Ps.georgianus druk

Zastosowanie analizy mikroprzyrostów i morfologii otolitów georgianki (Pseudochaenichthys georgianus Norman, 1939) z rejonu Georgii Południowej (Antarktyka) do określenia wieku, wzrostu oraz ważniejszych okresów rozwoju ryb
Ryszard Traczyk

Zastosowanie analizy mikroprzyrostów i morfologii otolitów georgianki (Pseudochaenichthys georgianus Norman, 1939) z rejonu Georgii Południowej (Antarktyka) do określenia wieku, wzrostu oraz ważniejszych okresów rozwoju ryb
Autor: mgr Ryszard Traczyk
Środowiskowe Studium Doktoranckie
z Biologii i Oceanologii Uniwersytetu Gdańskiego
Uniwersytet Gdański
Morski Instytut Rybacki
Kraków 2013

Praca została ukończona w Gdyni w 1992 roku.
© Ryszard Traczyk 2013
ISBN: 978-83-62841-10-3

5
I. DEKLARACJA
Jako słuchacz Środowiskowego Studium Doktoranckiego z Biologii i Oceanologii Uniwersytetu Gdańskiego w Gdańsku nie byłem zarejestrowanym słuchaczem innych studiów. Żaden z wykorzystanych w niniejszej pracy materiałów nie był dostarczony celem uzyskania innych wyróżnień.
Najważniejsze prace zostały wykonane przeze mnie osobiście. Część pracy wykonał zespół naukowo-badawczy, ale do rozprawy zostały włączone tylko te prace, w których miałem główny udział.
Dostrzegam wkład kolegów w niniejsze badania i dziękuję im za ich zaangażowanie i pracę.
Rys. 1:
Pomiar masy ciała młodocianych Ps. georgianus w trakcie rejsu naukowego m/t „Hill Cove” w rejonie szelfu Georgii Południowej

7
II. STRESZCZENIE
Otolity ryb białokrwistych Ps. georgianus, łowionych w sezonach antarktycznego lata od 1986 do 1991 roku, zostały zmierzone i zbadane. Najmniejsze, dobowe jednostki periodycznych przyrostów tych otolitów zostały ujawnione, udokumentowane i zanalizowane. Ten materiał pozwolił na dostarczenie po raz pierwszy prostej i wiarygodnej metody określania wieku ryb białokrwistych. Zweryfikowano tradycyjne metody określania wieku. Tym sposobem podano rozwiązanie, które było intensywnie poszukiwane od 1955 roku w laboratoriach wielu państw. W szczególności na użytek Komisji Naukowej S-C CCAMLR i jej obserwatorów, kontrolujących stan żywych zasobów Antarktyki, podano gotowe, praktyczne wskazania do szybkiego określania wieku Ps. georgianus – jednego z najważniejszych i najcenniejszych gatunków przemysłowych szelfu Georgii Południowej.
Odkryty rytmiczny wzór dobowych przyrostów protein i składowania węglanu wapnia w otolitach Ps. georgianus po raz pierwszy zmierzono, dyskretyzowano i zapisano jako zmienność ich gęstości optycznej na wycinkach otolitów. Po raz pierwszy dostarczono metodę do zautomatyzowania żmudnego ich odliczania. Znaleziono gwałtowne zmiany w ich wzorze, opisano je i po raz pierwszy niektóre skorelowano z konkretnymi okresami ważnych zmian morfologiczno- fizjologicznych badanego gatunku, tj. z okresem wylęgu, okresem zmiany środowiska połączonym z okresem metamorfozy.
Wiek 300 osobników został określony z liczenia przyrostów dobowych i, dzięki wykorzystaniu równania regresji, wiek ryb całej próby został wyznaczony z masy otolitu:
wiek [dni] = 231,07 + 28162,2 · masa otolitu [mg].
Kształt otolitu analizowano w czasie życia ryb. Parametry opisujące ten kształt są charakterystyczne dla poszczególnych grup wieku i mogą być wykorzystane do ich identyfikacji. Wiek ryb wyznaczono także innymi metodami: z frekwencji masy otolitu i progresji mód; z wstecznych odczytów wieku na bazie liniowej regresji promienia otolitu do długości ciała i z analizy rozkładów długości ciała. Te metody dały zgodne wyniki i były zbliżone do tych, które uzyskano

z analizy wzoru przyrostów dobowych. Porównano je z danymi z literatury.
Zmienność osobnicza masy otolitów w okresie badań została opisana i zanalizowana. Obniżenie tej zmienności, stwierdzone dla ryb z III grupy wieku, wydaje się być w związku z większym zużyciem zasobów energii na dojrzewanie płciowe i na rozwój gonad niż na przyrosty ciała.
Parametry wzrostu wg wzoru Bertalanffy'ego są następujące:
k = 0,40, L∞ = 60,62, t0 = 0,253.

9
III. SPIS TREŚCI
I. DEKLARACJA �5
II. STRESZCZENIE �7
III. SPIS TREŚCI �9
IV. Lista tabel �13
V. Lista rysunków �15
VI. WSTĘP �25
1. Geneza pracy �25
2. Kierunek i zakres pracy �25
3. Antarktyka – konieczność racjonalnej eksploatacji jej żywych zasobów �26
4. Istotność informacji o wieku przy zarządzaniu zasobami ryb antarktycznych �27
5. Trudności w określaniu wieku ryb antarktycznych – dotychczasowe rozwiązania �28
6. Ogólny opis biologiczny badanego gatunku �29
7. Cele pracy �30
VII. MATERIAŁY I METODYKA �33
1. Odczyty wieku z otolitów �35
A. Preparacja otolitów do odczytu znaków przyrostów i odczyt wieku �36
B. Odczyt rocznych przyrostów z całych otolitów i z przełamanych �36
C. Odczyt dobowych przyrostów otolitu i innych naturalnie występujących znaków �37
i) Obserwacja i liczenie przyrostów dobowych w mikroskopie świetlnym �39
ii) Pomiar przyrostów dobowych w systemie mikrodigiskopu �40
iii) Pomiar przyrostów dobowych w systemie mikrodensytometra �41
iv) Pomiar przyrostów dobowych z użyciem SEM �43

10
D. Określanie wieku ryb na bazie morfologii otolitów �44
i) Analiza rozmiarów otolitów �45
ii) Wsteczny odczyt wieku �45
iii) Wyznaczanie grup wieku z masy otolitów �46
iv) Analiza rozkładów masy otolitów w grupach wieku dla próby z kohorty �48
v) Analiza rozkładów masy otolitów w grupach wieku dla próby z jednego sezonu �49
vi) Określanie wieku ryb dla dużych prób ze związku wiek – rozmiary otolitu �50
2. Odczyty wieku z informacji zawartych we frekwencji w klasach długości ciała �50
A. Metoda Bhattacharya �52
B. Analiza rozkładów długości w wieloletnich próbach �52
C. Analiza rozkładów długości skoncentrowana na mody grup wieku z jednego, tego samego sezonu �53
D. Analiza progresji grup wiekowych w czasie ontogenezy �53
3. Parametry wzrostu �54
VIII. WYNIKI BADAŃ �57
1. Dokładność wykonywanych pomiarów �57
A. W mikrodigiskopie �57
B. W mikrodensytometrze �59
2. Kształtowanie się i wzrost otolitów �60
A. Kształt i budowa otolitów �60
B. Strefy wzrostu otolitów �65
i) Dobowe �65
ii) Inne znaki przyrostów w otolitach �82
iii) Przyrosty roczne i sezonowe �94
C. Wsteczna kalkulacja �99
D. Masa otolitów �102

11
i) Rozkłady masy otolitów, zmienność i prognoza wylęgu �111
ii) Analiza zmienności tempa dziennych przyrostów masy otolitów �112
iii) Metoda numeryczna, regresja wielokrotna, metoda Bhattacharya �116
3. Wiek a wzrost długości ryb �118
A. Analiza rozkładów długości w programie ELEFAN i metodą Bhattacharya �118
4. Transformacja tradycyjnie wyznaczanych grup wieku w nowe grupy �119
5. Wzrost długości ryb i struktura wiekowa w prognozie zasobów �124
6. Porównanie wieku, długości ciała z opublikowanymi danymi �130
7. Cykl życiowy �133
IX. DYSKUSJA �135
1. Ocena i krytyka dotychczasowych metod określania wieku, wyniki badań porównawczych �135
2. Przyjęty nowy sposób określania wieku ryb �138
A. Mikroprzyrosty otolitów jako zapisy biologicznego rytmu dobowego �139
B. Szybki odczyt wieku, weryfikacja metody �142
3. Wiek i wzrost �143
4. Prognoza zasobów �145
5. Rozwój larwalny �147
X. PODSUMOWANIE �151
1. Szybkie określanie wieku dla kontroli i zarządzania zasobami Ps. georgianus �151
2. Metodyka �152
3. Kilka danych z biologii Ps. georgianus �153
XI. DODATKOWE OBJAŚNIENIA I NOTATKI �155
1. Krzywa wzrostu von Bertalanffy'ego; modele wzrostu populacji �155
A. Obliczanie współczynników wzrostu z użyciem elektronicznej analizy

liczebności „ELEFAN I” �156
i) Parametry równania wzrostu dla Ps. georgianus metodą ELEFAN I �158
B. Obliczanie współczynników wzrostu metodą szacowania maksymalnego prawdopodobieństwa, kryterium χ2 �163
2. Wyznaczanie zmian liczebności �171
A. Modele połowów i procesów biologicznych �177
XII. CHARAKTER PRACY I PODZIĘKOWANIA �211
XIII. BIBLIOGRAFIA �215

13
IV. Lista tabel
Tab. 1: Rok połowu i liczba Ps. georgianus z Georgii Południowej użyta w analizie frekwencji �51
Tab. 2: Ogólny wykaz materiałów wykorzystywanych do wyznaczenia metody określania wieku z otolitów Ps. georgianus z rejonu Georgii Południowej �56
Tab. 3: Wyniki porównania średnich i wariancji dla dwóch serii niezależnych pomiarów 0,01 mm w polu widzenia mikrodigitometra �58
Tab. 4: Statystyki pomiaru 0,01 mm w mikrodensytometrze i przedziały ufności dla średniej i wariancji �60
Tab. 5: Wymiary średnie otolitów w grupach wiekowych, średnie długości ryb, liczba przyrostów dobowych w grupach wieku; wymiary początkowego przyrostu (CP) i otolitu larwalnego (LN). OVL, ORL – długości otolitu bez rogów i z rogami; różnice – przyrosty pomiędzy grupami (1 – z odczytów wstecznych) �62
Tab. 6: Średnie liczby przyrostów dobowych w grupach ryb wzdłuż R9 i R11 �79
Tab. 7: Średnia liczba przyrostów dobowych i powierzchnia przekroju przyśrodkowego otolitowych jąder larwalnych w grupach wieku Ps. georgianus �83
Tab. 8: Około roczne znaki przyrostów otolitów (1/4 roku) w grupach wieku �95
Tab. 9: Wyniki porównania średnich i wariancji dla pomiarów masy lewych i prawych otolitów �103
Tab. 10: Wyniki analizy χ2 masy otolitów grupy 0 �105
Tab. 11: Średnie długości i przyrosty roczne ryb w grupach wieku w latach 1985-1992. Wyniki odczytów wieku z zastosowaniem proporcji Gullanda �118
Tab. 12: Średnia długość ciała i masa otolitów w grupach wieku otrzymanych metodą Bhattacharya zastosowaną do liczebności

w klasach masy otolitów Ps. georgianus z Georgii Południowej 1986-88 (IX-I) �118
Tab. 13: Przykładowe parametry krzywych wzrostu Bertalanffy'ego, otrzymanych metodą Bhattacharya zastosowaną do rozkładów długości ciała i masy otolitów (kolor czerwony liter) Ps. georgianus poławianej w Georgii Południowej w sezonach 1977-1992. Jeśli L∞ jest małe, wtedy t0 i K są duże. Jeśli K, t0 są z regresji liniowej: y = ax + b, wtedy parametry te są większe w porównaniu do wyliczonych z L1, L2 �123
Tab. 14: Liczebności i średnie długości TL w grupach wieku wyznaczonych metodą Bhattacharya analizy rozkładów długości Ps. georgianus łowionych w Georgii Południowej w okresie 1976- 1984 �125
Tab. 15: Średnie długości ryb w grupach wieku i przyrosty roczne ryb Ps. georgianus na podstawie danych z literatury �130
Tab. 16: Zróżnicowanie parametrów krzywej wzrostu Bertalanffy'ego względem metody i źródła danych dla Ps. georgianus �131
Tab. 17: Wskaźniki rozrodczości i śmiertelności �172
Tab. 18: Zapis macierzowy struktury wiekowej �181
Tab. 19: Otrzymywanie kolejnej struktury wiekowej �184
Tab. 20: Wektory struktury wieku, TAC, biomasa 88/89, połowy maksymalne �185
Tab. 21: Grupy wiekowe w kolumnach macierzy �189
Tab. 22: Wyliczenie wielkości połowów Y �193
Tab. 23: Grupowanie analityczne �200
Tab. 24: Wyniki analizy krzywych połowu, dane z różnych źródeł �201

15
V. Lista rysunków
Rys. 1: Pomiar masy ciała młodocianych Ps. georgianus w trakcie rejsu naukowego m/t „Hill Cove” w rejonie szelfu Georgii Południowej �5
Rys. 2: Pseudochaenichthys georgianus Norman, 1939 �29
Rys. 3: Występowanie Ps. georgianus w polskich naukowych połowach ryb w Antarktyce �30
Rys. 4: Zaciągi r/v „Prof. Siedleckiego” i m/t „Hill Cove” przy Georgii Pd. i Shag Rocks, 1986-1989 �34
Rys. 5: „Profesor Siedlecki” w czasie ekspedycji naukowej; ryby z jednego zaciągu; ryby posortowane: N. gibberifrons (żółte po lewej) i Ps. georgianus �35
Rys. 6: Wykres środkowej strony lewego otolitu strzałki Ps. georgianus (TL, 45 cm) z ważniejszymi częściami i parametrami mierzonymi z wzajemnie prostopadłych płaszczyzn przekroju. CP – pierwszy przyrost otolitu – inicjujący, AP – początek dodatkowej strefy wzrostu (wzdłuż promienia wzrostu otolitu R9). ORL, OVL – długości otolitu z rogami i bez �38
Rys. 7: Środkowa strona prawego otolitu Ps. georgianus (TL, 45 cm) z parametrami mierzonymi z 2 prostopadłych płaszczyzn przekroju. ORL, OVL – długość z rogami i bez rogów; OH – wysokość; R1-12 – promienie przyrostów dziennych �39
Rys. 8: Wycinki otolitów zalane w żywicy i przyklejone do szkiełek podstawowych �40
Rys. 9: Schemat automatycznego pomiaru gęstości optycznej przyrostów dobowych otolitów w systemie mikrodensytometru �42
Rys. 10: Szkiełko podstawowe z wycinkami otolitów przygotowane do SEM �44
Rys. 11: Wsteczny odczyt długości ryb z promienia R3 otolitu 21 cm TL georgianki. A, B – larwa, postlarwa, wg Northa[45], C – 21 cm TL Ps. georgianus; R1-3 – odczyty multidensytometra �46
Rys. 12: Digitalizowane mikroprzyrosty na przekrojach otolitu Ps. georgianus (TL, 7 cm): A – strzałkowo-przyśrodkowej; B –

