CC BY
79
Некоторые закономерности биологии размножения самцов амфибий, рептилий и млекопитающих в условиях техногенной трансформации биоценозов
Н.Н. Шевлюк, д.б.н., профессор,
Е.В. Блинова, к.б.н., Оренбургская ГМА;
Н.В. Обухова, к.б.н., Оренбургский ГАУ;
Л.Л. Дёмина, к.б.н., Е.Е. Елина, к.б.н., Оренбургский ГПУ
В результате хозяйственной деятельности человека популяции позвоночных, населяющие антропогенно-изменённые экосистемы, испытывают постоянное негативное действие различных ксенобиотиков, содержание которых особенно возросло в последние десятилетия. В зонах влияния многих промышленных предприятий происходят изменения на всех уровнях иерархической организации экосистем — от молекулярного до биоценотического [1—1G]. В связи с этим представляет несомненный интерес изучение биологии репродукции позвоночных в антропогенно-изменённых экосистемах, поскольку размножение — базисный показатель в характеристике всех популяций позвоночных, населяющих как естественные, так и техногенно-изменённые экосистемы.
Целью настоящей работы явилось выявление ведущих морфологических эквивалентов изменения морфофункциональной характеристики семенников представителей различных классов позвоночных, обитающих в условиях постоянного негативного техногенного воздействия в степной зоне Южного Урала.
Материал и методы. Объектом исследования служили семенники половозрелых особей — представителей различных классов позвоночных: амфибий — озёрной лягушки Raria ridibunda (53), рептилий — прыткой ящерицы Lacerta agilis (41), птиц — сизого голубя Columba Iivia (36), млекопитающих — лесной мыши Apodemus sylvaticus Linnaeus, 1У58 (34), полевой мыши Apodemus agrarius Pallas, 1УУ1 (29), обыкновенной полёвки Microtus arvalis Pallas, 1УУ8 (31), рыжей полёвки Clethrionomysglareolus Schreber, 1V8G (3У), степной пеструшки Lagurus lagurus Pallas, 1УУ3 (22), обыкновенной слепушонки Ellobius talpinus (22), из популяций, обитающих в техногенно-изменённых экосистемах степной зоны Южного Урала.
Исследованию подвергались животные, отловленные в санитарно-защитной зоне Оренбургского газоперерабатывающего завода (Центральное Оренбуржье), в экосистемах, испытывающих постоянное техногенное воздействие комплекса негативных факторов предприятия чёрной металлургии «Новотроицкий металлурги-
ческий комбинат «Уральская сталь» (Восточное Оренбуржье).
Контролем служили семенники животных тех же видов из экологически благополучных экосистем степной зоны Южного Урала. Сбор материала осуществляли в весенне-летние сезоны 2005-2010 гг.
Семенники исследованных животных фиксировали в 12%-ном водном растворе нейтрального формалина, спирт-формоле, жидкости Буэна. Парафиновые срезы толщиной 5-7 микрометров окрашивали гематоксилином Майера и эозином, перйодатом калия и реактивом Шиффа.
Для электронной микроскопии материал последовательно фиксировали в 2,5%-ном растворе глутарового альдегида и 1%-ном растворе четырёхокиси осмия, обезвоживали в ацетоне возрастающей концентрации и заливали в ЭПОН-812. Ультратонкие срезы, изготовленные на ультратоме LKB-5, подвергали двойному контрастированию растворами уранил-ацетата и цитрата свинца. Исследование ультратонких срезов и их фотографирование производили в электронном микроскопе ЭМВ-100 АК при увеличениях 4500-40000.
С использованием иммуноцитохимических методов в семенниках обыкновенной и рыжей полёвок с помощью набора реактивов фирмы «DakoCytomation» (США) выявляли содержание проапоптотического белка Р53, применяя набор реактивов фирмы «ВюУмоп» (США), определяли фрагментацию ДНК (Типе1-метод). Результаты иммуноцитохимических реакций учитывали путём подсчёта клеток, дающих позитивную реакцию при соответствующем окрашивании (подсчитывали количество маркированных клеток на 1000 клеток в случайно выбранных полях зрения). Результаты подсчёта выражали в процентах.
