CC BY
41
БИОЛОГИЯ
JI.H. Афанаскина
СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА КЛЕТОЧНЫХ СУБПОПУЛЯНИЙ МОЗЖЕЧКА СЕРОЙ ЖАБЫ {BUFO BUFO)
В УСЛОВИЯХ АНТРОПОГЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ
Земноводные, антропогенные биотопы, мозжечок, клеточные популяции.
Урбанизированные территории представляют собой набор особых, специфических условий обитания животных, что оказывает непосредственное влияние на особенности жизнедеятельности особей в популяции. В этой связи работы, посвященные влиянию антропогенных факторов, представляют собой особую ценность для понимания механизмов адаптации животных к существованию в новых трансформированных условиях [Замалетдинов, Файзуллин, 2008, с. 136].
Нервная система как главная интегративная система является наиболее чувствительной к изменению факторов среды обитания. Адаптационные перестройки на уровне нейроглиальных комплексов заключаются в поддержании стабильности белкового фонда клеток, накоплении и распределении в гиалоплазме рибонуклео-протеидных комплексов (РНП), поддержании внутриклеточных процессов регенерации.
Цель исследования — проведение сравнительного анализа вариабельности нейроморфо логических параметров на популяционно-клеточном уровне мозжечка серой жабы некоторых антропогенных биотопов Красноярского края.
Объект изучения - серая жаба (Bufo Bufo), распространенная в черневой и светлохвойной тайге, в островных лесостепях подтаежной зоны, а также в северных и южных лесостепях Средней Сибири. Предпочитает увлажненные интразональные биотопы (поймы крупных и малых рек, кочкарниковые болота, заболоченные и сенокосные луга; искусственные пруды) [Городилова, 2010, с. 11].
Отловлены две группы животных одного вида (Bufo bufo) из следующих биотопов Красноярского края: 1 группа — пойма р. Берешь, Шарыповский район (п=4, массой 35,7±1,5 г), 2 группа - пойма р. Канзыба, Курагинский район (п=7, массой 48.6±0.9 г). Поимка амфибий на биотопах проводилась в периоды максимальной активности земноводных на нерестилищах (период размножения) [Измерение и мониторинг ..., 2003, с. 127].
Идентификация вида батрахофауны осуществлялась по морфологическим признакам при помощи определителей [Кузьмин, 1999, с. 153]. Земноводные помеща-
лись в специальные контейнеры для транспортировки и доставлялись в лабораторию. Забор материала у амфибий осуществлялся с соблюдением правил Международной федерации по защите животных (Приложение к приказу М3 СССР № 755 от 12. 08. 77; Приказ № 1179 М3 СССР от 11.10. 1983 и № 267 М3 РФ от 19. 06. 2003) под воздушно-эфирным наркозом путем декапитации головы или отсечения верхней челюсти с головным мозгом.
Головной мозг после извлечения из черепной коробки целиком помещали в фиксатор (жидкость Карнуа), затем заливали в парафин и на санном микротоме «Slide 2002» изготавливали серийные срезы толщиной 5—6 мкм, где проводили качественные реакции на рибонуклеопротеидные комплексы (РНП), окрашивали тионином по Нисслю, отражающие метаболическую активность нейронов. На гистологических препаратах с помощью микроскопа Zeiss Axioskop со встроенной видеокамерой и прилагаемым программным обеспечением количественными методами исследованы субпопуляции нейронов и глиоцитов слоев мозжечка амфибий.
Исследуемая структура - мозжечок, обеспечивающий регуляцию и координацию движений амфибий. Дифференцировку структур проводили по атласам мозга земноводных [Kemali, Breitenberg, 1969, с. 27]. Изучены линейные параметры клеток и их компонентов в нейронных популяциях (площадь сечения тела — St, цитоплазмы - вц, ядра - Sh), а также структурный ядерно-цитоплазматический коэффициент (сЯЦК) как отношение Яя / Яц, отражающие морфологические особенности нейронов изучаемых слоев мозжечка у особей разных биотопов [Орлянская, 2005, с. 211]. Проанализированы плотность нейронов и глиоцитов на единицу фиксированной площади (1 мм2); глионейрональные индексы (число клеток сател-литной и свободной глии на один нейроцит). Глиальные компоненты, имеющиеся в каждом слое (свободная и сателлитная макроглия), выполняют важнейшую для нервных клеток вспомогательную функцию и обеспечивают связь нервных элементов с кровеносными сосудами, питание нейронов, выделение продуктов метаболизма, участие в восстановлении и внутриклеточной регенерации нервной ткани, обеспечение включения и поддержания компенсаторно-приспособительных механизмов [Verkhratsky, Butt, 2007, с. 201].
Подсчитывали число нейронов с разной степенью хромофилии цитоплазмы: нормохромные, гипохромные и гиперхромные. Определяли соотношение нейронов в зернистом слое с ядрышком в центре и на его периферии, что является одним из признаков, характеризующих интенсивность белкового синтеза [Волчков, 2002, с. 54]. Полученные результаты обработаны с использованием программы «Micro-med Statistica».
