CC BY
111
УДК 591.8:591.465.3:597.58(282.247.416.8)
НЕКОТОРЫЕ ГИСТОЛОГИЧЕСКИЕ НАРУШЕНИЯ ГОНАД У ГОЛОВЕШКИ-РОТАНА (PERCCOTTUS GLENII DIBOWSKI, 1877) И БЫЧКА-КРУГЛЯКА (NEOGOBIUS MELANOSTOMUS PALLAS, 1814) САРАТОВСКОГО ВОДОХРАНИЛИЩА
© 2009 А.К. Минеев
Институт экологии Волжского бассейна РАН, г. Тольятти e-mail: ievbras2005@mail.ru Поступила 11.11.2008
Представлены результаты исследования гистологического состояния гонад двух инвазийных видов рыб Саратовского водохранилища бычка-кругляка Neogobius melanostomus (Pallas, 1814) и головешки-ротана Perccottus glenii (Dibowski, 1877). Приводится описание патологий половых клеток и других гистологических нарушений, обнаруженных у рыб данных видов в районе исследования, и динамика встречаемости особей с описанными аномалиями. Объясняется возможность использования гистологических показателей рыб для оценки экологического состояния водоема.
Ключевые слова: гистологические нарушения, гонады, рыбы, Саратовское водохранилище.
Гаметогенез и, в частности, оогенез представляет собой важнейший период всего индивидуального развития организма. Именно в этот период происходит накопление и формирование запасных питательных веществ и морфогенетической информации, определяющей все последующее развитие организма. В гаметах накапливаются нуклеиновые кислоты, различные белки, определяются системы белкового синтеза, путем сложнейших редукционных делений созревания создаются моноплоидность хромосомного набора, а также ооплазматическая сегрегация -дифференциация различных участков оо-плазмы, имеющих неодинаковое проспективное значение [20].
Большой спектр загрязняющих веществ, попадающих в водоемы, наряду с общетоксичным воздействием на живые организмы оказывает влияние на процессы гаметогенеза, что приводит к нарушениям размножения и появлению нежизнеспособного потомства, снижает репродуктивный потенциал особей и ведет к подрыву рыбных запасов России [10, 15]. Согласно большинству исследований патологии гонад не являются видоспецифичны-ми и выявляются у рыб, принадлежащих различным систематическим группам. Степень устойчивости к токсикантам зависит от периода онтогенеза. Так, у половозрелых осетровых она ниже к ядам органического ряда в отличие от молоди, которая более
Александр Константинович Минеев, старший научный сотрудник лаборатории популяционной экологии.
чувствительна к ядам неорганической природы [5, 12]. Различные ксенобиотики вызывают повреждения на ранних стадиях жизненного цикла в дозах, не приносящих вреда взрослым особям [24].
Целью нашей работы явилось изучение нарушений гаметогенеза на гистологическом уровне у рыб вселенцев Саратовского водохранилища, описание данных патологий и динамики их встречаемости.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА
В основу данного исследования положен анализ гистологических нарушений гонад, встреченных у рыб-вселенцев Саратовского водохранилища. Сбор материала для данного исследования был произведен в весенне-летний сезон 2004 г. Изготовлено и изучено 44 гистологических препарата гонад голо-вешки-ротана (22 особи) и бычка-кругляка (22 особи).
Для гистологического анализа отбирались гонады самок и самцов, как с признаками аномалий, так и лишенные внешних проявлений патологического процесса. Рыба в момент отбора пробы была живой. Отобранные органы сразу же фиксировались для того, чтобы задержать изменения, происходящие в тканях, изолированных от организма, и сохранить картину тканевой структуры, соответствующую исходному состоянию. Толщина фиксируемого фрагмента гонады не превышала 1-1,5 см. В качестве фиксатора мы использовали смесь 40%-го формалина, 96%-го этилового спирта и ледяной уксусной кисло-
ты (фиксатор Лилли). Обезвоживание и уплотнение гистологического материала производилось по стандартной методике [18] в этиловом спирте возрастающей концентрации, смеси 100%-го спирта и бензола, чистом бензоле и парафин-бензоле с последующей заливкой фрагментов в парафин. Срезы изготавливались на механическом микротоме, толщина их не превышала 8 микрон. Гистологические срезы окрашивались гематоксилином и эозином по стандартной методике с последующим заключением в канадский бальзам.