На светооптическом уровне в семенниках определяли площади, занимаемые извитыми семенными канальцами и интерстициальной тканью, измеряли диаметр извитых семенных канальцев, объёмы клеток Лейдига и их ядер, подсчитывали количество функционально активных клеток в популяции интерстициальных эндокриноцитов [5, 7]. К функционально активным относили клетки, имеющие значительные объёмы ядра и цитоплазмы (не менее 2/3 от средних показателей).
Результаты исследования и их обсуждение. Результаты исследования показали, что доля
половозрелых животных, строение семенников которых свидетельствовало о их фертильности и указывало на их возможное участие в оплодотворении самок, колебалась в разные периоды года и в различных популяциях и составляла от 60 до 100%. Максимальным количество таких животных было в период апреля - июня и затем прогрессивно снижалось, уменьшаясь к осени примерно в полтора раза. Следует подчеркнуть, что во все месяцы наблюдения доля размножающихся животных в зоне влияния газоперерабатывающего завода и металлургического комбината превышала таковую для экологически благополучных регионов и достигала для ряда видов 100%. Полученные факты свидетельствуют об интенсификации размножения изучаемых позвоночных в зоне техногенного изменения экосистем.
Анализ гистологических препаратов семенников показал, что явления активного сперматогенеза у животных из зоны техногенных влияний отмечаются для особей с более низкой массой тела.
Участие в репродукции самцов с меньшей массой тела косвенно свидетельствует о снижении возраста животных, участвующих в репродукции.
Ещё одну закономерность для животных природно-антропогенных экосистем составляет более сжатый во времени период репродуктивной активности. Это проявляется как в сокращении времени, приходящегося ежегодно на сезон размножения, так и в уменьшении диапазона возраста, в котором животные являются фертильными и могут принимать участие в репродукции.
У представителей всех исследованных классов позвоночных, обитающих в техногенно-изменённых биоценозах, в результате реактивных и адаптивных процессов в семенниках возникает комплекс закономерно проявляющихся неспецифических изменений.
В популяциях исследованных животных на фоне изменения массы тела (у рептилий и млекопитающих - снижение массы, у амфибий - как снижение, так и возрастание) выявлено снижение массы гонад. В семенниках наблюдается уменьшение диаметра извитых семенных канальцев, возрастание доли канальцев с деструктивными изменениями сперматогенного эпителия.
Необходимо отметить, что среди клеток спер-матогенного эпителия повышенной чувствительностью обладают более дифференцированные клетки поздних стадий сперматогенеза.
Вышеотмеченные явления (вступление в репродукцию животных более ранних возрастов, сжатие сроков репродуктивной активности, возрастание доли канальцев с деструкцией спер-матогенного эпителия) свидетельствуют о более напряжённом ритме репродукции в популяциях, населяющих техногенно-изменённые экосисте-
мы по сравнению с животными из экологически благополучных биоценозов.
Ультраструктурный анализ семенников показал нарушение межклеточных контактов между клеточными элементами (сустентоцитами, мио-идными и фибробластоподобными клетками), формирующими гематотестикулярный барьер извитых семенных канальцев. На фоне возрастания объёма, занимаемого интерстицием, отмечено повышение доли соединительной ткани в нём.
В цитоплазме клеток Лейдига семенников животных, населяющих санитарно-защитную зону газоперерабатывающего завода, выявлено некоторое повышение объёма эндоплазматиче-ской сети и митохондрий, что косвенно указывает на возрастание стероидогенеза в этих клетках. А у большинства исследованных видов животных из зоны влияния предприятия чёрной металлургии обнаружено снижение объёма интерстициальных эндокриноцитов.
Следовательно закономерностью в популяции интерстициальных эндокриноцитов семенников является активизация секреторной активности клеток Лейдига в условиях воздействия негативных факторов низкой и средней интенсивности и угнетение её при действии экстремальных дестабилизирующих факторов.
Полученные факты свидетельствуют о том, что эндокринные и герминативные структуры семенников чрезвычайно чувствительны к воздействию различных экстремальных дестабилизирующих факторов. Сходные данные отмечались ранее у различных биологических объектов [3-8, 11-13].