16
bocznej. FE – otolit larwy w ikrze; LN – otolit wylęgu �47
Rys. 13: Rozkłady długości Ps. georgianus (Georgia Płd., 1978/79) analizowane w ELEFAN. Dopasowanie do pików symulowanego szeregu czasowego, krzywej wzrostu Bertalanffy’ego, uwzględniającej sezonowe oscylacje tempa wzrostu (C ∙ K/2π) ∙ sin(2π(t –ts)), poprzez zmiany t0 w ciągu roku. W punkcie letnim ts (tempo wzrostu) jest najwyższe, w punkcie zimowym tw = ts + 0,5 – najniższe (rys. 71). Dla C = 0 tempo wzrostu jest bez oscylacji. Dla C = 1 tempo wzrostu w punkcie zimowym spada do 0[62]. Piki podkreślają średnie ruchome. Aproksymacja krzywej wzrostu przez dopasowanie rozkładów teoretycznych, NTL generujących te krzywe do rozkładów empirycznych za pomocą kryterium χ2. I – indeks rozdziału �55
Rys. 14: Przykładowy empiryczny histogram i rozkład teoretyczny wzorca długości 0,01 mm w mikrodigiskopie (liczebności empiryczne w klasach ± (4 – 6) ∙ 10-5 są wyższe niż oczekiwane); funkcje szeregów kumulacyjnych dwóch przykładowych pomiarów wzorca 0,01 w polu widzenia mikrodigiskopu. DN – wartość absolutna maksymalnej pionowej odległości pomiędzy dwiema funkcjami e.f.s.c. �57
Rys. 15: Wykres zmian kształtu otolitów na przekroju A – bocznym i B – strzałkowo-przyśrodkowym w gradacji masy otolitu i długości ciała oraz w grupach i zakresach wieku �61
Rys. 17: Wykres zmian kształtu otolitu na przekroju poprzecznym od postlarw z 0 grupy wieku do rok starszych z I grupy wieku; otolit 21 cm SL Ps. georgianus �63
Rys. 16: Zmiany na brzegu grzbietowym 4 otolitów. Na największym, 0,8 mm od środka wybija się róg od wtórnego początku (AP) �63
Rys. 18: Otolity Ps. georgianus według Hecht’a[29] �64
Rys. 19: Wycinek otolitu Ps. georgianus (7 cm SL) z widocznymi przyrostami dobowymi sektora strzałkowo-przyśrodkowego, mierzonymi i liczonymi wzdłuż promienia wzrostu AB. A – początek pomiaru, B – koniec pomiaru w multidensytometrze �66
Rys. 20: Wykres zmiennej względnej gęstości optycznej przyrostów dobowych otolitu mierzonej po promieniu jego wzrostu jako

17
natężenie światła transmisyjnego przechodzącego przez wycinek otolitu grubości ~ 0,02 mm (B – patrz rys. 19) i przez jego negatyw (A). Ps. georgianus (SL, 7,5 cm; 6 cm) �67
Rys. 21: Początek wzrostu mikroprzyrostów (CP) na przekroju strzałkowo-przyśrodkowym otolitu Ps. georgianus (7 cm SL). 57 mikroprzyrostów larwalnych �68
Rys. 22: Liczone pod mikroskopem przyrosty dobowe jako: u góry – mikroprzyrosty z przekroju strzałkowo-przyśrodkowego z brzegu otolitu 7 cm SL juvenes; na dole – mikroprzyrosty z przekroju poprzecznego z części grzbietowej otolitu 47 cm SL Ps. georgianus �69
Rys. 23: Odcisk foliowy proteinowych bruzd przyrostów dobowych z polerowanych i trawionych wycinków otolitów Ps. georgianus (przekrój poprzeczny, część grzbietowa, SL, 50 cm). Wycinek będący formą odcisku jest ten sam, co na rys. 46 �70
Rys. 24: Powiększenie odcisku foliowego proteinowych bruzd przyrostów dobowych z wycinka otolitów Ps. georgianus (przekrój poprzeczny, część grzbietowa, SL, 50 cm). Wycinek będący formą odcisku jest ten sam, co na rys. 46 �71
Rys. 25: Odciski foliowe powierzchni przekroju poprzecznego części grzbietowej otolitu 50 cm SL Ps. georgianus. Kolejne powiększenia �72
Rys. 26: SEM. Liczone przyrosty dobowe jako platynowane bruzdy mikroprzyrostów z przekroju poprzecznego części grzbietowej otolitu strzałki 23 cm SL Ps. georgianus. Wycinek z rys. 30 �73
Rys. 27: SEM. Mierzone przyrosty dobowe jako platynowane bruzdy mikroprzyrostów z przekroju poprzecznego części brzusznej otolitu strzałki 50 cm SL Ps. georgianus. Wycinek z rys. 46, fragment brzegu otolitu ze zmianami wzoru przyrostów uwidaczniającymi lokalne zmiany: zwężanie się (rozszerzanie) tych samych przyrostów pod wpływem miejscowego wzrostu (spadku) ciśnienia, przebiegającego w czasie wzrostu otolitu �74
Rys. 28: SEM. Platynowane bruzdy mikroprzyrostów z przekroju poprzecznego części brzusznej otolitu strzałki 40 cm SL Ps. georgianus. Wycinek obrazujący zmiany szerokości (nawet duże,

18
ale krótkotrwałe) mikroprzyrostów wzdłuż osi wzrostu, obrazujący zmiany ciśnienia w czasie (zmiany w ilości depozycji aragonitu) �75
Rys. 29: SEM. Platynowane bruzdy mikroprzyrostów z przekroju strzałkowo-przyśrodkowego części centralnej otolitu 7 cm SL Ps. georgianus. Wycinek obrazujący przyrosty dobowe, larwalne jądra otolitu �76
Rys. 30: Przyrosty dobowe z negatywu SEM mierzone w multidensytometrze z przekroju poprzecznego części grzbietowej otolitu strzałki 23 cm SL Ps. georgianus. Wycinek z rys. 26 �77
Rys. 31: Wzór przyrostów dobowych z multidensytometru. 23 cm SL Ps. georgianus �77
Rys. 32: Zapis w multidensytometrze przyrostów dobowych wzdłuż promienia R9 z negatywu SEM wycinka poprzecznego części grzbietowej otolitu 23 cm SL Ps. georgianus �78
Rys. 33: Histogram z częstości empirycznych szerokości przyrostów dobowych otolitów dużych i postlarwalnych osobników Ps. georgianus rejestrowanych wzdłuż promienia R9 w układzie densytometra i ich teoretyczne rozkłady logarytmiczno-normalne �79
Rys. 34: Mikroprzyrosty z przekrojów poprzecznych otolitów. A – SEM – platynowane bruzdy SEM z fragmentem z innego miejsca w lewym dolnym rogu; B – replika foliowa; C – sekwencje trudne do odczytu; D – liczone mikroprzyrosty �80
Rys. 35: Histogramy z liczby przyrostów dobowych w otolitach juvenes Ps. georgianus �81
Rys. 36: Teoretyczny wzrost masy otolitów juvenes i dorosłych Ps. georgianus �82
Rys. 37: Wzór mikroprzyrostów larwalnych i postlarwalnych wycinka z przekroju poprzecznego strzałki 7 cm SL Ps. georgianus. CP – centralne ognisko wzrostu; LN – brzeg otolitu larwalnego = prawdopodobny znak wylęgu po około 57 przyrostach dobowych larwalnych �84
Rys. 38: Wycinek poprzeczny z otolitu strzałki 7 cm SL Ps. georgianus. CP – centralne ognisko wzrostu; LN – brzeg otolitu larwalnego �85

19
Rys. 39: Wycinki strzałkowo-przyśrodkowe z otolitów 8 cm SL Ps. georgianus z AP – dodatkowym ogniskiem wzrostu; LN – brzeg otolitu larwalnego �86
Rys. 40: Fragment wycinka strzałkowo-przyśrodkowego otolitu 8 cm SL Ps. georgianus z jądrem larwalnym oddzielonym wodą od reszty otolitu; LN – brzeg otolitu larwalnego �87
Rys. 41: Wycinek strzałkowo-przyśrodkowy części centralnej otolitu 50 cm SL Ps. georgianus z szerokim rowem niskiej inkrustacji protein, oddzielającym jądro larwalne (LN) od reszty otolitu; LN – brzeg otolitu larwalnego �88
Rys. 42: Od góry wycinek strzałkowo-przyśrodkowy otolitu 7 cm SL Ps. georgianus z widocznym obrotem o 180˚ wzrostu 24 przyrostów larwalnych w 89 postlarwalnych; poniżej wycinek poprzeczny otolitu dorosłej, bardziej aktywnej georgianki z większym wcięciem w otolicie �89
Rys. 43: SEM. Fragmenty wycinka poprzecznego części brzusznej otolitu 23 cm SL Ps. georgianus. Z lewej szersze mikroprzyrosty przy 0,8 mm od centrum, wzdłuż R9, to jest przy początku AP – dodatkowego ogniska wzrostu. Z zewnątrz wcięcie środkowe w części grzbietowej wskazuje tworzenie się AP (patrz rys. 16, 17, 40). Z prawej węższe mikroprzyrosty w rejonie 1,8 mm od centrum wzdłuż R9, to jest w pobliżu brzegu grzbietowego otolitu �91
Rys. 44: Zmiany średnich szerokości przyrostów dobowych w 12 jednostkowych sekwencjach znajdowanych od centrum (CP) do brzegu otolitów, mierzonych wzdłuż promienia R9 �93
Rys. 45: Wzrost Ps. georgianus na bazie odczytów przyrostów rocznych, czyli sezonowych w otolitach �94
Rys. 46: Mikroprzyrosty w wycinku poprzecznym w strefie grzbietowej otolitu 50 cm SL Ps. georgianus makroskopowo trudne w interpretacji. Makroprzyrost pod większym powiększeniem zawiera 60 przyrostów dobowych (rys. 47, 48) �96
Rys. 47: Kolejne powiększenia wycinka poprzecznego części grzbietowej otolitu strzałki 50 cm SL Ps. georgianus, ujawniające przyrosty dobowe mikroprzyrostu z rys. 46 �97

20
Rys. 48: Kolejne powiększenia wycinka poprzecznego części grzbietowej otolitu strzałki 50 cm SL Ps. georgianus, ujawniające 25 przyrostów dobowych w 0,1 mm i 60 w mikroprzyroście z rys. 46 �98
Rys. 49: Związek długości ciała z promieniem wzrostu otolitu R9 �99
Rys. 50: Przyrosty dobowe części grzbietowej otolitów wzdłuż jej promienia R9 �100
Rys. 51: Krzywa Bertalanffy'ego wzrostu promienia R9 otolitu Ps. georgianus �101
Rys. 52: Prawdopodobny wzrost larw Ps. georgianus na podstawie interpretacji danych z literatury[45] �101
Rys. 53: Larwa i postlarwa Ps. georgianus według Efremenko i Northa[45] �102
Rys. 54: Rozkład teoretyczny i empiryczny długości postlarw Ps. georgianus z Georgii Południowej z sezonu 1988/89 �104
Rys. 55: Częstości w klasach masy otolitów (CO) Ps. georgianus określające grupy wiekowe według niewielkich sąsiednich różnic wewnątrzgrupowych (ā – średnia różnic, s – odchylenie standardowe), a dużych, międzygrupowych. U dołu odpowiadający masom otolitu rozkład długości TL �106
Rys. 56: Częstości w zmiennej szerokości klasach i rozkłady teoretyczne masy otolitów (CO) Ps. georgianus (Georgia Pd, 1989/90) określające grupy wiekowe według niewielkich sąsiednich różnic wewnątrzgrupowych (ā – średnia, s – odchylenie standardowe), a dużych, międzygrupowych. W dolnym prawym rogu – zróżnicowanie masy otolitów względem płci �107
Rys. 58: Porównanie zależności: masa otolitów – długość ryb z różnych rejonów Antarktyki �110
Rys. 59: Po lewej: zależność długości ciała od masy otolitów Ps. georgianus ukazująca, że u starszych, dużych osobników, choć wzrost ciała zanika do L∞, to przyrost masy otolitów nie ustaje. Po prawej: porównanie i test zgodności częstości w klasach długości ciała i masy otolitów postlarw. Do porównań standaryzowano oba rodzaje klas do uzyskania średnich, równych 1. Ciężar otolitów

21
zaczyna różnicować się i zwiększa się u dorosłych, rys. 56 �110
Rys. 60: Aproksymacja przyrostów dobowych średniego masy otolitów postlarw wraz z upływem sezonu połowów ryb w Georgii Pd. Test zróżnicowania prób masy otolitów postlarw względem roku (1987…1991) i zaciągu (26…74). Zróżnicowanie średniego masy otolitów postlarw i I grupy wieku względem zaciągu �113
Rys. 61: A – wykres oszacowanej krzywej Bertalanffy'ego: wiek – długość ryb z liczby przyrostów dobowych w otolitach i z równania zależności wieku od masy otolitów. B – wykres związku długości ryb z masą otolitu, wskazujący na podobieństwo do krzywej Bertalanffy'ego i tym samym na proporcjonalne przyrosty masy otolitów wraz z upływem czasu �116
Rys. 62: Translacja poprzednich grup wieku do nowych z wykorzystaniem analizy parametrów grup w klasach częstości masy otolitów i długości ciała, TL. Test 95% LSD rozkładów masy otolitów – wpływ grup wieku na zróżnicowanie CO. Wykres Box'a i Whisker'a masy otolitów Ps. georgianus łowionych w Georgii Południowej w sezonie 1978/79. Trzyletnie samice zwykle występują mniej licznie i są większe niż samce, rys. 65 �120
Rys. 63: Otrzymywanie parametrów krzywej wzrostu z rozkładu TL i CO metodą Bhattacharya �121
Rys. 64: Rozkłady długości, struktura wiekowa (dawne i nowe grupy wieku), parametry wzrostu Ps. georgianus poławianego w Georgii Południowej w latach 1976-1985; ā – średni wiek �122
Rys. 65: Rozkłady długości, struktura wieku 1985-1992; przykład wzrostu różnic płci i kohorty �126
Rys. 66: Teoretyczne rozkłady normalne długości w grupach wieku i krzywe wzrostu Bertalanffy'ego �127
Rys. 67: Spadek średnich długości (0,62 cm/rok) i wieku (0,08 lat/rok) w ciągu 16 lat połowów w Georgii Płd. �128
Rys. 68: Ważniejsze zdarzenia występujące w życiu Ps. georgianus w okolicach Georgii Płd. �134
Rys. 69: Przedziały masy otolitów dla grup wieku Ps. georgianus łowionych w okolicach Georgii Pd. (I…II) �152

