный характер, который необходимо учитывать при планировании мероприятий по ликвидации «цветений».The possibility to use silver carp (Hypophthalmichthys molitrix) in the control of water blooming by cyanobacteria is theoretically analyzed. To attain this goal the dynamic model has been developed, describing communities of two species of cyanobacteria: Anabaena flos-aquae and Microcystis aeruginosa, taking into account direct influence of silver carp on cyanobacteria growth - stimulation of cyanobacteria growth rate and cyanobacteria digestion in fish gut. The calculation results have shown that silver carp influences oppositely the formation of blooming by cyanobacteria species simulated. Reservoir stocking with silver carp inhibits the development of Anabaena flos-aquae species. The development of Microcystis aeruginosa is not constrained by silver carp. Forming blooming outbreaks by this species is possible even with increasing stocking. One of the possible reasons may be the fact that the Microcystis aeruginosa growth is stimulated after passing through fish gut. Therefore, when planning biomanipulations using silver carp it is necessary to take into consideration the relationship between fish and the different species of cyanobacteria. The success of such manipulations depends on what species of cyanobacteria are dominant in the ecosystem in the blooming period

Биодеградация полигидроксиалканоатов в природных водных экосистемах

The review reports studies of PHA biodegradation behavior in natural freshwater and marine environments. The factors determining polymer degradation rates in water basin include the temperature and the mineral component of the water, the structure of the aquatic ecosystem and bacterioplankton composition. Anaerobic degradation occurs at slower rates as compared with aerobic process. One of the factors limiting PHA degradation rates is deficiency of dissolved mineral phosphorus, which hinders the development of microbial components of the ecosystem. Differences in biodegradation patterns of PHA specimens are accounted for by different structures and surface areas of specimens, which influence the adhesion of microorganisms. Bacteria are main PHA destructors in water ecosystems as opposed to soil environments where micromycetes are most significant degradersВ обзоре приведены результаты исследований по биодеградации полигидроксиалканоатов (ПГА) в природных пресноводных и морских экосистемах. Факторы, определяющие скорости деградации полимеров в условиях водоема, включают температуру и минеральный состав воды, структуру водной экосистемы и состав бактериопланктона. При наличии в водоеме аэробной и анаэробной зон анаэробная деградация протекает с меньшими скоростями по сравнению с аэробной. Одним из факторов, ограничивающих скорости деградации ПГА, является недостаток растворенного минерального фосфора, препятствующий развитию микробных сообществ экосистемы. Отличия в особенностях биодеградации ПГА обусловлены также различными структурой и поверхностью образцов, влияющими на адгезию микроорганизмов. Бактерии являются основными деструкторами ПГА в водных экосистемах, в отличие от почвенных, где наибольшее значение имеют микромицет