Таким образом, адаптивные и реактивные изменения, возникающие в гонадах в ответ на неблагоприятные воздействия факторов среды обитания, характеризуются многообразием морфофункциональных проявлений. В семенниках наиболее уязвимыми к действию негативных техногенных факторов являются извитые семенные канальцы, а в них - сперматогенный эпителий. В клетках Лейдига семенников при действии негативных факторов среды отмечаются явления гипертрофии, гиперплазии либо явления угнетения секреторной активности эндокриноцитов, либо отсутствие морфологических изменений. В то же время многие вопросы морфогенетических и адаптивных преобразований интерстициальных эндокриноцитов в условиях воздействия неблагоприятных факторов остаются нерешёнными [3, 4, 14].
Выводы. Сравнительный анализ препаратов семенников представителей различных классов позвоночных показал, что наиболее чувствительными и уязвимыми к действию негативных факторов среды являются амфибий и рептилий.
Сходный характер реактивных и адаптивных изменений, возникающих в мужских половых
железах исследованных позвоночных под влиянием техногенной трансформации экосистем, в значительной степени обусловлен сформировавшимися в ходе эволюции и наследственно закрепившимися адаптационными возможностями видов.
Вышеуказанные факты свидетельствуют о значимости антропогенных влияний как факторов микроэволюционных преобразований в популяциях позвоночных, населяющих техногенно-изменённые биоценозы.
Литература
1. Катаев Г.Д. Оценка состояния сообщества млекопитающих северо-таёжных экосистем в окрестностях предприятия по производству чугуна // Экология. 2005. № 6. С. 460—465.
2. Лукьянова Л.Е., Лукьянов О.А. Реакция сообществ и популяций мелких млекопитающих на техногенные воздействия.
II. Популяции (рыжая полёвка как модель) // Успехи современной биологии. 1998. Т. 118. Вып. 6. С. 693-706.
3. Никитин А.И. Вредные факторы среды и репродуктивная система человека (ответственность перед будущими поколениями). СПб.: ЭЛБИ-СПб., 2005. 216 с.'
4. Стадников А.А., Шевлюк Н.Н. Морфофункциональная характеристика гипоталамо-гипофизарно-гонадной системы крыс-самцов в условиях эмоционально-болевого стресса // Морфология. 1996. Т. 110. № 5. С. 38-42.
5. Шевлюк Н.Н., Блинова Е.Е., Боков Д.А., Дёмина JI.JI. Морфофункциональная характеристика органов размножения грызунов из популяций, находящихся в зоне влияния завода, перерабатывающего газ с повышенным содержанием соединений серы // Морфология. 2008. Т. 134. № 5. С, 43-47.
6. Шевлюк Н.Н., Елина Е.Е. Биология размножения обыкновенной слепушонки Eilobius lalpitms. Оренбург: Изд-во Оренбургского гос. пед. ун-та, 2008. 128 с.
7. Шевлюк Н.Н., Стадников А.А. Клетки Лейдига семенников позвоночных (онтогенез, ультраструктура, цитофизиология, факторы и механизмы регуляции). Оренбург: Издательство ОрГМА, 2010. 484 с.
8. Шевлюк Н.Н., Руди В.Н., Стадников А.А. Биология размножения наземных грызунов из семейства беличьих. Екатеринбург: УрО РАН, 1999. 146 с.
9. Шилова СА., Шатуновский М.И. Эколого-физиологические критерии состояния популяций животных при действии повреждающих факторов // Экология. 2005. № 1. С. 32—38.
10. ЩипановНА. Некоторые аспекты популяционной устойчивости мелких млекопитающих // Успехи современной биологии. 2000. Т. 120. № 1. С, 73-87.
11. Мамина В.П., Шейко Л.Д. Влияние ионизирующего излучения и ксенобиотиков на сперматогенный эпителий лабораторных животных // Гигиена и санитария. 2001. № 6. С, 24-27.
12. Никитин А.И. Исчезающий пол? // Морфология. 2003. Т. 124. № 6. С, 80-89.
13. Saez J.M. Leydig cells: Endocrine, paracrine and autocrine regularion // Endocr. Rev. 1994 Vol. 15. № 5. P. 574-626.
14. Райцина C.C. Сперматогенез и структурные основы его регуляции. М.: Наука, 1985. 207 с.
