Научная статья на тему 'Наследование снижения спонтанной двигательной активности у одноклеточных гидробионтов Spirostomum ambiguum после γ-облучения в малых дозах'

Наследование снижения спонтанной двигательной активности у одноклеточных гидробионтов Spirostomum ambiguum после γ-облучения в малых дозах Текст научной статьи по специальности «Биология»

CC BY
497
55
Поделиться
Ключевые слова
ИОНИЗИРУЮЩЕЕ ИЗЛУЧЕНИЕ / МАЛЫЕ ДОЗЫ / ОДНОКЛЕТОЧНЫЕ ГИДРОБИОНТЫ / ДВИГАТЕЛЬНАЯ АКТИВНОСТЬ / НАСЛЕДОВАНИЕ / РАДИАЦИОННАЯ ОПАСНОСТЬ / RADIOACTIVE DANGER. 58

Аннотация научной статьи по биологии, автор научной работы — Сарапульцева Е. И., Иголкина Ю. В.

В популяции инфузорий Spirostomum ambiguum при очень малой для объекта дозе радиации 0,01 Гр наблюдается устойчивое снижение спонтанной двигательной активности особей. Повреждение наследуется при вегетативном размножении на протяжении многих клеточных генераций (прослежены до 12-15 поколений). Изменения проявляются у значительного числа особей. Они отличаются от обычно изучаемых радиационных клеточных эффектов независимостью от величины дозы. Рассматривается значение полученных результатов в связи с проблемой радиационной опасности.

Похожие темы научных работ по биологии , автор научной работы — Сарапульцева Е.И., Иголкина Ю.В.,

Inheritance of spontanous motional activity decreas in unicellular hydrobiontes Spirostomum ambiguum γ-irradiation at low doses

Stable lowering of spontaneous motion activity is observed in a very low for this object dose 0.01 Gy in a population of paramecium Spirostomum ambiguum. This injure inherits in vegetative reproduction in a lot of cellular generations (12-15 generations were observed). It takes place in a number of individuals. Doses-independence distinguishes this injure from usual radioactive cellular effects. Significance of these results is taken up in connection with the problem of low doses of radioactive danger.

Текст научной работы на тему «Наследование снижения спонтанной двигательной активности у одноклеточных гидробионтов Spirostomum ambiguum после γ-облучения в малых дозах»

Наследование снижения спонтанной двигательной активности у одноклеточных гидробионтов Spirostomum ambiguum после Y-облучения в малых дозах

Сарапульцева Е.И., Иголкина Ю.В.

Обнинский государственный технический университет атомной энергетики (ИАТЭ), Обнинск

В популяции инфузорий Spirostomum ambiguum при очень малой для объекта дозе радиации - 0,01 Гр наблюдается устойчивое снижение спонтанной двигательной активности особей. Повреждение наследуется при вегетативном размножении на протяжении многих клеточных генераций (прослежены до 12-15 поколений). Изменения проявляются у значительного числа особей. Они отличаются от обычно изучаемых радиационных клеточных эффектов независимостью от величины дозы. Рассматривается значение полученных результатов в связи с проблемой радиационной опасности.

Ключевые слова: ионизирующее излучение; малые дозы; одноклеточные гидробионты; двигательная активность; наследование; радиационная опасность.

Спиростомы широко распространены в природе. Они обитают в планктонном слое пресноводных водоемов [6]. Этих простейших, как и других инфузорий, относят к высоко радиоре-зистентным объектам. Их повреждение зарегистрировано в литературе при дозах порядка сотен и более Грей [7, 8]. Между тем нами [5] было показано, что уже после облучения в столь малой дозе, как 0,1 Гр, у подавляющего большинства спиростом через час после воздействия наблюдается выраженное снижение спонтанной двигательной активности (СДА) по сравнению с контролем. Эти нарушения не возрастали с увеличением дозы в очень большом дозном интервале (вплоть до 850 Гр), что не укладывается в рамки принятых представлений о действии радиации на клетку. В то же время указанные данные оказались созвучными результатам работ [1-3], в которых у разных объектов, в том числе инфузорий других видов (Paramecium caudatum и Climacostomum virens), помимо традиционно изучаемых клеточных изменений, возрастающих с увеличением дозы, обнаружены особые массовые дозонезависимые («нестохастические») эффекты, которые индуцируются уже низкими дозами радиации. Данные эффекты были выявлены по признаку повышения вероятности клеточной гибели. При этом в опытах с простейшими было показано, что указанные необычные нарушения имеют место не только в ранние, но и в отдаленные сроки после облучения. Они сохранялись без признаков репарации на протяжении неопределенно большого ряда клеточных поколений - наследовались [1, 3]. В связи с этим нам представилось интересным выяснить: подчиняются ли этим же закономерностям обнаруженные нами у спиростом нарушения СДА, наследуются ли и они потомками особей, облученных в диапазоне относительно малых доз. Такие наблюдения важны как для изучения проблем радиационной опасности, так и для общей радиобиологии.