Rys. 70: Obliczanie parametrów wzrostu ze średnich długości w kolejnych 0…VI grupach wieku: 7.5, 18.4, 31.8, 44.5, 50.3, 52.8, 54 cm TL Ps. georgianus z Georgii Pd. w sezonie 1978/79 �156
Rys. 71: Wyliczenia parametrów krzywej wzrostu w ELEFAN. Trend czasowy z danych z rys. 13 �161
Rys. 72: Krzywa wzrostu Bertalanffy'ego �162
Rys. 73: Obliczanie parametrów krzywej wzrostu długości; testowanie podobieństwa krzywych �165
Rys. 74: Test Monte Carlo grup wiekowych w rozkładach długości; zmiany liczebności w stadiach dojrzałości gonad; rozkłady długości, krzywa wzrostu z poprawkami na selektywność sieci; liczebność populacji, wartość połowu �168
Rys. 75: Obliczanie wskaźników dynamiki populacji georgianki �170
Rys. 76: Stadia rozwoju gonad; przyrosty liczebności populacji; TAC �188
Rys. 77: Dystrybuanta F(x) �202

25
VI. WSTĘP
1.
Geneza pracy
Niniejsze badania zostały zapoczątkowane w 1987 roku, kiedy w Morskim Instytucie Rybackim zająłem się określaniem wieku jednego z gatunków ryb antarktycznych Pseudochaenichthys georgianus. Czynność tę zacząłem wykonywać, kierując się doświadczeniem i wskazaniami kolegów oraz mojego poprzednika z MIR-u, który przekazał mi tę pracę, gdyż nie osiągnął zadowalających go wyników. Stosując tradycyjne, polecane mi metody określania wieku, uzyskiwałem wyniki, które były bardzo trudne do zinterpretowania. Przykładowo dla tej samej, powtórnie analizowanej próby uzyskiwałem wyniki wieku ryb różniące się o 6, a nawet więcej lat. W związku z tym podjąłem różnego rodzaju poszukiwania i konsultowałem się ze specjalistami spoza Instytutu (ART w Szczecinie). Jednakże żadna z zastosowanych tradycyjnych metod nie dawała odpowiednich rezultatów. Dopiero sięgnięcie po nowe sposoby określania wieku na bazie przyrostów dobowych dało satysfakcjonujące wyniki. Po kilku latach pracy w tym kierunku, z wykorzystaniem wszelkich dostępnych technik, oraz po zdobyciu odpowiednich prób w trakcie antarktycznych rejsów badawczych w sezonach 1989/90 i 1990/91 możliwe było uzyskanie bardziej jasnych wyników i przystąpienie do niniejszej pracy.
2.
Kierunek i zakres pracy
Na początku pracy podano ogólne informacje o statucie eksploatacji żywych zasobów Antarktyki, o potrzebie i prawnej konieczności jej kontroli oraz znaczeniu informacji o wieku na tym tle. Następnie przedstawiono dotychczasowe tradycyjne metody określania wieku ryb białokrwistych, trudności, jakie napotyka się przy tym, ich ogólną ocenę oraz krytykę. W dalszej kolejności ogólnie opisano przedmiot badań nowej metody, tj. przyrosty dobowe otolitów, ich

26
umiejscowienie w naukach biologicznych i na tle innych biologicznych rytmów dobowych. Opisano dalsze sposoby określania wieku, zastosowane do zwiększenia wiarygodności uzyskanych wyników, oraz możliwości odczytu innych informacji z otolitów – szczególnie wczesnej historii życia ryb. Praca jest jednak głównie ukierunkowana na podanie praktycznej, gotowej metody określania wieku badanego gatunku i ewentualnie sposobu rozwiązywania problemu odczytu wieku przy dalszych studiach nad pozostałymi gatunkami białokrwistych. Na podsumowanie pracy składają się wnioski z metodyki i wyniki oraz ogólna dyskusja. Zasygnalizowano potrzebne kierunki studiów.
3.
Antarktyka – konieczność racjonalnej eksploatacji jej żywych zasobów
Antarktyka jest stosunkowo nowym rejonem eksploatacji rybackiej. Jej zasoby do niedawna państwa eksploatowały bez ograniczeń jako dobro międzynarodowe. Nieplanowy i nadmierny połów zwierząt przemysłowych zachwiał równowagą ekosystemu. Działalność człowieka, w wyniku eliminacji wielorybów – głównych drapieżników dominującego komponenta antarktycznego biotopu, kryla[6], doprowadziła do niezbadanych w pełni skutków w sferze przyrodniczej (oszacowano „nadprodukcję” kryla wynoszącą 3 mln ton rocznie i zaobserwowano skorelowane z nią szybsze dojrzewanie fok oraz wzrost liczby pingwinów), ekonomicznej, a także politycznej.
Zgłaszane od kilkudziesięciu lat pretensje terytorialne wielu państw do kontynentu Antarktydy i przyległych obszarów morskich (tym samym do wyłączności eksploatacji zasobów) przyczyniły się do powstania w 1959 r. Układu Antarktycznego regulującego status prawny powyższych roszczeń i jurysdykcję obowiązującą na obszarze Antarktyki. W wyniku tych działań – wskutek wzrastającej eksploatacji w Antarktyce oraz dążeń do ochrony i kontroli nad wykorzystywaniem żywych zasobów, państwa – sygnatariusze Układu Antarktycznego przy współpracy organizacji FAO i EWG (Świato

27
wa Organizacja ds. Wyżywienia i Rolnictwa, Europejska Wspólnota Gospodarcza) utworzyły w 1980 r. Konwencję o Ochronie Żywych Zasobów Antarktyki, zwaną w skrócie CCAMLR. Konwencja ma na celu między innymi racjonalne wykorzystanie żywych zasobów morskich Antarktyki oraz zapobieżenie zmniejszeniu się liczebności jakiejkolwiek odławianej populacji do poziomu granicznego, zapewniającego stałe jej uzupełnienie.
Pomimo wprowadzanych ograniczeń i regulacji eksploatacji zasobów ryb wyniki badań CCAMLR wskazywały na gwałtowne zmniejszanie się zasobów żywych Antarktyki[1], uzasadniające wprowadzanie dalszych ograniczeń i zwiększenie kontroli zasobów oraz prowadzenie stałego ich monitoringu.
4.
Istotność informacji o wieku przy zarządzaniu zasobami ryb antarktycznych
Zarządzanie stanem zasobów ryb antarktycznych w CCAMLR w bardzo dużym stopniu bazuje na modelach zależnych od wieku[1, 35]. Określenie wieku dostarcza podstawowych informacji o historii życia, takich jak: struktura populacji i zmiany w jej wielkości zachodzące pod wpływem zmian w środowisku i eksploatacji. Takie informacje pozwalają na przeprowadzenie planowej gospodarki rybackiej w wodach Antarktyki, ochronę ich zasobów, a także prowadzą do lepszego poznania antarktycznego ekosystemu – tym samym możliwości połowowych ryb.
Zmniejszanie się zasobów ryb w Antarktyce może oznaczać także, że komisja naukowa CCAMLR, określająca limity połowów, jak i państwa poławiające powinny mieć dokładniejsze informacje o wieku, zmienności wzrostu w rozwoju ryb oraz o procesach populacyjnych. To pozwoli dokładniej oszacować połowy i lepiej zarządzać zasobami ryb antarktycznych.

28
5.
Trudności w określaniu wieku ryb antarktycznych – dotychczasowe rozwiązania
Problem odczytu wieku ryb antarktycznych jest powszechnie znany. Od 1955 roku, mimo bardzo szerokich poszukiwań ichtiologów oraz działań Komisji Naukowej CCAMLR nie znaleziono zadowalającej metody odczytu wieku ryb antarktycznych, szczególnie wieku gatunków ryb białokrwistych (Channichthyidae).
Stosowane dotychczas tradycyjne metody odczytu wieku bazują na sezonowych znakach wzrostu znajdowanych w otolitach, łuskach, elementach kostnych ryb. Za znaki rocznych przyrostów wzrostu przyjmuje się zmiany szerokości przyrostów w narastającej przez lata życia powierzchni tych struktur (szerokie przyrosty odzwierciedlają większe tempo wzrostu ryb w sezonach letnich, a wąskie – niższe – w sezonach zimowych). Ujawnia się je poprzez moczenie ich w całości lub ich wycinków w wodzie, w różnych odczynnikach, opalanie w płomieniu palnika itp. Wówczas znaki te są w mniejszym lub większym stopniu rozróżnialne dla ryb ze stref klimatycznych o wyraźnej sezonowości. Dla ryb antarktycznych Ps. georgianus metody te nie dały zadowalających i zgodnych wyników i dotychczasowe dane dotyczące wieku najprawdopodobniej są błędne. Unikalna fizjologia charakteryzująca te ryby antarktyczne (brak erytrocytów, wykorzystanie i resynteza lipidów w ciele[31]) oraz brak wyraźnej sezonowości w Antarktyce utrudniają znalezienie znaków rocznych przyrostów w strukturach kostnych, a także ich obiektywną identyfikację wśród innych periodycznych znaków przyrostów.
Od czasu, jak Olsen odkrył[49], że otolity ryb białokrwistych są bardzo trudne do analizy, podejmowano liczne próby znalezienia w nich i w innych elementach kostnych (Channichthyidae nie posiadają łusek) sezonowych znaków przyrostów, stosując różnorodne metody ich ujawniania. W tym celu całe otolity umieszczano w alkoholu (Frolkina, za Kock[35]) lub w glicerynie (Kock[33]) i następnie czytano, zanurzając je w kamforze. Całe, względnie przełamane otolity lub wycinki otolitów, kręgów oraz wycinki pierwszego promienia płetw

29
piersiowych czytano w świetle przechodzącym (Frolkina, Kochkin za Kock[35]; Everson[22]) lub odbitym na czarnym tle (Kock, Gubsch, Sosiński, Mucha za Everson[22]). Dzienne przyrosty w otolitach i numeryczne metody do szacowania wieku stosował Radtke i Dean[55], a morfologię kształtu otolitu – Kompowski (niepubl.). Kock[34] wykorzystywał analizę wielomodalnych rozkładów długości do wyznaczenia grup wieku ryb białokrwistych.
6.
Ogólny opis biologiczny badanego gatunku
Ps. georgianus (rys. 2) jest jednym z trzech ważnych ekonomicznie gatunków rodziny ryb białokrwistych Channichthyidae. Rodzina ta obejmuje 16 gatunków i jest zdumiewającym fenomenem antarktycznej fauny. Krew tych ryb jest przezroczysta, pozbawiona erytrocytów, a przenoszenie tlenu następuje przez plazmę krwi[31]. Georgianka, podobnie jak pozostałe białokrwiste, ma dużą głowę – 40-43% długości ciała, szeroką paszczę i wydłużone szczęki oraz obszerne płetwy, co jest częściową kompensacją braku pigmentu oddechowego[ 31]. Zabarwienie brunatnawe do blado-szarozielonego[49]. Liczba promieni płetw grzbietowych: D1 + D2: VIII‑X; 28‑31, piersiowych: P: 23‑24. Pierwsza płetwa grzbietowa D1 i płetwy brzuszne są czarniawe, pozostałe płetwy blade. Płetwa ogonowa jest lekko zaokrąglona albo prosta[33]. Większość ryb ma długość 44‑56 cm[33]. Georgiankę poławiano w wodach szelfowych Morza Scotia do około 500 m liczniej wokół Georgii Południowej (rys. 3), mniej licznie wokół Orkadów Południowych, Szetlandów Południowych i ArchiRys.
2:
Pseudochaenichthys georgianus Norman, 1939

30
pelagu Palmera i najmniej licznie wokół Sandwiczu Południowego. Wokół Południowej Georgii tarło odbywa się w kwietniu i w maju blisko brzegu i w fiordach. Samce rozpoczynają wędrówki tarłowe wcześniej aniżeli samice. Absolutna płodność (44‑58 cm SL) waha się w zakresie 5152‑12 972 jaj (Ø oocytów do 4,8 mm w kwietniu)[53, 33]. Gruby chorion wskazuje, że są składowane na dnie. Wylęg odbywa się prawdopodobnie od sierpnia do października[21]. Stadia postlarwalne i juwenilne w większości znajdowano w wodach pelagicznych, często z krylem[41, 33]. Dojrzałość płciową ryby uzyskują przy długości 41‑43 cm (2300 g)[53]. Pokarm młodocianych i dorosłych osobników składa się w większości z kryla oraz ryb[41, 53, 33].
7.
Cele pracy
Dotychczas tylko 2 prace zajmujące się wiekiem i wzrostem Ps. georgianus zostały opublikowane przez Muchę[43, 17]. Kock w raRys.
3:
Występowanie Ps. georgianus w polskich naukowych połowach ryb w Antarktyce

porcie CCAMLR[34], porównując wszystkie wyniki łącznie ze swoimi, wskazał na obecne rozbieżności w określaniu wieku i wzrostu georgianki.
Najistotniejszymi celami pracy są:
1)
ustalenie wiarygodności odczytu wieku Ps. georgianus metodą mikroprzyrostów;
2)
wypracowanie metody prostego i szybkiego odczytu wieku;
3)
opis morfologii otolitów, jej zmienności, zwłaszcza w związku z ważniejszymi okresami rozwoju ryb: wylęgu, wieku pierwszej dojrzałości i zmiany środowiska z młodzieńczego na dojrzały;
4)
opis wzrostu osobniczego, ustalenie parametrów wzrostu Bertalanffy’ego;
5)
podanie statystyk parametrów opisowych otolitów, szerokości i liczby przyrostów dobowych otolitów do dalszych ich badań międzygatunkowych i wewnątrzgatunkowych – populacyjnych.