На гистологических препаратах в мозжечке амфибий выделяют три слоя: молекулярный, с редко встречающимися звездчатыми клетками (ЗК); ганглионарный, представлен аморфно расположенными крупными грушевидными нейронами — клетками Пуркинье (КП). Зернистый слой наиболее мощно выражен и представлен крупными клетками-зернами (КЗ).
В молекулярном слое мозжечка ЗК имеют наибольшую площадь профильного поля тела (10,6 ± 0,2) жабы группы 2, наименьшую (8,0 ± 0,25) - серые жабы группы 1. У особей разных биотопов сЯЦК находятся примерно на одном уровне. В ганглионарном слое показатели площади тела клетки варьируют от 26,9 ± 0,6 до 30,0 ± ± 0,7 у особей разных биотопов и достоверно различаются. Размеры площади цитоплазмы у серой жабы (группа 1) составили 15,8 ± 0,3 мкм2, у особей другого биотопа (группа 2) - показатели ниже (14,9 ± 0,5). Площади ядер у особей серой жабы разных биотопов варьируют в пределах от 11,1 ± 0,5 мкм2 до 14,9 ± 0,5 мкм2. В этом
слое сЯЦК клеток составил от 0,7 у жаб группы 1 до 1,1 у жаб группы 2, т. е. цитоплазма во всех КП превышает площадь ядра в 1,4 и 1,0 раз соответственно. Зернистый слой характеризуется КЗ с показателями площади тела 6,9 ± 0,1 у жаб группы 1 и достоверно выше 11,1 ± 0,3 у жаб группы 2. Незначительно различаются сЯЦК у серой жабы из обоих биотопов - 1,1 ± 0,03 и 1,2 ± 0,03 (табл.).
Таблица
Сравнительные морфологические характеристики нейронных популяций слоев мозжечка серой жабы (Bufo bufo)
Показатель Молекулярный слой Ганглионарный слой Зернистый слой
М ± s
1. В. bufo 2. В. bufo 1. В. bufo 2. В. bufo 1. В. bufo 2. В. bufo
Линейные параметры нейронов (мкм2) и их производные
St 8,0 ±0,25 10,6 ±0,2* 26,9 ±0,6 30,0 ±0,7* 6,9 ±0,1 11,1 ±0,3*
Sfl 4,0 ±0,15 5,7 ± 0,1* 11,1 ± 0,5 14,9 ±0,5* 3,5 ±0,08 5,9 ±0,2*
йц 4,0 ±0,14 5,0 ±0,1* 15,8 ±0,3 15,2 ±0,5 3,4 ±0,06 5,2 ±0,1*
сЯЦК 1,1 ±0,04 1,2 ±0,02* 0,7 ±0,04 1,1 ±0,05* 1,1 ±0,03 1,2 ±0,03*
Показатели системы «нейрон-глия» (1 мм2)
р нейронов 2628,8 ± 113,7 738,0 ±23,5* 2841,8 ± 72,5 1293,2 ± 57,1* 36233,9 ±753,2 48378,6± 2876,4*
р глии своб. 1684,5 ± 67,6 786,3 ± 43,1* 1853,5 ±54,5 772,7 ±27,3* - -
р глии сат. 2024,0 ± 101,4 311,2 ± 17,8* 3674,2 ±81,6 632,7 ± 34,6* - -
ГНИ своб. 0,7 ±0,04 1,1 ±0,06* 0,7 ±0,04 0,7 ±0,05 - -
ГНИ сат. 0,8 ±0,04 0,4 ±0,03* 1,4 ±0,05 0,6 ±0,03* - -
Оценка хроматофильной субстанции нейронов ганглионарного слоя
1. В. bufo 2. В. bufo
Нормохромные 33,5 ±2,3 77,0 ± 1,4*
Г иперхромные 43,4 ±2,0 17,6 ±0,8*
Г ипохромные 23,0 ± 1,9 5,4 ± 1,4*
Соотношение клеток-зерен зернистого слоя по содержанию глыбок хроматина
2—3 низкое 13,9 ±0,1 14,2 ±0,1*
4—5 умеренно среднее 36,8 ±0,1 56,8 ±0,1*
6—7 средневысокое 32,0 ±0,14 22,9 ±0,1*
8—9 высокое 12,9 ±0,07 5,5 ±0,1*
10 и более крайне высокое 5,3 ±0,07 1,0 ±0,03*
Примечание: ,Чт — площадь профильного поля тела клетки; Яц — цитоплазмы, ,Чи — ядра сЯЦК — структурный ядерно-цитоплазматический коэффициент; М — среднее; м — ошибка среднего; р — плотность; своб. — свободная глия; сат. — сателлитарная глия; ГНИ — глионейро-нальный индекс; * — достоверность различий по сравнению с показателями особей поймы р. Берешь, Шарыповский район, р < 0,05.
