СЕНСОРНЫЕ СИСТЕМЫ, 2013, том 27, № 3, с. 224-237
УДК 597.553.2.591.185
ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ И МОРФОЛОГИЯ ВНУТРИРОТОВЫХ ВКУСОВЫХ РЕЦЕПТОРОВ РАДУЖНОЙ ФОРЕЛИ PARASALMO
(=ONCORHYNCHUS) MYKISS
© 2013 г. Г. В. Девицина, Л. С. Червова, Д. Н. Лапшин1
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова 119234 Москва, Ленинские Горы 1, стр. 12 Е-та11: gdevicyna@mail.ru Федеральное Государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем передачи
информации им. А.А. Харкевича РАН 127994 Москва, Б. Каретный пер., 19
Поступила в редакцию 23.04.2013 г.
На молоди радужной форели в электрофизиологических экспериментах исследовали вкусовую чувствительность четырёх сенсорных зон ротовой полости (дентальной, максиллярной, твёрдого нёба и языка) к аминокислотам и классическим вкусовым стимулам. В тех же зонах исследованы особенности ультраструктурной организации поверхности сенсорных полей вкусовых почек. В каждой зоне обнаружена высокая вариабельность количественного соотношения субтипов клеток, формирующих вкусовые почки. Ответные реакции на химические стимулы в разных сенсорных зонах имели сходный характер и проявляли доза-зависимый эффект. Вместе с тем вкусовые рецепторы разных зон различались на 1-3 порядка по чувствительности к одинаковым стимулам. Сенсорные зоны ротовой полости форели характеризовались сходной ранжированностью чувствительности к применяемым аминокислотам и классическим вкусовым раздражителям. Максимальная чувствительность во всех исследованных зонах зарегистрирована к Ь-цистеину. Рецепторы всех сенсорных зон были более чувствительны к аминокислотам, чем к классическим вкусовым стимулам. Анализ распределения ответных реакций на классические вкусовые стимулы в сенсорных зонах ротовой полости указывает на отсутствие у рыб топической локализации рецепторов кислого, солёного, горького и сладкого. Выявленные черты сходства и специфичности в структурных и функциональных свойствах сенсорных зон ротовой полости радужной форели можно рассматривать как проявление системной организации вкусового аппарата у данного вида рыб.
Ключевые слова: вкусовая рецепция, лососевые рыбы, ротовая полость, сенсорные зоны, вкусовая чувствительность, вкусовые почки.
ВВЕДЕНИЕ
Рыбы отличаются высоким развитием хеморе-цепции, которая представлена тремя самостоятельными системами - обонятельной, вкусовой и системой общего химического чувства. Жизненно важное значение вкусовой рецепции обусловлено обеспечением трофической функции. Вкусовая система рыб подразделяется на две субсистемы: экстраоральную, включающую вкусовые рецепторы на голове, туловище и плавниках, и интра-оральную, со вкусовыми рецепторами в ротовой, жаберной полости и в глотке (Atema, 1980; Finger, 1983). Первая из них иннервируется лицевым нервом и обеспечивает обнаружение потенциально съедобных объектов в окружающей среде. Вторая, получающая иннервацию от лицевого,
языкоглоточного и блуждающего нервов, оценивает вкусовые свойства добычи. Интраоральная субсистема участвует в формировании заключительных фаз пищевого поведения, т.е. запуска реакции глотания или отвергания, а также серии вегетативных реакций (Касумян, 1997; 81ЪЫ^, ипЬе, 1985; Кузьмина, 2005). Многие виды рыб не имеют наружных вкусовых рецепторов, а обладают вкусовыми рецепторами только в ротовой, жаберной полости и в глотке. К таким видам относятся, в частности, представители семейства лососевых (Salmonidae) (Кароог et а1., 1975; Девицина, Головкина, 2011). Особенности морфологии интраорального вкусового аппарата у рыб видоспецифичны и связаны с характером питания вида (Певзнер, 1980; Бсу^та, 2005). Пищевая специализация видов, различающихся
своей экологией и систематическим положением, отражается на избирательной чувствительности их вкусовых рецепторов к веществам, входящим в состав кормовых организмов или искусственных кормов (Caprio, 1984; Carr, 1982; Atema, 1980; Hidaka, 1982; Mackie, Mitchell, 1985; Касумян, 1997).
Аминокислоты являются одним из важнейших компонентов, определяющих вкусовую привлекательность корма (Mackie, 1982; Mearns, 1986; Takeda et al., 1984). Экспериментально было обнаружено, что свободные аминокислоты обладают значительной стимуляторной эффективностью для вкусовых рецепторов рыб (Goh, Tamura, 1980; Kanwal et al., 1987; Caprio, 1984; Marui, Kiyohara, 1987; Hara, 2006). В поведенческих экспериментах установлена выраженная вкусовая привлекательность многих аминокислот для рыб, при этом выявлена высокая видовая специфичность спектров предпочитаемых аминокислот (Adams, Johnsen, 1986; Jones, 1989; Kasumyan, Doving, 2003).