33
VII. MATERIAŁY I METODYKA
Materiały do pracy były zbierane w trakcie międzynarodowych ekspedycji na wody antarktyczne w sezonach letnich od 1986 do 1992 roku na polskim statku badawczym r/v „Profesor Siedlecki” i na angielskich: m/t „Hill Cove”, „Falklands Protector”, wyczarterowanych przez stronę angielską Imperial College RRAG UK. W dwóch rejsach (r/v „Profesor Siedlecki” – 1989 i m/t „Hill Cove” – 1990) autor brał udział i osobiście zbierał materiały (rys. 1). Badania przeprowadzano w obrębie szelfów Georgii Południowej i Szetlandów Południowych na głębokościach 50‑500 m, w losowo wybieranych stacjach. Graficzne rozmieszczenie zaciągów przeprowadzonych w obszarze badań w sezonach letnich od 1986 do 1991 roku przedstawia rys. 4.
Do graficznego przedstawienia rozmieszczenia zasobów Ps. georgianus (rys. 3, 4), lokalizacji zaciągów, kwadratów Eversona, szelfu autor digitalizował kontury kontynentów, izobaty do pamięci komputera z map Admiralicji i map rybackich MIR, a pozycje zaciągów i kwadraty Eversona wprowadzał z klawiatury komputera. Naniesiona izobata 500 m powstała w efekcie polsko‑amerykańskich badań sondażowych.
Przy dużych połowach szacowano ich wielkość i pobierano podpróby, które, podobnie jak przy mniejszych, dokładnie ważono i analizowano. Złowione ryby sortowano na gatunki (rys. 5), korzystając z klucza taksonomicznego[5] i w dwóch ostatnich sezonach dodatkowo wg atlasu otolitów ryb antarktycznych Hechta[29]. Osobniki larwalne i młodociane oznaczano wg klucza Efremenki[21].
Ps. georgianus (rys. 2, 5), podobnie jak pozostałe gatunki przemysłowe, poddawany był standardowym badaniom ichtiologicznym wg zaleceń zawartych w podręczniku metodologicznym BIOMASS[57]. Analizowano z pomiarów masowych (TL, płeć oraz stadium gonad) 11 516 osobników i z analizy szczegółowej (pomiar masowy, SL, masa ciała) 3316 osobników. Pobrano z nich do odczytu wieku 4368 sztuk otolitów.

34
Rys. 4:
Zaciągi r/v „Prof. Siedleckiego” i m/t „Hill Cove” przy Georgii Pd. i Shag Rocks, 1986-1989

35
Wiek ryb określano z wielkości wymiarów osobników, tych będących w rozkładach długości ciała i w rozkładach masy otolitów, oraz określano z liczby przyrostów dobowych znajdowanych w otolitach. Pozostałe struktury kostne i chrzęstne nie były analizowane, ponieważ, jak stwierdzono podczas uprzednich wieloletnich badań i poszukiwań, nie są one bardziej użyteczne do tych celów niż otolity.
1.
Odczyty wieku z otolitów
Odczyty wieku ryb białokrwistych Ps. georgianus przeprowadzono na kilka sposobów na bazie informacji o wieku, zawartych w morfoRys.
5:
„Profesor Siedlecki” w czasie ekspedycji naukowej; ryby z jednego zaciągu; ryby posortowane: N. gibberifrons (żółte po lewej) i Ps. georgianus

36
logii zewnętrznej i wewnętrznej otolitów, oraz długości ciała. Przeprowadzano je na tych samych materiałach do weryfikacji wyników i do selekcji najprostszej i wiarygodnej metody określania wieku do zastosowań w praktyce.
Dokładność wymiarów otolitów i przyrostów dobowych określano z testów rozkładów serii pomiarów wzorca 0,01 mm (podziałki porównawczej), wykonywanych w różnych miejscach pola widzenia układu optyczno‑magnetycznego mikrodigiskopu i w układzie mikrodensytometru. Wyniki testowano także do oceny i porównania dokładności zastosowanego sprzętu pomiarowego: mikroskop na światło przechodzące i odbite, mikroskop elektronowy SEM[23], mikrodensytometr.
A. Preparacja otolitów do odczytu znaków przyrostów i odczyt wieku
W laboratorium każdą parę otolitów oczyszczono z otoczki organicznej w 5,25-procentowym podchlorynie sodu, płukano wodą, suszono i zważono z dokładnością do 0,001 mg.
B. Odczyt rocznych przyrostów z całych otolitów i z przełamanych
Przyrostów rocznych poszukiwano, stosując różnorodne metody.
a) Całe otolity zanurzano w wodzie. Strefy ciemne i jasne były kilkakrotnie liczone w świetle przechodzącym i odbitym[30]. Otrzymane wyniki porównano ze sobą.
b) Otolity przełamywano wzdłuż płaszczyzny horyzontalnej przechodzącej przez środek otolitu i jedne z połówek zanurzano w wodzie. Strefy ciemne i jasne z tych powierzchni były liczone w świetle padającym. Drugie połówki zabezpieczano do badań porównawczych z użyciem innej techniki.

37
c) Do znalezienia przyrostów rocznych wykorzystano 0,2-milimetrowe wycinki otolitów ułożone w seriach zatopionych w poliestrowej, czarnej żywicy[13].
Do odczytu przyrostów rocznych wykorzystano wycinki otolitów przygotowane do liczenia przyrostów dziennych.
C. Odczyt dobowych przyrostów otolitu i innych naturalnie występujących znaków
Większe otolity przeznaczone do odczytu mikroprzyrostów wzrostu były zatapiane w bloczkach żywicy[26] i cięte przy pomocy wąskiego kamienia wzdłuż płaszczyzny horyzontalnej i strzałkowo-przyśrodkowej (rys. 6, 7) na sektory o grubości 0,3‑0,5 mm, zawierające jądro. Powyższe wycinki strzałki przyklejano Eukittem do szkiełek podstawowych (rys. 8). Wówczas obustronnie je szlifowano i polerowano do grubości 0,02‑0,05 mm, celem uzyskania czytelnych znaków mikroprzyrostów w postaci pierścieniowych zmian gęstości optycznej otolitu obserwowanych w mikroskopie świetlnym. Otolity młodocianych osobników nie były cięte, były w całości obustronnie szlifowane i polerowane do grubości 0,02‑0,05 mm (po 2 płaszczyznach: horyzontalnej i strzałkowo-przyśrodkowej, rys. 6, 7). Takie polerowane wycinki, z których już można by odczytać dobowe przyrosty, oczyszczano z Eukittu chloroformem lub ksylenem.
Polerowane wycinki trawiono 6-procentowym (pH 8) EDTA (kwas etylenodiaminotetraoctowy) przez 1-8 minut, celem ujawnienia wzoru sfałdowań przyrostów dobowych – ich zmiennego wysycenia proteiną. EDTA chelatuje węglan wapnia z macierzy otolitu, pozostawiając proteiny. Ujawniają się wówczas kołowe pofałdowania protein przyrostów dobowych i innych znaków. Następnie z trawionych powierzchni, po oczyszczeniu wodą i wysuszeniu, wykonano repliki foliowe tych pofałdowań oraz platynowane wycinki. Na wytrawione powierzchnie otolitu przykładano acetylenową folię rozmiękczoną acetonem. Folia ta dopasowywała się do wzoru powierzchni otolitu, a po 30 minutach suszenia twardniała i tworzyła samodzielne repliki

38
foliowe odejmowane z powierzchni otolitów. Zostały one sfotografowane pod mikroskopem cyfrową kamerą CCD.
Wycinki otolitów z wytrawionymi jak powyżej powierzchniowymi wyniesieniami protein przyrostów dobowych i innych znaków napylano w wysokiej próżni = 9,4 · 10–8 Tr cienką, około 2-nanometrową warstwą stopu platyny z palladem[23, 24], tworząc platynowane wycinki ujawniające pierścieniową przestrzenną metaliczną rzeźbę napylonej powierzchni.
Rys. 6:
Wykres środkowej strony lewego otolitu strzałki Ps. georgianus (TL, 45 cm) z ważniejszymi częściami i parametrami mierzonymi z wzajemnie prostopadłych płaszczyzn przekroju. CP – pierwszy przyrost otolitu – inicjujący, AP – początek dodatkowej strefy wzrostu (wzdłuż promienia wzrostu otolitu R9). ORL, OVL – długości otolitu z rogami i bez

39
i) Obserwacja i liczenie przyrostów dobowych w mikroskopie świetlnym
Polerowane wycinki, repliki foliowe, platynowane wycinki otolitów były egzaminowane bezpośrednio przy świetle przechodzącym i odbitym (w przypadku wycinków napylonych metalem) względem: (1) liczby przyrostów dobowych; (2) przyrostów rocznych i innych sekwencji przyrostów dobowych; (3) obecności znaków ważniejszych okresów w rozwoju ryb. Obrazy mikroskopowe tych wycinków fotografowano i zapisywano przy użyciu kamery CCD (Charge Coupled Device) systemu Optimas do dalszych badań – obserwacji i liczenia przyrostów dobowych w sekwencjach przyrostów i umiejscowienia znaków drastycznych zmian wzoru przyrostów.
(1) Przyrosty dobowe liczono wielokrotnie, bezpośrednio z wycinków otolitów jako ciemne strefy cyklicznej, dobowej zmiany w ich gęstości optycznej wzdłuż osi wzrostu otolitu R9, R11 (rys. 7) z pomocą ręcznego licznika.
(2) Sekwencje periodycznych przyrostów liczono z odróżniających się w gęstości optycznej grup pierścieni przyrostów dobowych (przykładowo szerokością, kształtem).
Rys. 7:
Środkowa strona prawego otolitu Ps. georgianus (TL, 45 cm) z parametrami mierzonymi z 2 prostopadłych płaszczyzn przekroju. ORL, OVL – długość z rogami i bez rogów; OH – wysokość; R1-12 – promienie przyrostów dziennych

40
(3) Inne znaki ważniejszych okresów w rozwoju ryb liczono i rozróżniano z drastycznych zmian wzoru przyrostów dobowych, obserwowanych na dwu poprzecznych płaszczyznach przekroju otolitów: bocznej i strzałkowo-przyśrodkowej (rys. 6).
ii) Pomiar przyrostów dobowych w systemie mikrodigiskopu
Wzór przyrostów dobowych z polerowanych wycinków, replik foliowych, platynowanych wycinków otolitów był digitalizowany tabliczką magnetyczną systemu mikrodigiskopu (digitizer, standard PC IBM, mikroskop z nasadką okularową kalibrującą powierzchnię pomiarową digitizera wg wzorca) z dokładnością do 0,00003 mm. Zestaw ten działa podobnie jak VIAS EYE prezentowany w katalogu mikroskopii skaningowej SEM[52].
Zmiany gęstości optycznej polerowanych wycinków otolitów były mierzone opisanym powyżej sprzętem dla każdego mikroprzyrostu od centrum do brzegu. W ten sposób mierzono wybrane najlepsze preparaty, u pozostałych mierzono tylko gwałtowne zmiany we wzorze mikroprzyrostów.
Z platynowanych wycinków mierzono pozycje napylonych rowków powstałych na skutek wymycia Ca2CO3, czyli dla światła przechodzącego ciemne pierścienie (większych gęstości optycznych)
Rys. 8:
Wycinki otolitów zalane w żywicy i przyklejone do szkiełek podstawowych

41
wyższego wysycenia macierzy otolitu węglanem wapnia (Ca2CO3). Odległości pomiędzy tymi pozycjami dawały więc szerokości bruzd proteinowych w pierścieniowym wzorze przyrostu otolitu = ilości proteiny składowanej w jednostce czasu i odpowiadającej jej jednostce przestrzeni. Dzienne przyrosty, ich sekwencje i zmiany wzoru przyrostów mierzono i liczono poprzez wprowadzenie celownikiem tabliczki magnetycznej pozycji napylonego rowka lub zagęszczenia optycznego mikroprzyrostu wzdłuż R9 i R11 z wycinka otolitu powiększanego z mikroskopu i lokalizowanego na tabliczkę magnetyczną. Z określonego położenia impuls magnetyczny otrzymany z celownika tabliczki programem BASIC lub AUTOCAD docelowo uzyskiwał pozycję cyfrową w układzie współrzędnych XOY, którą następnie opracowywano w arkuszu kalkulacyjnym i w grafice wektorowej.
iii) Pomiar przyrostów dobowych w systemie mikrodensytometra
Zmiany gęstości optycznej polerowanych wycinków, replik foliowych oraz negatywów platynowanych wycinków otolitów były także mierzone zautomatyzowaną metodą mikrofotometryczną[20] przy użyciu mikrodensytometra sprzęgniętego ze standardem PC wyposażonym w kartę AC (Analog to digital converter, 12 bits) i IEEE 488 (Institute of Electrical and Electronic Engineers) (rys. 9) oraz programu sterującego THE SPECTRO ANALYZER Drozdowskiego[20]. Mierzono wzór przyrostów dobowych jako zmiany natężenia światła przechodzącego przez próbkę wzdłuż R9 i R11. W tej metodzie otrzymuje się cykliczną linię przedstawiającą wzór zmian gęstości optycznej czy zagęszczenia protein mikroprzyrostów. Przekrój otolitu lub jego negatyw umieszczano i przesuwano (wzdłuż promienia wzrostu, od centrum do brzegu otolitów, rys. 11) w niewielkich interwałach na drodze wiązki światła w układzie optycznym mikrodensytometra. Fotokomórka wysyłała pod wpływem natężenia tego światła prąd proporcjonalny do odpowiedniej transmisji i gęstości optycznej fragmentu otolitu lub jego negatywu ograniczonego wymiarami szczeliny. Szerokość szczeliny i kierunek przesunięcia preparatu od centrum do brzegu otolitu regulowano tak, aby strumień światła