Показатели плотности ЗК молекулярного и КП ганглионарного слоев у жаб группы 1 выше, чем жаб группы 2, в 3,6 и 2,2 раза соответственно. В зернистом слое этот показатель преобладает у жаб группы 2 в 1,3 раза. Плотность свободных и саттелитных глиоцитов молекулярного (1684,5 ± 67,6 и 2024,0 ± 101,4) и ганглио-
нарного (1853,5 ± 54,5 и 3674,2 ± 81,6) слоев преобладает у жаб группы 1, что указывает на повышенную интенсивность пролиферативных процессов. ГНИ в системе «нейрон — свободный глиоцит» в молекулярном слое у жабы группы 2 в 1,6 раза выше, чем у жаб группы 1. В системе «нейрон — саттелитный глиоцит» этот показатель преобладает у жаб группы 1 в 2,0 раза. Показатели ГНИ свободных глиоци-тов в ганглионарном слое у жаб обоих биотопов достоверно не различаются и составили 0,7. Показатели ГНИ саттелитных глиоцитов преобладают у серой жабы группы 1 в 2,3 раза по сравнению с жабами группы 2, что отражает высокую пролиферативную и миграционную активность глиальных компонентов (табл.).
В популяциях КП по оценке хроматофильной субстанции у особей серой жабы Курагинского района преобладал нормохромный тип клеток, на фоне которых чаще встречались темные (гиперхромные) и реже светлые — (гипохромные) нейроны. У особей Шарыповского района преобладал гиперхромный тип клеток с меньшим количеством нормохромных и гипохромных клеток, что указывает на включение компенсаторно-приспособительных реакций (табл.).
В популяции КЗ у особей серой жабы из обоих биотопов доминировали нейроны с умеренно средним и средневысоким содержанием глыбок хроматина, что отражает умеренный процесс экспрессии генов и белоксинтезирующей системы в нервных клетках, позволяя преодолевать испытываемые воздействия и поддерживать жизнеспособность хладнокровных животных в меняющихся условиях обитания (табл.).
В популяциях КЗ преобладали нейроны со смещенным к периферии ядрышком: 68 % у серой жабы группы 1 и 52 % у особей группы 2, что свидетельствует о некотором понижении процессов белкового синтеза в клетках данного слоя.
Полученные морфометрические характеристики нейроглиальных популяций мозжечка серой жабы можно рассматривать как оптимальный вариант, обеспечивающий функционирование нервной системы организмов амфибий, направленной на поддержание относительного динамического равновесия в условиях испытываемого антропогенного воздействия.
Адаптивный потенциал особей разных видов определяется преимущественно наследственно обусловленными особенностями их физиологии, спецификой структуры полиморфизма видов и популяций. Индивидуальная приспособляемость и пределы ее изменчивости являются переадаптивной основой устойчивости особей определенного вида к условиям дестабилизированной среды. В условиях современных экосистем мобильные внутриклеточные перестройки на уровне нейроглиальных популяций могут способствовать адаптивному успеху их носителей. Таким образом, знания об особенностях функционирования и физиологических перестройках видов позволяют оценить степень антропогенной трансформации и составить возможный сценарий преобразования структуры сообществ и популяций животных в условиях стремительных преобразований условий среды.
Библиографический список
1. Волчков В.А. Морфофункциональные изменения в тканях спинного мозга и спинномозгового ганглия после эпидурального введения клофелина // Морфология. 2002. № 1. С. 54-57.
2. Городилова С.Н. Эколого-фаунистический анализ земноводных (Amphibia) лесостепи средней сибири: автореф. дис. ... канд. биол. наук: 03. 00. 16. Улан-Удэ, 2010. 24 с.
3. Замалетдинов Р.И., Файзуллин Д.А. Материалы по скорости роста тела в городских популяциях прудовых лягушек // Вопросы герпетологии: материалы III съезда Герпетологического общества им. А.М. Никольского. СПб., 2008. С. 136-141.
4. Измерение и мониторинг биологического разнообразия: стандартные методики для земноводных / пер. с англ. С.М. Ляпкова. М.: КМК, 2003. 380 с.
5. Кузьмин C.JI. Земноводные бывшего СССР. М.: Изд-во КМК, 1999. С. 153-154.
6. Орлянская Т.Я. Закономерности проявления морфоцитохимических показателей на уровне популяций функционально различных нейронов мозжечка в филогенезе позвоночных животных // Структурно-функциональные и нейрохимические закономерности асимметрии и пластичности мозга: материалы Всерос. конф. с межд. участием. М.: НИИ мозга РАМН, 2005. С. 211-214.
7. Kemali М., Breitenberg V. Atlas of the forg brain. Berlin: Springer Verl., 1969. 284 p.
8. Verkhratsky A., Butt A. Glial neurobiology: A textbook. West Sussex, 2007. 224 p.
