Суточный ритм газообмена у имаго колорадского жука определялся:
1) у питающихся жуков 3-дневного возраста, когда биохимическими анализами еще не удается уловить специфики метаболизма, связанной с формированием диапаузы; 2) у питающихся жуков 9—11-дневного возраста, когда физиологическая подготовка жуков к диапаузе, при коротком дне, уже четко выражена; 3) в первые 9—15 дней диапаузы, когда жуки находятся уже в почве и устранено влияние фотопериодизма; 4) в конце диапаузы; 5) в конце олигопаузы; 6) в середине весеннего восстановительного периода; 7) в конце весеннего восстановительного периода. Ритм определялся как в природных условиях, так и при воспитании жуков в камерах климата при удлиненном (20 час) и укороченном (11 час) дне и постоянной температуре 22—24°. В опыты брались жуки первой генерации, окрылившиеся в июле. Как при длинном, так и при коротком дне молодые (трехдневные) жуки обладают бицикличным ритмом газообмена с высокой его активностью: потребление кислорода самками в это время в максимуме достигает 1879—1770 мм3 г/час сырого веса и в минимуме 1434—1058 мм3, а выделение СO2— в максимуме 1694—1536 мм3 и в минимуме 1293—759 мм3 г/час. Пики газообмена приходятся на ранние утренние (5—10 час) и вечерние (15—22 час) часы, а минимумы достигаются около 12 и 24 час.
У питающихся жуков 9—11-дневного возраста при длинном фотопериоде суточный ритм газообмена сохраняет бицикличный характер с максимумами в 2—5 и 11—15 час, т. е. по сравнению с молодыми жуками пики перемещаются на более ранние часы Суток. Интенсивность потребления кислорода по сравнению с трехдневными жуками понижается на 23,1% в максимуме и на 21,1 % в минимуме. При коротком дне к 9—11-му дню питания газообмен приобретает моноцикличный характер с максимумом между 12—15 час и минимумом между 23—3 час. По сравнению с трехдневными жуками потребление кислорода понижается в максимуме на 31,4 и в минимуме на 19,3%. Параллельно потреблению кислорода падает выделение СO2.
Трехдневные самки, развивающиеся в природных условиях, имеют не четко выраженный бицикличный суточный ритм газообмена с малым максимумом во второй половине ночи и большим — среди дня. У 11дневных самок в природных условиях суточный ритм газообмена имеет четко выраженный моноцикличный тип с минимумом в ночные и максимумом в дневные часы. Интенсивность потребления кислорода молодыми жуками, развивающимися в природных условиях, высока, с широкой амплитудой между максимумом и минимумом: максимум 1846, минимум — 440 мм3/г/час сырого веса. Суточный ритм дыхания имеет выраженный бициклический тип. К 11-му дню преддиапаузного питания интенсивность газообмена жуков, развивающихся в природных условиях, снижается и максимум потребления кислорода не превышает 1292 мм3; амплитуда между максимумом и минимумом сужается и суточный ритм газообмена приобретает моноцикличный характер.
Через 5—9 дней после наступления зимней диапаузы, несмотря на прекращение питания и резкое понижение газообмена, суточный ритм потребления кислорода еще четко выражен и сохраняет, как у самцов, так и у самок, моноцикличный характер. Интенсивность потребления кислорода сокращается в среднем до 776 мм3 во время максимума и до 19 мм3 во время минимума.
В середине ноября, в период завершения зимней диапаузы, потребление кислорода самками во время суточных максимумов не превышает 248 мм3, а во время минимумов оно падает до 11 мм3. Суточный ритм газообмена теряет четкость: у самок в это время не резко выраженный максимум перемещается с 11—15 на 5—11 час; у самцов ритмичность процесса представляется нарушенной и у разных особей максимумы приходятся на разное время суток.
После окончания зимней диапаузы у колорадского жука сохраняется менее глубокое торможение обмена веществ — олигопауза. Она продолжается со второй половины ноября до начала марта, позже сменяясь весенним восстановительным периодом. При соответствующих условиях внешней среды в конце восстановительного периода жуки выходят на поверхность почвы и через некоторое время приступают к питанию и спариванию.
В середине зимы потребление кислорода жуками, находящимися в состоянии олигопаузы, удерживается на низком уровне, в среднем около 85 мм3 O2 час/г сырого веса в максимуме и 75 мм3 — в минимуме. Суточная ритмичность газообмена практически не выражена.