42
obejmował pojedyncze mikroprzyrosty i jednocześnie zapewniał odpowiednią jasność obrazu. Stałość i wielkość interwału przesunięć przekroju otolitu na drodze wiązki światła aparatu zapewniał zainstalowany silnik krokowy. 1000 kroków silnika przemieszczało preparat liniowo o 1 milimetr. Po każdych 5 krokach, w przerwie pracy silnika rejestrowano średnie z 10 cyfrowych wartości spadku napięcia na oporniku (napięcia wytworzonego prądem fotokomórki i przetwarzanego do postaci cyfrowej z wykorzystaniem 12-bitowej karty „to digital converter”). Każdej takiej rejestrowanej wartości spadku napięcia w zakresie 0‑2 V przyporządkowywano odpowiednie wartości z przedziału od 0 do 4096 punktów (12 bitów), uzyskując tym sposobem wysoką dokładność pomiaru. Odległość pomiędzy punktami pomiaru wynosiła 5 kroków (0,005 mm). Rejestrowane wyniki pomiarów wyświetlano na monitorze w układzie współrzędnych XOY. Wartościom spadku napięcia na oporniku odpowiadały wartości y spadku gęstości i wzrostu transmisji optycznej preparatu. Wartości x odpowiadały kolejne, co 5 kroków silnika, pomiary gęstości optycznej otolitu, prowadzone od jądra do brzegu otolitu.
Przyrosty dobowe polerowanych wycinków mierzono jako maksymalne wartości większych gęstości optycznych rejestrowanej zmienRys.
9:
Schemat automatycznego pomiaru gęstości optycznej przyrostów dobowych otolitów w systemie mikrodensytometru

43
ności gęstości optycznej wycinków otolitów od centrum do ich krawędzi wzdłuż promienia R9. Były automatycznie wyszukiwane jako kolejne maksymalne wartości y z użyciem programu THE SPECTRO ANALYZER Drozdowskiego[20], sterującego także multidensytometrem. Wartości te odliczano z uprzednio wygładzonych danych (za pomocą metody średniej ważonej[9]). Współrzędne x tych wartości, po przeliczeniu wg wzorca 0,01 mm, umożliwiły odczyt szerokości mikroprzyrostów (jaśniejszych pasm proteinowych) wzdłuż promienia otolitu w milimetrach (jednostkę wyznaczono, mierząc odległości pomiędzy działkami 0,01 mm w pikselach odczytywanych wyżej przedstawioną metodą, rys. 9).
Przyrosty dobowe z negatywów zdjęć wycinków otolitów (z napylaną platyną i innych) mierzono jako minimalne wartości zaczernienia błony negatywowej odpowiadające maksymalnym wartościom gęstości optycznej przyrostów dobowych otolitu lub rowkom po wymyciu węglanu. Mierzone szerokości pomiędzy rowkami określały ilość protein wytwarzanych w jedną dobę. Zmiany tej szerokości odnosić się mogą do zmian aktywności i produkcji białek, wynikających przykładowo ze zmiany trybu życia, kiedy juvenes zmieniają swoje środowisko na środowisko życia dorosłych ryb.
iv) Pomiar przyrostów dobowych z użyciem SEM
Platynowane wycinki otolitów obserwowano w SEM. Obserwacje przeprowadzano na pojedynczych preparatach napylanych na standardowych podstawkach SEM i na większej ich liczbie ułożonej i napylanej na szkiełku podstawowym. Takie platynowane szkiełko podstawowe lokowano do skaningu na metalowej płytce przyspawanej do standardowej podstawki SEM (rys. 10). Przepływ ładunku zabezpieczał drut przyspawany do metalowej płytki i wygięty w ten sposób, aby łączył się z platynowaną powierzchnią szkiełka podstawowego. Projekcje skaningowe SEM pierścieniowych sfałdowań protein na przekrojach otolitu fotografowano do dalszych pomiarów ze zdjęć, a ich negatywy przeznaczano do analizy liczby, szerokości i charakteru sfałdowań protein z użyciem systemu mikrodensytome

44
tra. Przyrosty dobowe mierzono jako pozycje minimalnych wartości zaczernień błony filmowej korespondujące do maksymalnych punktów napylonych sfałdowań protein.
Uzyskane wyniki badań wzorów przyrostów dobowych i innych znaków przeprowadzanych na tych samych wycinkach otolitów porównywano do ustalenia zgodności zmian wzoru przyrostów i do weryfikacji poprawności odczytu wieku z pików gęstości optycznych (ich liczba mogła być wyższa przy nakładaniu się pierścieni z sąsiednich warstw w świetle przechodzącym).
D. Określanie wieku ryb na bazie morfologii otolitów
Przeprowadzono pomiary parametrów opisujących morfologię otolitów i analizę ich relacji z długością ryb i z wymiarami otolitów celem prześledzenia zmian kształtu otolitów wraz ze wzrostem ryb. Do ustalenia zmienności kształtu otolitów, wymiary otolitów z dwu płaszczyzn przekroju: A – horyzontalnej i B strzałkowo-przyśrodkowej, powierzchnię i obwód przekroju, a także przyrostów dobowych, wysokość, szerokość, promienie wzrostu (rys. 11, 12) oraz masy prawych i lewych otolitów sagittal (nomenklatura wymiarów otolitów wg Hechta[29]) statystycznie przetestowano względem roku pobrania próby, miesiąca, pory dnia, miejsca połowu oraz prawdopodobnej grupy wiekowej. Średnie, wariancje i standardowe odchylenia pomiarów porównywano ze sobą i testowano w celu znalezienia różnic. Powierzchnię przekrojów otolitów i powierzchnię przyrostów doboRys.
10:
Szkiełko podstawowe z wycinkami otolitów przygotowane do SEM

45
wych obliczano na podstawie wzoru trapezowego egzekwowanego w programach BASIC, CAD lub przy pomocy operatorów STATG 5.0. Identyfikowano zmiany morfologii otolitów różnicujące osobniki z różnych grup wieku. Grupy takie różnicowano z osobników, jeśli charakteryzowały się odmiennymi proporcjami wymiarów otolitów i wielkością otolitów. Przeprowadzono analizę zmienności osobniczej wymiarów otolitów w wyznaczonych grupach wieku względem roku i miejsca poboru próby.
Analizę tę przeprowadzono w celu ustalenia potencjalnych możliwości stosowania metody określania wieku ryb dla prób pochodzących z innego okresu badań niż ten, dla którego ją wyznaczano.
i) Analiza rozmiarów otolitów
Wiek określano ze zmian rozmiarów otolitów wynikających z rozwoju i wzrostu ryb. Określenie rozmiarów, typów charakterystycznych dla grupy wieku oparto na analizie wymiarów i wzajemnych proporcjach: wysokości otolitu (OH), długości z rogami i bez rogów (ORL, OVL), promieni otolitu (Rn – mierzonych w miejscach zmian wzoru mikroprzyrostów i na obrysach otolitów, rys. 11, 12). W trakcie analizy ustalano zmienność osobniczą w prawdopodobnych grupach wieku, różnice międzygrupowe w celu wyboru tych wymiarów otolitów, które najlepiej opisują zmianę kształtu pomiędzy grupami wieku ryb, uwzględniając także okresy ważnych zmian w życiu ryb.
ii) Wsteczny odczyt wieku
Zakładając nieistotną zmienność osobniczą, wsteczną kalkulację wieku ryb przeprowadzano z proporcjonalnego wzrostu parametrów morfologii wewnętrznej otolitów wraz z przyrastaniem nowych pierścieni dobowych, rocznych i innych znaków ważnych okresów ontogenezy w otolitach i w odniesieniu do długości ciała. Rekonstruowano długości ryb z wymiarów otolitów dla kolejnych przyrostów dobowych (do 650 mikroprzyrostów) z otolitów ryb 6-28 cm TL (rys. 11), a dla dalszych – z rocznych, co ok. 365-dobowych z otoli

46
tów ryb większych. Wyznaczano liczbę i szerokości dobowych przyrostów wzdłuż kilku osi wzrostu otolitu od centrum do jego brzegu (R1 – R12, rys. 6), które też zmierzono. Uprzedni wzrost ryb wyznaczano z regresji liniowej znaków przyrostów w strukturze otolitu od długości ryb[37]. Uprzednią długość ryby w poprzedzających grupach wieku otrzymywano, wstawiając do powyższej regresji długość promienia wzrostu otolitu od centrum do znaku przyrostu wewnątrz otolitu mającego odpowiednią liczbę przyrostów dobowych z poprzedzającej grupy wieku. Proporcje zmian wymiarów otolitów i ich morfologii wewnętrznej mierzono z użyciem mikrodigiskopu i mikrodensytometra, tak jak opisano powyżej.
iii) Wyznaczanie grup wieku z masy otolitów
Do określenia grup wieku z masy otolitów wybrano metodę Bhattacharya[ 62], stosowaną w rybactwie do długości ryb. Lewostronną skośność rozkładu przy pierwszej modzie transformowano na prawostronną poprzez linearyzowanie jej liczebności i dopasowywanie do rozkładu normalnego, otrzymując liczebność pierwszej grupy
Rys. 11:
Wsteczny odczyt długości ryb z promienia R3 otolitu 21 cm TL georgianki. A, B – larwa, postlarwa, wg Northa[45], C – 21 cm TL Ps. georgianus; R1-3 – odczyty multidensytometra

47
Rys. 12:
Digitalizowane mikroprzyrosty na przekrojach otolitu Ps. georgianus (TL, 7 cm): A – strzałkowo-przyśrodkowej; B – bocznej. FE – otolit larwy w ikrze; LN – otolit wylęgu

48
wieku. Odejmując od ogólnej liczebności w klasach masy otolitów liczebność pierwszej grupy wieku, uzyskuje się lewostronną skośność następnej grupy wieku, którą transformuje się na prawostronną tak samo jak dla pierwszej grupy. Powtarzając powyższe czynności, rozkłada się ogólną liczebność na składowe grupy wieku dodatkowo dla starszych grup wieku do dopasowania ich liczebności, stosując prognozy równania Bertalanffy'ego następnej mody na bazie poprzedzających dwóch grup wiekowych. Długości osobników powyższych grup wiekowych w klasach masy otolitu utworzyły odpowiednie grupy wieku w klasach długości. Do tych grup dopasowano ostateczne równania wzrostu Bertalanffy'ego celem porównania wyników.
iv) Analiza rozkładów masy otolitów w grupach wieku dla próby z kohorty
Rozkłady masy otolitów z 6 lat połowów analizowano, wyznaczając grupy wieku, a z nich kohortę – jedno pokolenie zmieniające się w kolejnych 6 latach. Średnie i odchylenia standardowe parametrów otolitów kohorty badano względem zmienności w kohorcie i pomiędzy kohortami, uwzględniając rok połowu i grupę wieku. Analizowano progresję mód w rozkładach masy otolitów w czasookresie życia pokolenia w celu zidentyfikowania grup wiekowych i ich wzrostu. Z wielomodalnych rozkładów masy otolitów i innych parametrów, wyznaczone średnie i inne statystyki grup wieku porównywano ze sobą testem LSD (najmniejszych istotnych różnic[1]). Porównano w uporządkowanym szeregu masy otolitów i wyznaczono różnice międzygrupowe dla sąsiadujących otolitów z różnych grup frekwencji jako co najmniej 10-krotnie większe niż wewnątrz grup. Gdy sąsiednie mody wykazały w teście zgodność, łączono je ze sobą, ustalając wspólną grupę wieku, uwzględniając np. różnice płci. Zbadanie przebiegu wzrostu jednego pokolenia i porównanie go ze wzrostem otrzymanym innymi metodami umożliwia analizę różnic. Umożliwia także ustalenie wpływów generujących te różnice oraz stwarza możliwości określania wieku i wzrostu innymi metodami dopuszczającymi sytuacje, w których frekwencje długości są dostępne z tylko

49
jednego krótkiego sezonu. Z prześledzenia wzrostu kohorty można przewidywać okres wylęgu, liczebność wylęgu i spadek tej liczebności pod wpływem środowiska i presji rybactwa, a taka zgodność wstecznie weryfikuje trafność wyznaczenia grup wiekowych.
v) Analiza rozkładów masy otolitów w grupach wieku dla próby z jednego sezonu
W rybactwie częste przerwy w próbkowaniu populacji powodują braki w danych rejestrujących kolejne zmiany kohort. Stąd próbę wielu kohort z połowu z jednego sezonu przyjęto jako dane jednej kohorty z wielu lat. Założono nieistotną zmienność masy otolitu zależną od rocznych zmian środowiska, jeśli określa się grupy wieku. Kolejne mody w ogólnym – danego jednego roku – rozkładzie liczebności w klasach masy otolitu przyjęto za grupy wieku pobrane z kolejnych, poprzedzających lat. Przyjmuje się je za reprezentacje prób z oddzielnych, poprzedzających sezonów. W tym ujęciu odrzuca się zmienność masy otolitu wynikającą z różnic międzyrocznych istniejących w naturalnych warunkach ekologicznych życia ryb. Przeprowadzono analizę istotności tej zależnej od środowiska zmienności; porównano także wyniki uzyskane odmiennymi metodami. Opis zmienności masy otolitów względem różnorodnych czynników umożliwi ocenę możliwości zastosowania masy otolitu do określania grup wiekowych w różnych sytuacjach i metodach poboru prób, a także występowania ryb. Analizowano zmienność masy otolitu względem czasu połowu, aby otrzymać następujące dane: tempo wzrostu masy otolitu dla grupy ryb jednego wieku, przyrosty roczne, czas wylęgu. Małe różnice pomiędzy tymi danymi a informacjami uzyskanymi inną metodą pokażą, że zmienność osobnicza otolitów jest nieistotna przy określaniu grup wieku. Metodę tę zastosowano do analizy zmienności masy otolitów i do porównań.

50
vi) Określanie wieku ryb dla dużych prób ze związku wiek – rozmiary otolitu
Ponieważ technika odczytu mikroprzyrostów jest bardzo czasochłonna, odczytanej liczbie przyrostów dobowych (Y) przypisano zmienne objaśniające łatwiej mierzalne dane (xi): masa otolitu, wymiary otolitu, masa ciała, długość ciała: Y = a + b1x1 + b2x2 + ... + bixi; gdzie a – punkt przecięcia osi OY; bi – współczynniki regresji. Z nich, metodą regresji krokowej[9] przy poziomie włączania zmiennych p ≥ 0,05, eliminowano zmienne, mniej wpływające na zmienną objaśnianą. Zmianę kształtu i objętości otolitu uzyskano z powierzchni przyrostów dobowych mierzonych na przekrojach otolitów odniesionych do dolnych promieni R9 i masy otolitu. Wiek ryb z dużych prób wyznaczano z zależności: masa otolitu – liczba przyrostów dobowych.
2.
Odczyty wieku z informacji zawartych we frekwencji w klasach długości ciała
W niniejszych badaniach wykorzystano rozkłady długości Ps. georgianus z lat 1977-1992 z Georgii Południowej. Analizy wykonane były na statkach rybackich w czasie połowów przemysłowych i na statku naukowym „Profesor Siedlecki”, uczestniczącym w wieloletnich ekspedycjach naukowych (tab. 1). W latach 1977-1985 strukturę wieku wyprowadzono z odczytów rocznych przyrostów w otolitach. Ponieważ autorzy mieli problemy z interpretacją przyrostów w otolitach jako rocznych, masę otolitów tych ryb oraz ich długości rozdzielono dla porównania w grupy wiekowe metodą Bhattacharya[ 62] i LSD przy poziomie ufności 95%[9]. W latach 1985-1992 wiek ryb wyznaczono na bazie odczytów przyrostów dziennych w otolitach. W obu powyższych metodach strukturę wieku wyznaczono, uwzględniając pomiary masowe z użyciem klucza: długość-wiek[62], ustalonego z pomiarów szczegółowych.