Сарапульцева Е.И.* - научный сотрудник ИАТЭ; Иголкина Ю.В. - научный сотрудник ИАТЭ.

* Контакты: 249040, Калужская обл., Обнинск, Студгородок 1. Тел.: (48439) 3-69-31; e-mail: bioeco@iate.obninsk.ru.

Материалы и методика

Инфузории Spirostomum ambiguum имеют относительно большие размеры (длина 1-3 мм, диаметр 0,3-0,5 мм), что позволяет наблюдать за ними при небольшом увеличении (х17). Эти гидробионты неприхотливы и хорошо размножаются в лабораторных условиях на дехлорированной водопроводной воде. Спиростом культивировали в биологических пробирках при температуре 20±1оС в виде массовой культуры. Воду после дехлорирования отстаивали не менее 3 суток, а затем отфильтровывали через обеззоленный фильтр. Питание осуществляли пищевыми дрожжами один раз в неделю. Культуру поддерживали в логарифмической фазе роста путем регулярных разбавлений суспензии. Спиростом для облучения брали из массовой культуры через 3 суток после кормления. Их облучали в пробирках в объеме 6 мл. Облучение проводили на установках «Исследователь» (Россия, 60Co, 48 Гр/мин) и «у-cell» (Канада, 60Co, 18 сГр/мин) в дозах 0,01; 0,1; 1; 20; 50, 100; 200; 500; 850; 1000 и 1500 Гр.

СДА исследовали у особей, которых отбирали из массовых культур на разных сроках после облучения и в контроле, а затем помещали в лунки специальной камеры. В соответствии с имеющимися методическими разработками [4], за каждой из спиростом наблюдали под микроскопом МБС-10, в окуляр которого был помещен визир. Количественной мерой СДА служило число пересечений инфузорией визира окуляра микроскопа за 1 мин. Этот эспресс-метод позволял получать убедительные результаты уже сразу после облучения.

Результаты обрабатывали статистически с использованием программы Microsoft®Excel'2003 SR-2 Origin® по параметрическому критерию Стьюдента. Стандартную ошибку для процента измененных показателей СДА оценивали по формуле:

где Р - показатель СДА в опыте, %; n - численность спиростом в экспериментальной группе.

Выше мы цитировали работу [5], в которой при наблюдениях за СДА непосредственно облученных спиростом было обнаружено, что уже при дозе 0,1 Гр имеет место значительное снижение этого показателя по сравнению с контролем. В таблице представлены результаты изменения СДА в контроле в трех сериях опытов при еще более низкой дозе 0,01 Г р. Видно, что и в этом случае средние показатели СДА спиростом достоверно ниже, чем в контроле. Они хорошо воспроизводятся во всех сериях опытов, отличаясь от контроля в среднем на 57 %.

Рассмотрим результаты изменения СДА после облучения в диапазоне доз 0,01-1500 Гр. Они представлены на рис. 1. Видно, что эффект снижения СДА сохраняется примерно на одном уровне вплоть до 850 Г р.

Результаты и обсуждение

Показатели СДА в контроле и после облучения в дозе 0,01 Г р в трех сериях опытов (М±т)

Таблица

№ серии Контроль Опыт Изменения, %

1 2,0±0,2 0,8±0,4 40,0±5,8

2 2,2±0,1 1,4±0,3 63,6±6,2

3 2,5±0,2 1,1±0,1 44,0±7,0

Среднее значение 2,1 ±0,2 1, 1 ±0,2 57,1±6,3

‘ Отличия опыта от контроля достоверны при р<0,05.

а)

10 100 Доза, Гр

Рис. 1. Зависимость СДА спиростом (в % относительно контроля) от величины дозы радиации от 0,01 до 100 Гр в полулогарифмическом масштабе (а) и от 0,01 до 1500 Гр в линейном масштабе (б).