Изготовление гистологических препаратов икры имеет определенную специфику. Зрелая икра характеризуется высоким содержанием желтка, который плохо обезвоживается, высыхает в ксилоле и в связи с этим крошится при резке, что вызывает трудности при ее обработке. Мы использовали стандартную схему проводки гистологического материала в спиртах возрастающей концентрации и бензоле (вместо ксилола), что позволило нам избежать подобных трудностей. Последующие процедуры заливки, окрашивания и заключения срезов осуществлялись по общепринятым гистологическим методикам [18].
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Из табл. 1 следует, что 50,00% особей кругляка имеют гистологические патологии гонад, в то время как среди головешки-ротана количество особей с подобными на-
Таблица 1
Встречаемость гистологических патологий гонад у рыб-вселенцев Саратовского водохранилища
Встречаемость гистологических патологий у рыб Виды рыб Встречаемость патологий у рыб обоих видов
Кругляк Ротан
Общее количество рыб п 22 22 44
Кол-во рыб с патологиями гонад п 11 12 23
% 50,00±10,91 54,55±10,86 52,27±7,62
Кол во рыб без патологий гонад п 11 10 21
% 50,00±10,91 45,45±10,86 47,74±7,62
Таблица 2
Встречаемость гистологических патологий гонад у самцов и самок обследованных видов рыб Саратовского водохранилища
Встречаемость гистологических патологий у рыб Самки Самцы
Общее количество рыб п 17 27
Кол-во рыб с патологиями гонад п 12 11
% 70,59±11,39 40,74±9,64
Кол-во рыб без патологий гонад п 5 16
% 29,41±11,39 59,26±9,64
рушениями соответствует 54,55%. Общее количество особей с патологиями гонад среди рыб обоих видов соответствует 52,27%. То есть, более половины обследованных особей являются неполноценными в репродуктивном плане, тогда как данные виды рыб характеризуются повышенной экологической пластичностью и устойчивостью к воздействию ряда неблагоприятных факторов, в том числе и загрязнений.
Встреченные нами патологии гонад не являются видоспецифичными, и различные их виды встречены нами в равной степени как у бычка-кругляка, так и у головешки-ротана. В связи с данным фактом в дальнейшем анализе полученных результатов мы не учитываем видовой принадлежности рыб, однако пол обследованных особей имеет значение. Соотношение самцов и самок приведено в табл. 2. Среди самок количество особей с патологиями гонад (70,59%) существенно превышает количество рыб без нарушений репродуктивной системы (29,41%), тогда как у самцов доля здоровых особей составляет 59,26%, а доля рыб с гистологическими патологиями семенников равна 40,74%. Видимо, репродуктивная система и половые продукты самок более подвержены внешним неблагоприятным воздействиям, чем семенники самцов. Виды патологий, обнаруженные в гонадах самцов и самок исследованных видов рыб, приведены в табл. 3.
Всего нами зафиксировано 8 видов гистологических патологий у половозрелых самцов и самок обследованных видов рыб.
Патологии 3, 4 и 5 являются полоспе-цифичными. Остальные нарушения могут встречаться как у самцов, так и у самок. Гистологических патологий, характерных только для самцов, нами не обнаружено. Такие нарушения, как липоидная дегенерация гонад, стерильность гонад и соединительнотканные
образования в гонадах, обнаружены нами как у самок, так и у самцов. Липоидная дегенерация, или жировое перерождение гонады, встречается с почти одинаковой частотой у рыб обоих полов и может быть выражена как в виде одиночных очагов жировой ткани небольшого размера в почти здоровом яичнике или семеннике, так и в виде почти полного замещения генеративных тканей жировой клетчаткой.
Таблица 3
Встречаемость особей (%) с разными видами патологий гонад среди самцов и самок головешки-ротана и бычка-кругляка Саратовского водохранилища
Виды патологий гонад Самки Самцы
1. Кистозные новообразования 35,29±11,95 -
2. Липоидная дегенерация гонад 23,53±10,60 25,93±8,59
3. Резорбция вителлогенных ооцитов 11,76±8,05 -
4. Резорбция превителлогенных ооцитов 11,76±8,05 -
5. Вакуолизация превителлогенных ооцитов 23,53±10,60 -
6. Соединительнотканные новообразования в гонадах 11,76±8,05 7,41±5,14
7. Стерильная гонада 5,88±5,88 7,41±5,14
8. Опухолевидные новообразования в гонадах - 3,70±3,70
Кистозные новообразования не являются полоспечифичными гистологическими нарушениями, однако обнаружены нами только у самок, причем 35,29% обследованных самок являются носителями этой патологии. Несмотря на высокую экологическую пластичность и устойчивость к различным неблагоприятным факторам представителей ихтиофауны, являющихся в Саратовском водохранилище вселенцами, большая доля обследованных особей являются носителями гистологических патологий. Доля особей с подобными нарушениями не зависит от видовой принадлежности обследованных особей и существенно не отличается среди головешки-ротана (54,55±10,86%) и бычка-кругляка (50,00±10,91%). Однако встречаемость 9 видов обнаруженных гистологических нарушений гонад существенно отличается среди самцов и самок обоих видов рыб.