51
sezon połowu
nazwa statku
liczba osobników
pomiary masowe
analiza szczegółowa
z odczytem wieku metodą
starą
nową
1976/77
m/t „Gemini”
1072
350
200
1977/78
r/v „Bogucki”
150
m/t „Sirius”
802
265
m/t „Gemini”
1619
201
m/t „Gemini”
4928
1409
1309
147
Σ (4 vessels)
7499
1875
1309
147
1978/79
r/v „Prof. Siedlecki”
2950
576
576
335
1979/80
Brak danych
1980/81
m/t „Libra”
8517
900
500
1300
1981/82
m/t „Neptun”
2724
800
300
1982/83
Bez połowów
1983/84
m/t „Taurus”
1928
299
300
1984/85
m/t „Taurus”
495
166
120
161
1985/86
m/t „Carina”
1176
500
500
1986/87
811
1556
100
323
1987/88
2996
306
712
1988/89
884
343
686
1989/90
m/t „Hill Cove”
850
508
1322
1990/91
m/t „Falklands Protector”
2097
350
588
1991/92
m/t „Falklands Protector”
1878
253
500
1976-92
Σ
37877
8782
2805
7174
Tab. 1:
Rok połowu i liczba Ps. georgianus z Georgii Południowej użyta w analizie frekwencji

52
A. Metoda Bhattacharya
Do metody użyto rozkłady długości z 3 lat. Bazuje na odejmowaniu liczebności kolejnych grup wieku od rozkładu ogólnego[62]. Liczebność lewostronnego nachylenia w rozkładzie empirycznym linearyzowano poprzez jej zamianę na różnice logarytmów tej liczebości (y). Regresja liniowa pomiędzy tymi różnicami a klasami długości (x) dostarczała prognozowaną nieznaną liczebność prawostronną (zmieszaną z liczebnością starszych grup wieku) zlinearyzowaną. Teraz postępowanie odwrotne: tworzenie sum sąsiednich y, a z nich obliczanie eksponentu odtwarzało liczebność rozkładu normalnego 1. grupy wieku (nachylenie lewo- i prawostronne). Liczebność tę odejmowano od rozkładu ogólnego, co odsłaniało lewostronne nachylenie kolejnej, starszej grupy wieku. Po odjęciu pierwszej grupy pozostałą frekwencję rozdziela się na dalsze grupy wieku w taki sposób jak dla pierwszej grupy – na bazie znajomości odsłanianych nachyleń lewostronnych rozkładów normalnych kolejnych grup wiekowych. Do pierwszych otrzymanych grup wieku w klasach długości aproksymowano krzywą Bertalanffy'ego, z której prognozowano średnią długość następnej grupy wieku odsłanianej z liczebności ogólnej. Otrzymane wszystkie grupy wieku aproksymowano poprawioną krzywą Bertalanffy'ego. W powyższej metodzie na obliczenie średnich długości w starszych grupach wieku wykorzystano także zależność długości od masy otolitu: TL · OWB. Dane długości ryb, uprzednio ustalone i ułożone w grupy wieku, rozdzielono na grupy wieku za pośrednictwem grup frekwencji masy otolitu.
B. Analiza rozkładów długości w wieloletnich próbach
Liczebności w klasach długości Ps. georgianus, ryby łowionej w rejsach naukowych i przemysłowych, rozdzielano w grupy wieku, wykorzystując dane wieku z liczenia mikroprzyrostów oraz wiek prognozowany z regresji: wiek = a(masa otolitu) + b, dla ryb z analiz szczegółowych. Z tych analiz liczebności w danej klasie długości i danej grupie wieku transformowano do danych rozkładów długości

53
z pomiarów masowych przeprowadzonych podczas 5 lat połowów przy Georgii Południowej, wykorzystując wzór Gullanda[27]: NiPij; gdzie Ni oznacza liczbę ryb w i-tej klasie długości z pomiarów masowych, Pij = nij/ni; gdzie ni to liczba ryb w i-tej klasie długości z analizy, nij – liczba ryb w i-tej klasie długości z analizy i w j-tej grupie wieku.
C. Analiza rozkładów długości skoncentrowana na mody grup wieku z jednego, tego samego sezonu
Analizowano rozkłady długości z 6 lat połowów, ustalając wśród nich mody związane z kohortami. Wyznaczono dane z jednego i tego samego sezonu dla każdego roku celem otrzymania podobnych rozkładów i mód oraz uzyskania jednorocznych odstępów pomiędzy próbami jednorocznych przyrostów. Starsze grupy wieku z wymieszanymi zakresami we frekwencjach w klasach długości rozdzielono odczytami wieku z otolitów, które transformowano do liczebności z pomiarów masowych, wykorzystując wzór Gullanda. Analizowano jednorodność średnich i odchyleń standardowych długości ryb (i dodatkowo wymiarów otolitów) w grupach wieku dla każdej kohorty. Dla prawidłowego wyboru grup wiekowych testowano zmienność indywidualną wewnątrz i pomiędzy grupami wieku z uwzględnieniem różnic międzyrocznych.
D. Analiza progresji grup wiekowych w czasie ontogenezy
Analizowano sekwencje rozkładów długości w rocznych progresjach grupy wiekowej w celu uzyskania rocznego tempa wzrostu jednowiekowej populacji i określenia oraz prognozy wylęgu ryb. Różnice międzyroczne były przedmiotem oszacowania i prognozy zmian rocznych w średnich długościach i liczebności ryb wykorzystywanych do prognoz zasobów.

54
3.
Parametry wzrostu
Grupy wieku, otrzymywane różnymi metodami, aproksymowano krzywymi Bertalanffy’ego[27]: Lt = L∞(1 – e–K(t – t0)); gdzie Lt – długość ryby w wieku t; L∞ – długość asymptotyczna, do której dąży krzywa; t0 – teoretyczny wiek, w którym ryba miałaby zerową długość, gdyby rosła według równania Bertalanffy’ego, jest to parametr skalujący krzywą wzrostu względem czasookresu wylęgu; K – współczynnik katabolizmu. Aproksymowane grupy wieku tworzone były z kolejnych lat życia równowiekowej populacji – kohorty, lub z dostępnych danych z jednego sezonu, rozdzielonych na grupy wieku. Aproksymację długości ryb, Lt w grupach wieku t funkcją Bertalanffy’ego przeprowadzano różnymi metodami, przykładowo metodą najmniejszych kwadratów: minimalizację sumy kwadratów odchyleń pomiędzy teoretyczną krzywą wzrostu a wartościami empirycznymi w odniesieniu do parametrów L∞, K i t0[9]: [Lt – L∞(1 – e–K(t – t0))]2.
Do oszacowania parametrów wzrostu w programie ELEFAN[62, 28] wykorzystano rozkład długości z połowów monitoringowych szelfu Georgii Południowej z jednego sezonu 1978/79 (rys. 13). W tym sezonie pomiary długości Ps. georgianus wykonano w stosunkowo długim, 4-miesięcznym okresie czasu. W ciągu całego sezonu, w każdym miesięcznym rozkładzie długości 3 pierwsze grupy były bardzo wyraźne (rys. 13). Dodatkowe wielomodalne rozkłady długości z okresu 1987-1991 z postlarwami dla 3 ostatnich sezonów analizowano w programie ELEFAN[62, 28].
Wyznaczono parametry wzrostu długości badanego gatunku, stosując wyszczególnione wyżej różne metody określania wieku i dla kolejnych lat czasookresu badań. Zmienność tych parametrów analizowano względem rodzaju stosowanej metody, materiału, jakim dysponowano, kolejnych lat oraz danych z literatury celem weryfikacji i selekcji wiarygodnej metody oznaczania wieku (test φ’ – rys. 13[62]).
Do opracowania i opisu materiału zastosowano procedury statystyczne pakietu STATGRAPHICS (wersja 5.0)[9].

55
Tekst wstępnie poprawiono komputerowym programem języka polskiego. Odnośniki do fachowej publikacji sformatowano w standardowy, końcowy spis bibliografii: kolejne numery w spisie umieszczono w tekście w nawiasach kwadratowych. Opisy niektórych procedur zastosowanych w pracy uwzględniono w indeksie końcowym (odnośniki bez nawiasów). Części dziesiętne liczb w tabelach wyjątkowo znakowano kropką, aby ułatwić ich wykorzystanie przez czytelnika niepolskiego.
Praca została sporządzona w postaci elektronicznej w bezpłatnym edytorze Open Office (wersja 2.1) i może być modyfikowana do indywidualnych potrzeb i wymagań każdego czytelnika. Można własnoręcznie powiększyć czcionkę, zmienić kolory (autor jest dalRys.
13:
Rozkłady długości Ps. georgianus (Georgia Płd., 1978/79) analizowane w ELEFAN. Dopasowanie do pików symulowanego szeregu czasowego, krzywej wzrostu Bertalanffy’ego, uwzględniającej sezonowe oscylacje tempa wzrostu (C ∙ K/2π)∙sin(2π(t ‑ ts)), poprzez zmiany t0 w ciągu roku. W punkcie letnim ts (tempo wzrostu) jest najwyższe, w punkcie zimowym tw = ts + 0,5 – najniższe (rys. 71). Dla C = 0 tempo wzrostu jest bez oscylacji. Dla C = 1 tempo wzrostu w punkcie zimowym spada do 0[62]. Piki podkreślają średnie ruchome. Aproksymacja krzywej wzrostu przez dopasowanie rozkładów teoretycznych, NTL generujących te krzywe do rozkładów empirycznych za pomocą kryterium χ2. I – indeks rozdziału

tonistą i krótkowidzem) zgodnie z własnymi wymaganiami i indywidualnym poczuciem estetyki.
Zestawienie wszystkich analizowanych danych podano w tab. 2.
Sezon
Pomiary
Długość
Morfologia otolitów
Masa otolitów
masowe
szczegółowe
zewnętrznej
wewnętrznej
1986/87
2811
1556
280
100
560
1987/88
2996
306
712
1988/89
884
343
110
42
686
1989/90
850
508
1322
2
1322
1990/91
2097
350
588
1991/92
1878
253
500
TOTAL
11516
3316
1712
144
4368
Sezon
Oczyty wieku
roczne
z otolitów
dobowe
z otolitów
rozkł. masy otolitów
z regresji TL = a · O - - W + b
z rozkładu długości
z gęstości optycz. ot.
metodą Bedforda
1986/87
100
55
323
+
+
1987/88
5
712
+
+
1988/89
+
142
686
+
+
30
+
1989/90
+
155
1322
+
+
+
1990/91
588
+
+
1991/92
500
+
TOTAL
100
357
4131
+
+
30
+
Tab. 2:
Ogólny wykaz materiałów wykorzystywanych do wyznaczenia metody określania wieku z otolitów Ps. georgianus z rejonu Georgii Południowej

57
VIII. WYNIKI BADAŃ
1.
Dokładność wykonywanych pomiarów
A. W mikrodigiskopie
Histogram częstości pomiarów wzorca 0,01 mm (podziałki porównawczej) w różnych miejscach pola widzenia układu optyczno‑magnetycznego przedstawiono na rys. 14. Ogólna średnia wartość dla serii wyniosła x = 0,0100694 mm, powtarzalność s = 3,74586 · 10–5 mm. Szczególnie pomiary przeprowadzane w centrum miały niższą wariancję, niższe zróżnicowanie rozproszenia wyników, były dokładniejsze niż na obwodzie (tab. 3). Testy statystyczne, dotyczące teoretycznych miar położenia i rozproszenia oraz rozkładów wykazały, że różnice te nie są istotne.
Rys. 14:
Przykładowy empiryczny histogram i rozkład teoretyczny wzorca długości 0,01 mm w mikrodigiskopie (liczebności empiryczne w klasach ± (4 - 6) ∙ 10-5 są wyższe niż oczekiwane); funkcje szeregów kumulacyjnych dwóch przykładowych pomiarów wzorca 0,01 w polu widzenia mikrodigiskopu. DN – wartość absolutna maksymalnej pionowej odległości pomiędzy dwiema funkcjami e.f.s.c.