В разгар весеннего восстановительного периода, совпадающего с концом марта — началом апреля, интенсивность метаболизма постепенно повышается и максимум потребления кислорода в пределах суток достигает 216 мм3 г/час, а минимум увеличивается до 56 мм3. При этом вновь начинает восстанавливаться суточная ритмичность газообмена. Однако, как и у молодых жуков, эта ритмичность получает снова бицикличный характер, типичный для активной жизнедеятельности.
На более поздних этапах восстановительного периода амплитуда суточных колебаний потребления кислорода становится все шире, и бицикличный тип суточного ритма газообмена проявляется все более четко, хотя его синхронизация с фотопериодизмом достигается только после выхода жуков на поверхность почвы.
Активность ферментов тканевого дыхания насекомых отражает, с одной стороны, уровень их метаболизма, а с другой,— направленность и соотношение окислительно-восстановительных реакций и процессов на отдельных стадиях и этапах индивидуального развития.
Активность тканевой каталазы у насекомых в несколько раз увеличивается при переходе их от состояния активной жизнедеятельности к диапаузе и другим проявлениям физиологического покоя. Интересная, с точки зрения физиологии насекомых, гипотеза о механизме действия каталазы выдвинута П. В. Афанасьевым, который допускает представление о взаимном окислительно-восстановительном процессе, когда одна молекула перекиси водорода окисляется до активного кислорода, а другая восстанавливается до воды. В таком аспекте становится понятным ее место и значимость в биохимических механизмах диапаузы.
По наблюдениям Финка, у куколок колорадского жука активность каталазы падает по мере прохождения метаморфоза. Параллельно этому падению повышается их газообмен. У имаго колорадского жука при прохождении зимней диапаузы и ее модификаций активность каталазы в гомогенате тканей обратно пропорциональна глубине подавления метаболизма.
У трехдневных питающихся жуков, развивавшихся в условиях как длинного (20 час), так и короткого (11 час) дня, активность каталазы, по определениям Р. С. Ушатинской, имеет выраженный бицикличный тип: в сутках имеется два максимума (около 11 и 19 час) и два минимума (около 3 и 15 час) активности этого фермента. Суточная амплитуда активности каталазы более широка у жуков, развивавшихся при коротком дне, чем у жуков длинного дня. В варианте короткого дня минимальная активность каталазы достигается среди ночи (3 час), тогда как в варианте длинного дня она наблюдается в середине дня (15 час).
У питающихся жуков 5—9-дневного возраста суточный ритм активности каталазы в тканевом гомогенате приближается к моноцикличному с одним выраженным пиком в 7 час. По сравнению с трехдневными жуками активность ферментов у 9-дневных жуков значительно повышена как в длинном, так и в коротком дне, но это повышение в условиях короткого дня много более выражено. Глубокие изменения в метаболизме жуков, развивавшихся в условиях короткого дня, связанные с формированием днапаузы, сопровождаются повышением активности каталазы в тканях и превращением бицикличного ритма суточной активности каталазы в моноцикличный.
Активность цитохромоксидазы в тканевом гомогенате трехдневных жуков, развивавшихся и содержавшихся в условиях длинного дня (20 час), высока и имеет бицикличный тип с максимумами в 3 и 15 час и минимумами в 10 и 19 час. У таких же жуков, развивавшихся и содержавшихся в условиях короткого дня (11 час), активность цитохромоксидазы находится приблизительно на том же уровне, как и при длинном дне. У девятидневных жуков, проходящих преддиапаузное питание, при тех же условиях активность цитохромоксидазы приблизительно в два раза ниже, чем у трехдневных, и ритмичность в сутках слабо выражена.
После 9—15 дней зимней диапаузы активность цитохромоксидазы уменьшается почти в 20 раз. Суточный ритм активности фермента у диапаузирующих жуков имеет нечеткую бициклическую выраженность, при резко сократившейся амплитуде между минимумами и максимумами.
При сравнении продолжительности темного и светлого периодов суток с активностью тканевой каталазы и цитохромоксидазы установлено, что у питающихся жуков имеется прямая связь между началом светлого периода и повышением активности цитохромоксидазы. В варианте удлиненного дня (20 час), при бицикличном суточном ритме активности фермента, второй максимум активности цитохромоксидазы наступает во второй половине светлого периода. Прямой связи между активностью каталазы и светлой или темной частью суток не улавливается.
Суточные ритмы окислительных процессов в метаболизме жука, бициклнчные в период активной жизнедеятельности, с наступлением зимней диапаузы превращаются в моноцикличные и возвращаются к бицикдичному типу перед весенним пробуждением жуков.