Influența apei potabile și a dietei asupra raportului izotop stabil-hidrogen al țesuturilor animale PNAS
Editat de Samuel Epstein, California Institute of Technology, Pasadena, CA și aprobat la 11 mai 1999 (primit pentru revizuire 19 ianuarie 1999)
Abstract
În ciuda interesului considerabil în utilizarea măsurătorilor raportului izotopului hidrogen stabil (δD) în cercetările ecologice, nu se știa până acum dacă hidrogenul derivat din apa potabilă, în plus față de cel derivat din dietă, a contribuit la hidrogenul neschimbabil din țesuturile animale. Am ridicat patru grupuri experimentale de prepeliță (Coturnix coturnix japonica) din trapă pe două diete izotopice distincte (medie inexcambiabile δD: −146 și −60 ‰, standardul standard al apei oceanice din Viena) și ape potabile (medie δD: −130 și +196 ‰, standardul standard al apei oceanice din Viena). Aici arătăm că atât hidrogenul alimentar, cât și cel de apă potabilă sunt încorporați în hidrogenul neschimbabil atât în țesuturile active din punct de vedere metabolic (adică mușchi, ficat, sânge, grăsimi), cât și în țesuturile inactive (adică pene, unghii). Aproximativ 20% din hidrogen în țesuturile de prepeliță active din punct de vedere metabolic și 26-32% din pene și unghii au fost derivate din apă potabilă. Descoperirile noastre sugerează că interpretările de mediu ale valorilor δD din țesuturile animale moderne și fosile ar putea fi necesare pentru a explica diferențele izotopice potențial mari între apa potabilă și alimentele și necesită o bună înțelegere a ecologiei fiziologice a organismelor de studiu.
DeNiro și Epstein (9) au arătat mai întâi că expunerea la vapori de apă atmosferici de diferite valori δD a schimbat valoarea overallD globală a alimentelor de șoarece și a creierului și a țesutului hepatic al șoarecilor. Atomii de hidrogen sunt menținuți slab de oxigen și azot, astfel încât vaporii de apă din mediul înconjurător schimbă cu ușurință hidrogenul cu hidrogenul disponibil legat de oxigen sau azot în probe de material organic (12). Extinderea schimbului izotopic de hidrogen este dependentă de temperatură, dar s-a stabilit empiric că hidrogenul schimbabil poate reprezenta până la ~ 20% din hidrogenul total al materialelor organice deshidratate (7, 8). Doar porțiunea de hidrogen neînlocuibilă a unui țesut dezvăluie informații despre sursele dietetice de hidrogen, dar acest lucru ar putea fi la rândul său complicat prin încorporarea apei de hidrogen potabile în bazinul de hidrogen neînlocuibil al animalelor. Folosind prepelița japoneză crescută în captivitate (Coturnix coturnix japonica), am determinat contribuția relativă a apei potabile față de alimente la hidrogenul neschimbabil în țesuturile animale în condiții controlate și am stabilit dacă factorii de fracționare dietD unici ai țesutului dietetic pentru diferite tipuri de țesuturi ar putea fi aplicați în general în studii ecologice care implică animale.
METODE
Prepelițele japoneze recent eclozate au fost alocate aleatoriu fiecăruia dintre cele patru grupuri de tratament. Aceste grupuri au avut acces la unul din cele două loturi de diete izotopice distincte și la una din cele două surse de apă potabilă izotopică distinctă (Tabelul 1). Am folosit un singur lot omogenizat de starter comercial de curcan din Texas compus din 28% proteine, 4% carbohidrați și 3% grăsimi pentru dieta 1 și un singur lot omogenizat de starter comercial de curcan cultivat în Saskatchewan compus din 16% proteine, 6 % carbohidrați și 3% grăsimi pentru dieta 2. Ambele diete au fost formulate pentru a satisface cerințele nutriționale ale prepelițelor. Sursele de apă potabilă au fost două loturi de 10 litri de apă de la robinet (apă 1), dintre care unul a fost adăugat cu 300 μl de 99,9% D2O (apă 2). Valorile δD ale apei au fost măsurate (n = 24) pe tot parcursul experimentului.
Țesutul δD în prepeliță
Schimbabilitatea hidrogen-izotop pentru toate tipurile de țesut a fost cuantificată mai întâi utilizând o tehnică de echilibrare statică cu abur având o gamă largă de valori izotopice hidrogen (-135 până la + 525 ‰) la temperatură constantă (130 ± 0,1 ° C) timp de 2 ore și apoi măsurarea valorilor totale ale hidrogenului δD (ref. 16 și 17; Anexă). După echilibrarea în tuburile Vycor breakeal, toți vaporii de apă au fost îndepărtați criogenic. Probele au fost apoi sigilate sub vid și arse la 850 ° C în prezența oxidului cupric, urmată de separarea criogenică a CO2 de H2O. Apele de ardere au fost reduse la gaz H2 folosind zinc fierbinte, iar raporturile de 2 H/H au fost măsurate pe un spectrometru de masă cu raport de izotop cu intrare dublă Micromass Optima. Rezultatele izotopului hidrogen stabil sunt raportate în părți la o mie de abateri de la standardul standard de apă din ocean din Viena (VSMOW), cu o reproductibilitate a probei mai bună de ± 2,0 (. Toate rezultatele din Tabelul 1 au fost corectate pentru a ține cont de diferențele de schimbabilitate între tipurile de țesuturi.
REZULTATE SI DISCUTII
Valori δD inexcambiabile ale țesuturilor proteinice (A) (●, ficat; ▴, sânge; ▾, pană; ●, mușchi) și lipide (B), de la prepeliță crescută pe două diete izotopice distincte și surse de apă potabilă (vezi Tabelul 1 pentru valorile specifice ale dietei și apei δD).