58
Hipotezy (miar położenia):
H0: μ1 – μ2 = 0; brak istotności różnic średnich w rozkładach teoretycznych;
H1: ¬ H0
zweryfikowano dwustronnym przedziałem ufności dla różnic średnich (x1 – x2 – tαsD < μ1 – μ2 < x1 – x2 + tαsD). Przedział ten obejmuje 0 (tab. 2) oraz wartość krytyczna rozkładu t-Studenta dla α = 0,05 i υ = 130 (stopni swobody) jest t0,05 ≈ 1,97 > t (tab. 2), zatem brak podstaw do odrzucenia (bpdo) hipotezy H0 (liczba 0 powinna należeć do tego przedziału, gdyby hipoteza H0: μ1 – μ2 = 0 była prawdziwa). Hipotezy (miar rozproszenia):
H0: σ1² = σ2²;
H1: ¬ H0
testowano dwustronnym przedziałem ufności dla stosunku wariancji F (S21/S22).
Miejsce pom.
Brzeg, x1
Środek, x2
Łącznie
Statystyki:
N
66
66
132
xs
0.01
0.01
0.01
s2
1.43E-7
1.39E-7
1.41E-7
s
3.79E-5
3.73E-5
3.76E-5
me
0.99946
1.0007
1.00006
x1 - x2 = -3.63636E-9
Przedział ufności dla x1 - x2:
99%
(s12 = s22)
próba 1 - próba 2
-1.71E-5
1.71E-5
130v
(s12 ≠ s22)
próba 1 - próba 2
-1.71E-5
1.71E-5
130v
F = 1.03312
Przedział ufności dla F:
99%
próba 1÷ próba 2
0.54095
1.97308
66v
66v
Test hipotezy H0:
Różnice =
0
t-test =
-5.5596E-4
Alternatywa
Nie równe
Poziom Ufn.=
0,99956
α =
0.05
Nie można odrzucić H0
Tab. 3:
Wyniki porównania średnich i wariancji dla dwóch serii niezależnych pomiarów 0,01 mm w polu widzenia mikrodigitometra

59
Przedział ten obejmuje 1 (tab. 2), zatem bpdo hipotezy H0. Ponieważ wartość F = 1,03312 < F0,05, 65, 65 ≈ 1,47 (wartość krytyczna rozkładu wartości F dla α = 0,05 i stopniach swobody υ1 = υ2 = 65) i F ≈ 1, hipotezę H0 można byłoby przyjąć i uznać za zasadne zastosowanie powyżej testu t. Założone hipotezy:
H0: miejsce w polu widzenia układu pomiarowego nie różnicuje istotnie rozkładu teoretycznego częstości pomiarów;
H1: ¬ H0
weryfikowano testem Kolmogorowa‑Smirnowa (rys 14).
Nie ma podstaw do odrzucenia H0, że rozkłady wyników są zgodne, ponieważ DN < D(0,01, N1, N2) = 0,4 (rys. 14) – zatem miejsce pomiaru nie różnicuje ich istotnie.
Najmniejsza szerokość przyrostu dobowego wynosiła 0,0015 mm, średnia = 0,00284 mm. Stąd do tych wielkości dokładność użytej metody pomiaru winna być wystarczająca (niezależnie od miejsca ich wykonywania w polu widzenia układu).
B. W mikrodensytometrze
Tabela 4 przedstawia statystyki 0,01 mm mierzonego w mikrodensytometrze.
Pomiary przyrostów dobowych przeprowadzane w mikrodensytometrze są nieco mniej dokładne niż w układzie optyczno‑magnetycznym (tab. 4, 2), lecz pozwalają zarejestrować pierścieniową, cykliczną zmienność gęstości oraz transmisji optycznej przyrostów dobowych z wycinków otolitów, zautomatyzować ich odliczanie oraz pomiar.

60
Statystyki:
symbol
wartość
Liczba pomiarów
N
41
Średnia
xs
0.01
Średnia geometryczna
xg
0.009998
Wariancja
s2
0.0000249
Odchylenie standard.
s
0.000499
Błąd standardowy
se
0.000078
Mediana=kwartyl środ
me
0.010051
Moda
md
0.0101505
Minimum
xmin
0.00895629
Maksimum
xmax
0.0107476
Rozstęp
R
0.00179126
Przedz. ufności (99%)
granica dolna
granica górna
dla średniej, xs:
0.01
0.010211
dla wariancji, s2:
0.000014955
0.000048221
Tab. 4:
Statystyki pomiaru 0,01 mm w mikrodensytometrze i przedziały ufności dla średniej i wariancji
2.
Kształtowanie się i wzrost otolitów
A. Kształt i budowa otolitów
Wykorzystywane do odczytu wieku otolity sagittal Ps. georgianus generalnie są owalne, większe w wysokości niż w długości, przyśrodkowo- bocznie spłaszczone, z dobrze zdefiniowanymi rogami (rys. 6, 15) (nomenklatura – Hecht[29]). W zewnętrznej morfologii lewych i prawych otolitów większych różnic nie znaleziono (tylko w bardzo nielicznych przypadkach). Kształt otolitów zmienia się wraz z ich wielkością – szczególnie ich grzbietowa krawędź i rogi (rys. 6, 15). Na podstawie różnic w kształcie i proporcjach otolitów wyróżniono następujące grupy ryb:
0. Stadia juwenilne, grupa długości 6-8 cm TL (średnia: 7,9 cm), mają dyskoidalne otolity o średniej powierzchni przekroju strzałkowo- środkowej = 173,9 mm i promieniu R9 = 0,83 mm. Mają wy

61
Rys. 15:
Wykres zmian kształtu otolitów na przekroju A – bocznym i B – strzałkowo- przyśrodkowym w gradacji masy otolitu i długości ciała oraz w grupach i zakresach wieku

62
Grupa wieku
N
Długość, TL, cm
Wymiary średnie otolitu [mm]
Powierzchnia przekroju ot. ·10-2 [mm2]
min
maks
śred.
OvL
różn.
ORL
różn.
OH.
różn.
R
różnice
CP
10
0.131
0.029
0.03
0.016
0.102
~0.102
LN
17
0.91
0.189
0.16
0.198
0.168
0.098
0.082
1.08
0.972
3.27; 3.61
0
171
6
8
7.4
1.1
0.911
0.66
1.24
1.042
0.88
0.782
173.88
172.8
I
64
14
23
20.5
2.7
1.6
2.09
1.43
3.18
1.94
2.1289
1.2489
677.29
503.41
II
167
27
38
33.9
3.4
0.7
3.19
1.1
4.19
1.01
3.2136
1.0847
1409.44
732.15
III
207
42
48
44.1
3.6
0.2
4.036
0.846
4.94
0.75
3.7404
0.5268
1507.43
97.99
IV
96
47
52
49.7
3.8
0.2
4.875
0.839
5.32
0.38
3.9
0.1596
1649.59
142.16
V
43
47
53
50.9
.4
0.2
5.85
0.975
5.46
0.14
4.1
0.2
1689
39.41
VI
6
51
54
52.6
4.1
0.1
6.7
0.85
5.5
0.04
4.35
0.25
1690
1
Grupa wieku
N
Długość, TL, cm
Liczba przyrostów dobow. R9
Liczba przyrostów dob. R11
Masa otolitów [g]
R9
min
maks
śred.
min
maks
śred.
różn.
N
śred.
różnice
min
maks
śred.
różnice
CP
20
0.131
1
1
LN
30
0.91
40
50
45
44
44
0
100
6
8
7.9
230
340
286
241
30
282
238
0.00084
0.00273
0.001848
I
20
14
24
22.6
587
654
612.1
326
10
606
324
0.0088
0.01654
0.015669
0.013821
II
15
27
40
35.6
957
1070
1001
389
9
988
382
0.0229
0.03235
0.029014
0.013345
III
13
43
48
45
1324
1429
1387
386
7
1390
402
0.03825
0.0432
0.04155
0.012536
IV
10
47
53
50.7
1683
1801
1739
352
9
1730
340
0.04925
0.0575
0.053828
0.012278
V
6
46
53
50.3
2060
2170
2118
378
0.062
0.0721
0.067573
0.013745
VI
4
52
56
54
2420
2432
2426
309
0.07365
0.07648
0.075313
0.007741
Tab. 5:
Wymiary średnie otolitów w grupach wiekowych, średnie długości ryb, liczba przyrostów dobowych w grupach wieku; wymiary początkowego przyrostu (CP) i otolitu larwalnego (LN). OVL, ORL – długości otolitu bez rogów i z rogami; różnice – przyrosty pomiędzy grupami (1 – z odczytów wstecznych)

63
kształcone rogi, ale nie wystają one poza obręb otolitu. W związku z tym długości ORL < OVL (rys. 6, 15; tab. 5). Dla większych otolitów z tego stadium obserwuje się na ich dolnych krawędziach wzdłuż promienia R1 dodatkowy grzbietowy wzgórek – róg (DC). Uwidacznia się on już przy otolitach o R9 > 0,802 mm i osiąga wysokość 0,2 mm w kierunku bocznej strony u największych otolitów tego stadium (rys. 16).
Rys. 16:
Zmiany na brzegu grzbietowym 4 otolitów. Na największym, 0,8 mm od środka wybija się róg od wtórnego początku (AP)
Rys. 17:
Wykres zmian kształtu otolitu na przekroju poprzecznym od postlarw z 0 grupy wieku do rok starszych z I grupy wieku; otolit 21 cm SL Ps. georgianus

64
I. Kolejna, oddzielna grupa długości 15-25 cm TL (średnia: 22,6 cm) ma otolity z lepiej wykształconymi rogami. Przedni róg wystaje już poza obrys otolitu, podczas gdy róg tylny jeszcze nie (rys. 6, 15; tab. 5). Nadal ORL < OVL. Grzbietowy róg-wzgórek w porównaniu do poprzedniej grupy zwiększył się o 1,5 mm wzdłuż R9, tworząc już duży dodatkowy człon oddzielony u swego początku przewężeniem widocznym na przekroju poprzecznym dla otolitów tej grupy (rys. 17; tab. 5 – podobnie w literaturze: rys. 18a, b – wiek pomiędzy I a II grupą wieku).
II. Osobniki z następnej, również oddzielnej grupy we frekwencji długości z zakresu 27-40 cm TL (średnia: 35,6 cm), w odróżnieniu od poprzednich grup miały oba rogi wystające poza zarys otolitu (jak i w literaturze: rys. 18c, b – wiek pomiędzy I a II grupą wieku), lecz długości ORL nadal były mniejsze lub zbliżone do długości OVL. R9 zwiększone jest o 0,8 mm (tab. 5; rys. 15). Zaznaczała się bruzda na przednim wzgórku po wewnętrznych stronach otolitu (rys. 15).
III. Osobniki o otolitach mających długości ORL nieco większe od OVL, ale mniejsze od OH stanowiły ryby z zakresu długości 43-48 cm TL i średniej 45 cm (jak i w literaturze: rys. 18d). Otolity tej grupy były znacznie szersze na przekroju horyzontalnym. W tej płaszczyźnie przedni wzgórek był większy od tylnego. Zaznaczyły się dodatkowe bruzdy na przednim wzgórku po wewnętrznych stronach otolitów. W zakres długości ryb tej grupy wmieszane były długości dużych ryb mających inny kształt i inny rozmiar otolitów (tab. 5).
IV. Osobniki o otolitach mających długości ORL dużo większe od
Rys. 18:
Otolity Ps. georgianus według Hecht’a[29]

65
OVL, tj. o około 1 mm i ORL < OH, stanowiły ryby 47-53 cm TL (tab. 5). Bruzdy otolitów tej grupy ryb na przednich i poprzeczne do nich na tylnych wzgórkach wewnętrznych stron otolitów były bardziej wyraźne (rys. 15; jak i w literaturze: rys. 18e). Nie są licznie reprezentowane w próbach (rys. 15).
V. Osobniki o otolitach z ORL >> OVL (o 1,8 mm) i ORL > OH (o 0,4 mm) (tab. 5) stanowiły ryby z zakresu długości 46-53 cm TL (rys. 15; tab. 5). Nie są licznie reprezentowane w próbach (rys. 15).
VI. Osobniki o otolitach z ORL >>> OVL (o 2,7 mm) i ORL >> OH (o 1,2 mm) (tab. 5) stanowiły ryby z zakresu długości 52-56 cm TL (rys. 15; tab. 5). Znajduje się je w znikomej liczbie. Niekiedy nie są znajdowane w próbach.
Bardziej szczegółowy kolejny wzrost rozmiarów otolitów w powyższych grupach podaje tab. 5.
Osobniki z zakresu długości 42-60 cm (18 cm) mają bardzo szeroki, tej samej wielkości zakres gradacji masy otolitu co osobniki z dwukrotnie większego zakresu: 7-42 cm (35 cm) (rys. 15; tab. 5).
B. Strefy wzrostu otolitów
i) Dobowe
Wskutek polerowania ciętych sektorów otolity pokazywały pod mikroskopem świetlnym wzór przyrostów dobowych w postaci ciemnych i jasnych, promieniście zwiększających się od centrum pierścieni (rys. 19). Jeden przyrost dobowy definiowany jest jako 1 jasny i 1 ciemny wąski pierścień łącznie[56, 50, 51] (rys. 21, 22). Automatyczny zapis zmienności gęstości optycznej tych przyrostów z wycinków otolitów przedstawia rys. 20. Zmienność tę można lepiej zobrazować na podstawie negatywów wycinków otolitów aniżeli bezpośrednio z tych wycinków. Jednak przy bezpośrednich odczytach z wycinków pomiar jest szybszy niż przy dodatkowym wykonywaniu negatywów otolitów.

66
Wykorzystując technikę SEM, stwierdzono, że przyrosty dobowe to zmiennie nasycona sieć proteiny i węglanów. Po zastosowaniu EDTA ujawniono kołowe cykliczne wyniesienia proteiny, rozgraniczone cyklicznymi rowkami powstałymi z wymycia Ca2CO3. Przestrzenny obraz tych wyniesień obserwowano na odciskach foliowych (rys. 23, 24, 25) i w SEM (rys. 26, 27, 28, 29, 30) oraz w zapisach gęstości optycznej densytometru (rys. 31, 32). Szerokość i liczba wyniesień proteiny odpowiada w przybliżeniu szerokości i liczbie jasnych pierścieni (o niskiej gęstości optycznej) przyrostów dobowych, obserwowanych i mierzonych w mikrodensytometrze oraz mikrodigiskopie. Rozkłady szerokości przyrostów dobowych w otolitach postlarw i ryb starszych są zgodne z teoretycznymi rozkładami logarytmiczno‑normalnymi w zakresie 1 – 15 · 10–3 mm, przy czym u postlarw przyrosty są węższe o średniej 2,842 · 10–3mm, u dorosłych szersze (3,83 · 10–3 mm) (rys. 33). Taka różnica wskazuje, że starsze osobniki mają więcej szerszych przyrostów dobowych w późniejszym okresie życia aniżeli w stadium juvenes.
Nie wykazano różnic w liczbie pierścieni pomiędzy sektorami otolitów (tab. 6). Licząc od centrum do krawędzi otolitu wzdłuż kilku
Rys. 19:
Wycinek otolitu Ps. georgianus (7 cm SL) z widocznymi przyrostami dobowymi sektora strzałkowo-przyśrodkowego, mierzonymi i liczonymi wzdłuż promienia wzrostu AB. A – początek pomiaru, B – koniec pomiaru w multidensytometrze

67
Rys. 20:
Wykres zmiennej względnej gęstości optycznej przyrostów dobowych otolitu mierzonej po promieniu jego wzrostu jako natężenie światła transmisyjnego przechodzącego przez wycinek otolitu grubości ~ 0,02 mm (B – patrz rys. 19) i przez jego negatyw (A). Ps. georgianus (SL, 7,5 cm; 6 cm)