Лососевые рыбы являются обычным объектом многих физиологических и поведенческих экспериментов, а также объектом аквакультуры. В ходе исследований вкусовой избирательности лососевых рыб к свободным аминокислотам проявились некоторые расхождения в результатах электрофизиологических и поведенческих экспериментов. Так, при регистрации хеморе-цепторных ответов в волокнах лицевого нерва у ручьевой (Salmo trutta) и радужной (Parasalmo mykiss) форели наиболее эффективными вкусовыми стимулами для обоих видов оказались аминокислоты L-пролин, L-аланин, L-лейцин и L-фенилаланин (Marui et al., 1983; Yamashita et al., 1989; 2006; Hara et al., 1999; Hara, 2006). Вместе с тем поведенческие эксперименты выявили выраженную избирательность лососевых рыб (ручьевая форель) к L-цистеину, которая в несколько раз превышала избирательность к L-ги-стидину, L-пролину и L-фенилаланину (Касумян, Сидоров, 1992; 1994; 2005).
Ранее нами было показано, что ручьевая и радужная форель имеют в орофорингиальной полости сложный вкусовой аппарат из семи сенсорных зон, различающихся по морфологии и плотности распределения вкусовых почек (Devitsina, 2005; Девицина, Головкина, 2011). В этой связи остаётся открытым вопрос о функциональной организации морфологически гетерогенного интраораль-ного рецепторного аппарата вкусовой системы лососевых рыб.
Каждое из классических вкусовых ощущений может быть вызвано разными веществами, однако исследование функциональных характеристик вкусовых рецепторов человека и позвоночных животных обычно базируются на оценке их чувствительности к стандартному набору классических стимулов, вызывающих ощущения солёного (хлористый натрий), горького (хлористый кальций), кислого (лимонная кислота) и сладкого (сахароза) (Кассиль, 1972).
В настоящей работе поставлена задача провести сравнительное исследование хемосенсорных зон ротовой полости радужной форели по чувствительности к предпочитаемым свободным аминокислотам (L-цистеин, L-пролин, L-гисти-дин и L-фенилаланин) и классическим вкусовым стимулам, а также по морфологии сенсорных полей вкусовых почек.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА
Объектом исследования служила молодь радужной форели Parasalmo (=Oncorhynchus) mykiss Walbaum длиной тела 15-17 см, полученная в Научно-производственном объединении "Рыбное" Московской области. Рыб содержали в аквариумах при температуре 16-18 °C на кафедре ихтиологии МГУ. В качестве корма использовали личинок комаров (Chironomidae).
Схема экспериментальной установки приведена на рис. 1. Установка включала систему водного протока для перфузирования жабр подопытной рыбы, системы подачи химических стимулов в исследуемую зону ротовой полости и систему регистрации потенциалов с поверхности эпителия зон вкусовой чувствительности.
Рыбу закрепляли в пластмассовом станке размером 27*9*5 см. Жабры рыбы перфузировали отстойной водой при температуре 18-19 °С. Иммобилизацию обеспечивали большой скоростью (150 мл/мин) протока воды (Wells et al., 2005). Анестетики и миорелаксанты не применяли. Всего было использовано пять особей форели, на каждой из которых было проведено по пять опытов. После эксперимента рыбу возвращали в аквариум. Временной интервал между последовательными опытами на каждой особи составлял две-три недели.
В качестве тестовых химических стимулов использовали растворы классических вкусовых веществ: лимонная кислота (кислое), хлористый кальций (горькое), хлористый натрий (солёное) и сахароза (сладкое), а также L-изомеры свободных
Усил! ггель
АЦП
Компьютер
Индифферентный электрод
Голова рыбы
Рис. 1. Схема экспериментальной установки для неинвазивного исследования рецепторной чувствительности вкусовых зон ротовой полости рыбы.
аминокислот: цистеина, фенилаланина, гистидина и пролина. В ходе одного эксперимента последовательно регистрировали суммарные электрические реакции рецепторов на предъявление каждого из восьми тестовых стимулов с нарастанием концентрации от 10-8 до 10-1 М с множителями 1, 2, 5 в пределах каждого десятичного порядка разбавления стимула. Всего проведено более 1000 измерений.
Растворы различных концентраций готовили на чистой воде из того же резервуара, из которого орошались жабры рыбы. Воду из того же источника предъявляли в качестве контроля и для отмывки исследуемой сенсорной зоны, до и после подачи химического стимула.
Для стандартизации экспериментальных условий отводящий электрод помещали в морфологически сходных областях каждой зоны, где между зубами находились разрастания слизистой выстилки в виде крупных вкусовых сосочков с несколькими вкусовыми почками каждый (рис. 2 и 3). Поверхность вкусовых сосочков постоянно орошали чистой водой через тонкую стеклянную трубочку со скоростью 25 мл/мин. Стимулирующий раствор (2 мл) вводили в этот проток шприцем, отдельным для каждого вещества, в течение интервала 2.4 с. Для демпфирования скачка давления при впрыскивании стимулирующего раствора в систему протока была включена
емкость, частично заполненная воздухом ("Демпфер", рис. 1).
Для того чтобы определить, насколько снижалась концентрация стимулирующего раствора после его смешения с протоком чистой воды, ранее была проведена серия измерений спектров поглощения последовательных проб раствора фенилаланина в процессе его прохождения по системе подачи стимула (СИегуоуа, ЬарзЫп, 2005). Данные этих измерений приведены в разделе "Результаты" при описании электрических реакций.
Регистрацию суммарных рецепторных потенциалов от слизистой выстилки ротовой полос
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.