Описание большинства встреченных нами гистологических нарушений гонад приводятся в литературе [20] для хозяйственно ценных и промысловых видов рыб, тогда как ни бычок-кругляк, ни головешка-ротан на предмет встречаемости подобных нарушений ранее не исследовались, так как не представляют никакой хозяйственной ценности. Ниже мы приводим описание встреченных нами гистологических патологий гонад у представителей данных видов рыб.
1. Кистозные новообразования в гонадах (рис. 1(а)1, 1(б)2). По мнению Е.Б. Моисеевой с соавторами [14]), кисты являются видоизмененными яйценосными пластинками, полностью утратившими половые клетки, на что указывают отличия в строении обычных яйценосных пластинок и кист, а также дегенерация ооцитов в пластинках, непосредственно прилегающих к опухоли. Подобные кисты образуются, по-видимому, в процессе перерождения яйценосных пластинок, являясь результатом соединительнотканных разрастаний в яичнике, а механизмы их появления заключаются в ухудшении общего физиологического состояния рыб и снижении иммунной защиты в результате интоксикации [17].
2. Липоидная дегенерация гонад (рис. 1(а)2, 1(б)1, 1(в)). Липоидная дегенерация появляется в результате нарушения липидно-го обмена, так как известно, что у рыб из зон интенсивного загрязнения обнаруживается более высокое содержание общих липидов в различных органах и тканях [12, 19]. Одной из причин дегенеративного ожирения является повреждение, вызванное воздействием токсинов, из которых наиболее сильнодействующими являются соединения мышьяка и фосфора [6]. Подобный эффект может объясняться способностью данных соединений изменять скорость окислительных процессов в организме, влияющих на утилизацию жира.
В наших случаях липоидная дегенерация го- случаях, в полном отсутствии половых кле-
над встречается как у самцов, так и у самок, ток, на месте которых развилась жировая
и выражается в частичном замещении генера- клетчатка. тивной ткани на жировую, либо, в отдельных
Рис. I. (а) - яичник головешки-ротана: 1 - кистозное новообразование; 2 - очаги липоидной дегенерации; (б) - яичник головешки-ротана: 1 - очаги липоидной дегенерации гонад; 2 - кистозное новообразование; (в) - семенник головешки-ротана: липоидная дегенерация гонады; (г) -яичник бычка-кругляка: 1 - соединительнотканные новообразования
3. и 4. Резорбция вителлогенных и преви-теллогенных ооцитов (рис. 11(а)1, 11(б)2 и рис. 11(а)2, 11(б)1). Резорбция половых клеток у рыб может быть физиологически нормальным процессом, если наблюдается у отнерестившихся особей и при становлении конечной плодовитости, и патологическим -если происходит массовая резорбция половых клеток в период гаметогенеза [13, 21]. Достижение однородности ооцитов в процессе созревания осуществляется за счет резорбции сильно продвинувшихся в развитии половых клеток. В связи с этим резорбцию единичных ооцитов рассматривают как норму в гаметогенезе рыб [7]. Однако массовая резорбция ооцитов периода вителлогенеза, по мнению многих исследователей, является реакцией системы воспроизводства самок на
изменение качества водной среды и свидетельствует о нарушении условий размножения [2, 14, 22].
Более ранними исследованиями установлено, что резорбция превителлогенных и ви-теллогенных ооцитов является наиболее частой реакцией воспроизводительной системы самок в ответ на действие различных типов токсикантов [1, 4, 9]. Сам процесс резорбции ооцитов характеризуется изменением структуры оболочек ооцита, сопровождающимся истончением и появлением мелких вакуолей (патология № 5; рис. 11(г)1) в студенистой оболочке, граничащей с фолликулярной [2]. Происходит разрушение оболочки ядра и, как следствие, смешивание кариоплазмы с ооплазмой. Нарушается также структура желточных включений.