68
Rys. 21:
Początek wzrostu mikroprzyrostów (CP) na przekroju strzałkowo- przyśrodkowym otolitu Ps. georgianus (7 cm SL). 57 mikroprzyrostów larwalnych

69
Rys. 22:
Liczone pod mikroskopem przyrosty dobowe jako: u góry – mikroprzyrosty z przekroju strzałkowo-przyśrodkowego z brzegu otolitu 7 cm SL juvenes; na dole – mikroprzyrosty z przekroju poprzecznego z części grzbietowej otolitu 47 cm SL Ps. georgianus

70
Rys. 23:
Odcisk foliowy proteinowych bruzd przyrostów dobowych z polerowanych i trawionych wycinków otolitów Ps. georgianus (przekrój poprzeczny, część grzbietowa, SL, 50 cm). Wycinek będący formą odcisku jest ten sam, co na rys. 46

71
Rys. 24:
Powiększenie odcisku foliowego proteinowych bruzd przyrostów dobowych z wycinka otolitów Ps. georgianus (przekrój poprzeczny, część grzbietowa, SL, 50 cm). Wycinek będący formą odcisku jest ten sam, co na rys. 46

72
Rys. 25:
Odciski foliowe powierzchni przekroju poprzecznego części grzbietowej otolitu 50 cm SL Ps. georgianus. Kolejne powiększenia

73
Rys. 26:
SEM. Liczone przyrosty dobowe jako platynowane bruzdy mikroprzyrostów z przekroju poprzecznego części grzbietowej otolitu strzałki 23 cm SL Ps. georgianus. Wycinek z rys. 30

74
Rys. 27:
SEM. Mierzone przyrosty dobowe jako platynowane bruzdy mikroprzyrostów z przekroju poprzecznego części brzusznej otolitu strzałki 50 cm SL Ps. georgianus. Wycinek z rys. 46, fragment brzegu otolitu ze zmianami wzoru przyrostów uwidaczniającymi lokalne zmiany: zwężanie się (rozszerzanie) tych samych przyrostów pod wpływem miejscowego wzrostu (spadku) ciśnienia, przebiegającego w czasie wzrostu otolitu

75
Rys. 28:
SEM. Platynowane bruzdy mikroprzyrostów z przekroju poprzecznego części brzusznej otolitu strzałki 40 cm SL Ps. georgianus. Wycinek obrazujący zmiany szerokości (nawet duże, ale krótkotrwałe) mikroprzyrostów wzdłuż osi wzrostu, obrazujący zmiany ciśnienia w czasie (zmiany w ilości depozycji aragonitu)

76
Rys. 29:
SEM. Platynowane bruzdy mikroprzyrostów z przekroju strzałkowo- przyśrodkowego części centralnej otolitu 7 cm SL Ps. georgianus. Wycinek obrazujący przyrosty dobowe, larwalne jądra otolitu

77
Rys. 30:
Przyrosty dobowe z negatywu SEM mierzone w multidensytometrze z przekroju poprzecznego części grzbietowej otolitu strzałki 23 cm SL Ps. georgianus.
Wycinek z rys. 26
Rys. 31:
Wzór przyrostów dobowych z multidensytometru. 23 cm SL Ps. georgianus

78
Rys. 32:
Zapis w multidensytometrze przyrostów dobowych wzdłuż promienia R9 z negatywu SEM wycinka poprzecznego części grzbietowej otolitu 23 cm SL Ps. georgianus

79
promieni R1 – R12, otrzymano podobne wyniki. Jednakże pojawiły się różnice w szerokości przyrostów dobowych, rys. 34A. Najszersze znajdowano odpowiednio wzdłuż najdłuższego promienia wzrostu R9 w części dorsalnej.
Dla 300 osobników 6-8 cm TL postlarw (grupa 0 z analizy morfologii otolitów) naliczono od 230 do 340 przyrostów dobowych (rys. 35, tab. 5). Liczba tych przyrostów wzrastała proporcjonalnie do masy otolitu (rys. 36).
Osobniki większe, 14-24 cm TL, miały 587‑654 przyrostów dobowych – ich otolity morfologicznie przynależały do grupy I (tab. 5).
Osobniki z następnej grupy we frekwencji długości (średnia TL = 35,6 cm) miały 957-1070 przyrostów dobowych. Ich otolity klasyfikowały się do grupy II (tab. 5).
Dla ryb większych, o długościach w ich frekwencji wymieszanych (43-56 cm TL), odczytano liczby przyrostów dobowych układające się w 4 kolejne grupy wieku. Odpowiadały one 4 kolejnym grupom ryb (III, IV, V, VI) wyznaczonym z analizy morfologii otolitów.
Rys. 33:
Histogram z częstości empirycznych szerokości przyrostów dobowych otolitów dużych i postlarwalnych osobników Ps. georgianus rejestrowanych wzdłuż promienia R9 w układzie densytometra i ich teoretyczne rozkłady logarytmiczno- normalne
Grupa
Ciężar otolitu [g]
Liczba przyr. dobowych
wieku
min.
maks.
R11
n
R9
n
0
0.00084
0.00273
282.3
30
285.99
100
I
0.0088
0.01654
605.8
10
612.07
20
II
0.0229
0.03235
987.5
9
1001.2
15
III
0.03825
0.0432
1390
7
1387.3
13
IV
0.04925
0.0575
1730
9
1739.3
10
V
0.062
0.0721
-
2117.5
6
VI
0.07365
0.07648
-
2426
4
Tab. 6:
Średnie liczby przyrostów dobowych w grupach ryb wzdłuż R9 i R11

80
Rys. 34:
Mikroprzyrosty z przekrojów poprzecznych otolitów. A – SEM – platynowane bruzdy SEM z fragmentem z innego miejsca w lewym dolnym rogu; B – replika foliowa; C – sekwencje trudne do odczytu; D – liczone mikroprzyrosty

81
Osobniki o długości 43-48 cm TL miały 1324-1424 dziennych przyrostów. Ich otolity były z trzeciej (III), otolitowo-morfometrycznej grupy ryb (tab. 5).
Niektóre ryby z powyższego zakresu o długościach 47-53 cm TL miały 1683-1801 przyrostów dobowych. Ich otolity należały do IV grupy.
Część ryb o długościach 46‑53 cm TL miało 2060-2170 przyroRys.
35:
Histogramy z liczby przyrostów dobowych w otolitach juvenes Ps. georgianus

82
stów dobowych w otolitach, które kształtem i rozmiarami przynależały do V grupy ryb.
Bardzo nieliczne osobniki (52-56 cm TL) miały w otolitach 2420‑2432 przyrostów dobowych. Otolity te rozmiarami i kształtem przynależały do VI otolitowo-morfologicznej grupy (tab. 5).
Roczne różnice w liczbie przyrostów dobowych (rys. 36), stwierdzone dla otolitów różnych rozmiarów, wynikają ze stałego ich przyrostu w ciągu życia ryb. Ma to odzwierciedlenie we wzroście wielkości otolitów (tab. 5). W wyniku analizy morfologii zewnętrznej otolitów stwierdzono, że wzrost ten nie przebiega jednakowo w stosunku do powierzchni otolitu w kolejnych latach życia ryb, lecz jest dla niego charakterystyczny (tab. 5). W wyniku tego ryby w różnych latach życia wykazują się swoistymi proporcjami w budowie otolitów, które różnicują je pod względem wieku. Proporcje te nie ulegały większym zmianom w kolejnych latach, w których przeprowadzano próby, co prowadzi do wniosku, że jest możliwa identyfikacja wieku ryby przez pomiar tych proporcji (tab. 5).
ii) Inne znaki przyrostów w otolitach
Centralne ognisko wzrostu (CP). Wyraźnie zaznacza się pierwszy przyrost (CP) definiowany jako inicjujący. Jest to jednocześnie przyrost największy – r = 0,014 mm (tab. 5). Ma kształt kulisty, co
Rys. 36:
Teoretyczny wzrost masy otolitów juvenes i dorosłych Ps. georgianus

83
można zweryfikować z dwóch prostopadłych przekrojów otolitów (rys. 12, 17, 21, 29, 37).
Jądro larwalne (LN). Wewnątrz otolitu bardzo silnie wyróżniało się centralne dyskoidalne jądro (rys. 5, 12, 17, 21, 37, 38, 40, 41) o średnim promieniu 0,1 mm i z średnio 45 przyrostami dobowymi (rys. 39, 41, 42; tab. 5). Niewielka zmienność liczby tych przyrostów oraz wielkości jąder (średnia powierzchnia przekroju środkowo-strzałkowego = 3,57 mm) (tab. 7) wskazuje na krótki okres tarła pokolenia rodzicielskiego ryb, i to w każdym roku.
Jądra rozgraniczone są i wyróżniają się od reszty struktury otolitu w sposób następujący:
1) szerszym pasem większej gęstości optycznej (rys. 39-42), czyli pasem niższego nasycenia proteinami, a wyższego wysycenia węglanem wapnia;
2) niespoistymi związaniami z następną, dobudowującą się, młodszą warstwą otolitu. Bardzo często pod wpływem wody ulegały wymywaniu (rys. 40). To także wskazuje na niską zawartość protein strefy styku jądra z resztą otolitu, jak to można zobaczyć z repliki foliowej i SEM (rys. 29). Niska zawartość protein jest jednocześnie wskaźnikiem okresu zahamowania przyrostu proteinowej macierzy w strukturze otolitu;
3) zjawiskiem obrotu dotychczasowego wzoru kierunków przyrostu otolitu o 180° w prawo wokół centrum (rys. 12, 42), występującym od brzegu jądra w kierunku krawędzi otolitów ryb młodocianych na ich przekrojach poprzecznych.
Grupa
wieku
Liczba przyrostów
dobowych w LN
Powierzchnia M-S dla LN [·102 mm]
N
x
S
N
x
S
0
50
45,92
0,78
100
3,61
0,61
I
19
44.04
1.5
1
3.46
1.95
III
11
42.9
2.3
1
3.25
2.18
średnia
80
45.01
0.68
101
3.57
0.56
Tab. 7:
Średnia liczba przyrostów dobowych i powierzchnia przekroju przyśrodkowego otolitowych jąder larwalnych w grupach wieku Ps. georgianus

84
Rys. 37:
Wzór mikroprzyrostów larwalnych i postlarwalnych wycinka z przekroju poprzecznego strzałki 7 cm SL Ps. georgianus. CP – centralne ognisko wzrostu; LN – brzeg otolitu larwalnego = prawdopodobny znak wylęgu po około 57 przyrostach dobowych larwalnych

85
Rys. 38:
Wycinek poprzeczny z otolitu strzałki 7 cm SL Ps. georgianus. CP – centralne ognisko wzrostu; LN – brzeg otolitu larwalnego

86
Rys. 39:
Wycinki strzałkowo-przyśrodkowe z otolitów 8 cm SL Ps. georgianus z AP – dodatkowym ogniskiem wzrostu; LN – brzeg otolitu larwalnego

87
Rys. 40:
Fragment wycinka strzałkowo-przyśrodkowego otolitu 8 cm SL Ps. georgianus z jądrem larwalnym oddzielonym wodą od reszty otolitu; LN – brzeg otolitu larwalnego

88
Rys. 41:
Wycinek strzałkowo-przyśrodkowy części centralnej otolitu 50 cm SL Ps. georgianus z szerokim rowem niskiej inkrustacji protein, oddzielającym jądro larwalne (LN) od reszty otolitu; LN – brzeg otolitu larwalnego

89
Rys. 42:
Od góry wycinek strzałkowo-przyśrodkowy otolitu 7 cm SL Ps. georgianus z widocznym obrotem o 180˚ wzrostu 24 przyrostów larwalnych w 89 postlarwalnych; poniżej wycinek poprzeczny otolitu dorosłej, bardziej aktywnej georgianki z większym wcięciem w otolicie

90
Opisane powyżej współistniejące zjawiska w pierwszej, dużej zmianie we wzorze przyrostów dobowych wskazują na pierwszy (I) okres gruntownych zmian fizjologicznych i morfologicznych we wczesnej historii rozwoju badanych ryb. Przypuszczalnie takim pierwszym (I) ważniejszym okresem jest okres wylęgu 1,5‑2-milimetrowych larw, okres zaobserwowany dla badanego gatunku w kwietniu i maju[47]. Jest to zgodne z liczbą przyrostów dobowych (200-300) odczytanych pomiędzy brzegiem jąder a brzegiem otolitów postlarw. Po odjęciu tej liczby od daty ich złowienia (tj. styczeń, luty) uzyskamy wynik, że formowanie się brzegu jądra przypada na miesiące kwiecień i maj. Według Northa[47] larwy Ps. georgianus po wydostaniu się z ikry są dobrze rozwinięte i od razu rozpoczynają aktywne drapieżne żerowanie. Występuje tu nałożenie się dwóch efektów: zmiany warunków środowiska oraz zmiany sposobu odżywiania, co może wpływać na tak jednoznaczną zmianę wzoru wzrostu otolitu, jaką jest niewątpliwie wyodrębnienie się jądra w strukturze otolitu. Takie okresy takich zmian, jak wylęg, metamorfoza, dojrzewanie, mogą znaleźć swoje odbicie w zmianie wzoru przyrostu otolitu[63].
Przy opisanym powyżej założeniu 45-dniowy rozwój jądra otolitu przebiegałby dla larw rozwijających się wewnątrz ikry. To uzasadniałoby wytwarzanie stosunkowo dużego rozmiaru ikrę przez ten gatunek. Duża ikra umożliwiałaby wydłużenie okresu pobytu wewnątrz niej dla larw i tym samym zapewniałaby ich bardziej zaawansowany rozwój pod względem możliwości lokomotorycznych i zdobywania pokarmu (czy nawet ukształtowanie mechanizmów do odmiennego transportu tlenu związanego z białokrwistością). Tym sposobem duże larwy, po uwolnieniu się z osłonek ikry, aktywnie pływają i zdobywają pokarm oraz mają większe szanse przeżycia w surowych warunkach środowiska antarktycznego.
Pierwsze dodatkowe ognisko wzrostu (AP, additional primordium). W odległości 0,8-1 mm (średnio po 240-280 przyrostach dobowych), w większych i niektórych mniejszych otolitach z grupy 0 miała miejsce druga morfologiczna zmiana kierunku przyrostu otolitu – zmiana kierunku przyrostów o 20° w bok wzdłuż dolnej osi R9

Ps.georgianus druk

Recommandé

Recommandé

Contenu connexe

En vedette

En vedette (9)

Plus de ryszardtraczyk

Plus de ryszardtraczyk (16)

Ps.georgianus druk