%

0,01

0.1

Теперь рассмотрим данные о СДА спиростом в потомстве облученных клеток. На рис. 2 представлена зависимость СДА от величины дозы радиации через 4, 14, 21 и 30 суток после воздействия. Эффект выражен в % по отношению к контролю (в контроле и при каждой из доз на всех временных периодах использовано по 60 особей). Настоящее исследование показало, что изучаемая реакция проявляется не только сразу после воздействия, но и в отдаленные сроки после него, даже через 30 суток, на протяжении которых у спиростом сменилось множество клеточных генераций (средняя продолжительность клеточного цикла у спиростом составляет 2 суток [8]). Мы видим поразительное единообразие картины во всех случаях. На всех сроках исследования уже при дозе 0,01 Гр наблюдается явное угнетение функции движения инфузорий, степень которого не возрастает с ростом дозы даже при ее увеличении в 50000 раз (до максимальной из использованных в настоящей работе доз - 500 Гр). При этом эффект практически не меняется во времени. Продемонстрированные нами во всех случаях значительные отклонения СДА от контроля говорят о массовом проявлении изменений описанного типа.

%

100

б)

50

Г+^Т

50

1-*-г

0 0,01 0,1 20 50 100 200 500 0 1— 0 0,01 0,1 20 50 100 200 500

% 100 ' в) %

50

1-4-4-

50

І І

0 0,01 0,1 1 20 50 100 200 500

0 0,01 0,1 1 20 50 100 200 500

Доза, Гр

Рис. 2. Зависимость СДА спиростом от величины дозы радиации в диапазоне 0,01 -500 Г р через 4 (а), 14 (б), 21 (в) и 30 (г) суток после воздействия (в % относительно контроля).

%

0

г)

0

0

Итак, можно сделать вывод, что изменения СДА, индуцируемые облучением уже в очень малых дозах, наследуются при вегетативном размножении спиростом. Этот вывод подчеркивает опасность действия радиации на исследованных представителей биоты.

Совокупность полученных данных указывает на необходимость дальнейших исследований эффекта, прежде всего к установлению доз радиации, которые еще не вызывают описанное повреждение. Это, на наш взгляд, обогатит представления о биологическом действии радиации в малых дозах и откроет новые подходы к оценке радиационной опасности.

Литература

1. Бычковская И.Б. Метод наблюдения за наследованными летальными эффектами у простейших //Цитология. 1978. Т. 20, № 6. С. 700-704.

2. Бычковская И.Б. Особые клеточные эффекты и соматические последствия облучения в малых дозах /И.Б.Бычковская, Р.Ф.Федорцева, П.В.Антонов и др. СПб: СПМКС, 2006. 150 с. (http://irbb.ucoz.ru).

3. Бычковская И.Б. Проблема отдаленной радиационной гибели клеток. М.: Энергоатомиздат, 1986. 160 с.

4. Мелехова О.П., Сарапульцева Е.И., Евсеева Т.И. и др. Биологический контроль окружающей среды: биоиндикация и биотестирование: Учебное пособие /Под ред. О.П.Мелеховой и Е.И.Сарапульцевой. М.: Академия, 2008. С. 216-220.

5. Сарапульцева Е.И. Спонтанная двигательная активность инфузорий Spirostomum ambiguum после у-облучения в широком диапазоне доз как информативный метод биотестирования //Радиационная биология. Радиоэкология. 2008. Т. 48, № 3. С. 353-355.

6. Шарова И.Х. Зоология беспозвоночных. М.: ВЛАДОС, 1999. 280 с.

7. Choppin G., Rydberg J., Liljenzin J.O. Radiochemistry and Nuclear Chemistry. Butterworth-Heinemann Ltd., 1995. P. 473-512.

8. Wichterman R. The biology of paramecium. New York: Blakiston Comp. Inc., 1953. 398 p.

Inheritance of spontanous motional activity decreas in unicellular hydrobiontes Spirostomum ambiguum 7-irradiation at low doses

Sarapultseva E.I., Igolkina J.V.

Obninsk State Technical University for Nuclear Power Engineering (IATE), Obninsk

Stable lowering of spontaneous motion activity is observed in a very low for this object dose 0.01 Gy in a population of paramecium Spirostomum ambiguum. This injure inherits in vegetative reproduction in a lot of cellular generations (12-15 generations were observed). It takes place in a number of individuals. Doses-independence distinguishes this injure from usual radioactive cellular effects. Significance of these results is taken up in connection with the problem of low doses of radioactive danger.

Ключевые слова: ionizing radiation; low doses; unicellular hydrobiontes; motional activity; Inheritance; radioactive danger.