5. Вакуолизация превителлогенных ооци- та, как в случае, рассмотренном выше, но и тов (рис. II(r)1). В данном случае наблюда- присутствуют одна или несколько вакуолей ется вакуолизация не только оболочек ооци- разного размера в ооплазме половой клетки.
Рис. II. (а) - яичники бычка-кругляка: 1 - резорбция вителлогенных ооцитов; 2 - резорбция превителлогенных ооцитов; (б) - яичник головешки-ротана: 1 - резорбция превителлогенных ооцитов; 2 - резорбция вителлогенных ооцитов; 3 и 4 - соединительнотканные новообразования; (в) - фрагмент стерильного яичника бычка-кругляка; (г) - яичник бычка-кругляка: 1 - вакуолизация превителлогенного ооцита; 2 - опухолевидные новообразования
6. Соединительнотканные новообразования в гонадах (рис. 1(г)1, 11(б)3, 11(б)4). На фотоснимках и рисунках такие новообразования выглядят в виде скоплений волокон различной длины и окрашенных в красный или малиновый цвет. Подобные тканевые включения образуются, по-видимому, в процессе аномального преобразования яйценосных пластинок, как и в случае с другими кистозными новообразованиями.
7. Стерильная гонада (рис. 11(в)). Стерильные гонады встречены нами среди самцов и самок единично. Стерильность гонады является, как правило, следствием самых глубоких нарушений половой системы. При этом отмечается мощное развитие стромы в яичнике и большое количество соединитель-
нотканных элементов, среди которых могут размещаться островки развивающихся половых клеток. Конечная стадия данного процесса выглядит как полное замещение генеративной ткани стромой и функциональная атрофия гонады [20].
8. Опухолевидные образования в гонадах (рис. 11(г)2). К патологиям данного вида можно было бы отнести как кистозные новообразования, так и соединительнотканные, но мы выделили их в отдельные группы. В нашем случае в данную группу мы отнесли патологию представляющую собой очаг перерождения ткани внутри нормального по всем остальным параметрам яичника. Такие перерождения ткани в основном характерны для рыб, ведущих придонный образ жизни в за-
грязненных водоемах [23, 25], каковыми и являются бычок-кругляк и головешка-ротан. Показано также, что наиболее активными канцерогенными факторами, способствующими возникновению опухолей, являются углеводороды, особенно из группы антрацена и бензопирена [8, 16].
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Согласно результатам, полученным в ходе нашего исследования, экосистема Саратовского водохранилища испытывает интенсивное воздействие различных неблагоприятных факторов, о чем свидетельствуют обнаруженные нами патологии в морфологии половых клеток и общего гистологического строения гонад, встречаемость которых высока у исследованных видов рыб. Наблюдающиеся более чем у половины обследованных особей в 2004 г. описанные гистологические нарушения указывают на сильное воздействие разных неблагоприятных факторов (в основном антропогенных), которое носит хронический характер.
Полученные данные позволяют характеризовать экологическую ситуацию, сложившуюся на акватории Саратовского водохранилища, как неблагоприятную для воспроизводства рыб обладающих даже повышенной резистентностью к неблагоприятным факторам среды, какими, безусловно, являются голо-вешка-ротан и бычок-кругляк.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Акимова Н.В., Рубан Г.И. Анализ воспроизводи-
тельной системы рыб в связи с проблемами биоиндикации на примере сибирского осетра Acipenser baeri // Вопр. ихтиол. 1992. Т. 32, вып. 6.
2. Акимова Н.В., Рубан Г.И. Систематизация нарушений воспроизводства осетровых (Acipenseridae) при антропогенном воздействии // Вопр. ихтиол. 1996. Т. 36, № 1.
3. Акимова Н.В., Попова O.A., Решетников Ю.С. Морфологическое состояние репродуктивной системы рыб в водоемах Кольского полуострова // Вопр. ихтиол. 2000. Т. 40, № 2.
4. Белова Н.В., Емельянова Н.Г., Макеева А.П., Рябов И.Н. Состояние воспроизводительной системы рыб из озера Кожановское (Брянская область), загрязненного радионуклидами в результате аварии на Чернобыльской АЭС // Вопр. ихтиол. 2001. Т. 41, № 3.
5. Кокоза A.A. Динамика устойчивости осетровых рыб к фенолу на ранних этапах оогенеза // Вопр. водной токсикологии. М.: Наука, 1970.
6. Кокуричева М.П. Методическое пособие по проведению гистологических исследований органов и
тканей рыб в водной токсикологии. Л.: Наука, 1976.
7. Кузьмин А.Н., Чуватова А.М. Развитие половых желез у самок невского проходного сига (Core-gonus lavaretus L.) // Изв. ГосНИОРХ. 1975. Т. 104.
8. Леви Л.А. Гистологические изменения в паренхиматозных органах форели под воздействием бензола, толуола и стирола // Материалы XXVI конф. по изуч. внутренних водоемов Прибалтики. Петрозаводск, 1971. Ч. 1.
9. Лукин А.А., Шарова Ю.Н. Патологии микроструктуры генеративных органов самок сига Co-regonus lavaretus оз. Имандра // Вопр. ихтиол. 2002. Т. 42, № 1.
10. Лукьяненко В.И. Токсикология рыб. М.: Наука, 1967.
11. Лукьяненко В.И. Общая ихтиотоксикология. М.: Наука, 1983.
12. Лукьяненко В.И. Влияние многофакторного антропогенного пресса на условия обитания, воспроизводство, численность и уловы осетровых рыб // Физиолого-биохимический статус волго-каспийских осетровых в норме и при расслоении мышечной ткани (кумулятивный политоксикоз). Рыбинск, 1990.
13. Макеева А.П. Эмбриология рыб. М.: Наука, 1992.
14. Моисеева Е.Б., Федоров С.И., Парфенова Н.А. О нарушениях строения половых желез у самок осетровых (Acipenseridae) Азовского моря // Вопр. ихтиол. 1997. Т. 37, № 5.
15. Павлов Д.С., Савваитова К.А., Соколов Л.И., Алексеев С. С. Редкие и исчезающие животные. Рыбы. М.: Мир, 1994.
16. Пауков В.С., Хитров Н.К. Патология. М.: Наука, 1999.
17. Романов А.А., Алтуфьев Ю.В. Новообразования в половых железах и печени осетровых рыб (Acipenseridae) Каспийского моря // Вопр. ихтиол. 1990. Т. 30, № 11.
18. Роскин Г.И., Левинсон Л.Б. Микроскопическая техника. М.: Медицина, 1957.
19. Савваитова К.А., Чеботарева Ю.В. Пичугин М.Ю., Максимов С.В. Аномалии в строении рыб как показатели состояния природной среды // Вопр. ихтиол. 1995. Т. 35, № 2.
20. Шарова Ю.Н., Кауфман З.С., Лукин А.А. Оогенез рыб Европейского Севера России при техногенном загрязнении. Петрозаводск: КарНЦ РАН, 2003.
21. Фалеева Т. И. Анализ атрезии ооцитов у рыб в связи с адаптивным значением этого явления // Вопр. ихтиол. 1965. Т. 5, вып. 3.
22. Чеботарева Ю.В., Савоскул С.П., Савваитова К.А. Аномалии в строении воспроизводительной системы самок рыб Норило-Пясинских водоемов Таймыра // Вопр. ихтиол. 1997. Т. 37, № 2.
23. Gardner G.R., Prueii R.J., Formar L.C. A comparison of both neoplastic and nonneoplastik disorders in winter flounder (Pseudopleuronects ameri-canus) from eight areas in New England // Mar. Environ. Res. 1989. V. 28, № 1-4.
24. Guillette L.J., Crain D.A., Rooney A.A., Pickford D.B. Organization versus activation: the role of endocrine-disrupting contaminants during embry-
onic development in wildlife // Environmental Health Perspectives. 1995. V. 103. (Suppl. 7). 25. Hinton D.E. Environmental contaminant and cancer in fish // Mar. Environ. Res. 1989. V. 28. № 1-4.
SOME HISTOLOGICAL VIOLATIONS OF GONAD AT PERCCOTTUS GLENII (DIBOWSKI, 1877) AND NEOGOBIUS MELANOSTOMUS (PALLAS, 1814) OF SARATOV RESERVOIR
© 2009 A.K. Mineev
Institute of Ecology of the Volga River Basin of Russian Academy of Sciences, Toglyatti
The results of research of the histological state of gonad of fishes are presented two invaziynykh types of the Saratov storage pool Neogobius melanostomus (Pallas, 1814) and Perccottus glenii (Dibowski, 1877). Description over of pathologies of gametes and other histological violations, discovered for fishes of these kinds in the district of research, and loud speaker of met of individuals is brought with the described anomalies. Possibility of the use of histological indexes of fishes is explained for the estimation of the ecological state of reservoir.
Key words: gystology of infringement, gonad's, fish, Saratov reservoir.
