научная статья по теме ЭНЕРГООБМЕН В ПОКОЕ, СТРЕСС, ТЕСТОСТЕРОН И ИНДУЦИРОВАННЫЙ ИММУННЫЙ ОТВЕТ У “ВЕСЕННИХ” И “ОСЕННИХ” САМЦОВ ХОМЯЧКА КЭМПБЕЛЛА. ВЫРАЩИВАНИЕ В УСЛОВИЯХ ДЛИННОГО ДНЯ Биология

Текст научной статьи на тему «ЭНЕРГООБМЕН В ПОКОЕ, СТРЕСС, ТЕСТОСТЕРОН И ИНДУЦИРОВАННЫЙ ИММУННЫЙ ОТВЕТ У “ВЕСЕННИХ” И “ОСЕННИХ” САМЦОВ ХОМЯЧКА КЭМПБЕЛЛА. ВЫРАЩИВАНИЕ В УСЛОВИЯХ ДЛИННОГО ДНЯ»

ЖУРНАЛ ОБЩЕЙ БИОЛОГИИ, 2013, том 74, № 5, с. 366-378

УДК 57.022

ЭНЕРГООБМЕН В ПОКОЕ, СТРЕСС, ТЕСТОСТЕРОН И ИНДУЦИРОВАННЫЙ ИММУННЫЙ ОТВЕТ У "ВЕСЕННИХ" И "ОСЕННИХ" САМЦОВ ХОМЯЧКА КЭМПБЕЛЛА. ВЫРАЩИВАНИЕ В УСЛОВИЯХ ДЛИННОГО ДНЯ

© 2013 г. К. А. Роговин1, А. В. Бушуев2, А. М. Хрущова1, Н. Ю. Васильева1

1 Институт проблем экологии и эволюции имени А.Н. Северцова РАН 119071 Москва, Ленинский просп., 33 е-mail: krogovin@yandex.ru 2 Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, биологический факультет, кафедра зоологии позвоночных 119991 Москва, Ленинские горы е-mail: bushuev@mail.bio.msu.ru Поступила в редакцию 11.03.2013 г.

Исследовали морфологические и физиологические характеристики одновозрастных молодых самцов хомячка Кэмпбелла (Phodopus campbelli Thomas, 1905), рожденных в конце лета ("осенние") и в конце зимы ("весенние") в условиях вивария с постоянным режимом освещения (14 ч день, 10 - ночь) и содержавшихся в изоляции в аналогичных условиях после того, как их отделяли от родителей в месячном возрасте. Животных тестировали возрасте 2-3.5 мес. Весной самцы имели повышенный уровень обмена покоя, значимо большую массу тела в середине экспериментальной сессии, большие размеры половых органов и фоновый уровень тестостерона, более интенсивный клеточный иммунный ответ на внутрикожное введение фитогемагглютинина. Они не отличались статистически значимо по фоновому уровню кортизола в крови и интенсивности иммунного ответа на иммунизацию бараньими эритроцитами, но имели более низкий адренокортикальный ответ на воздействие социального стресс-фактора и адренокортикотропного гормона. Использование общей линейной модели (GLM) показало, что только уровень кортизола в крови после ссаживания и метаболизм покоя значимо влияли на интенсивность гуморального иммунного ответа на эритроциты барана. Когда в качестве зависимых переменных в GLM рассматривали интенсивность клеточного иммунного ответа на фитогемагглютинин либо фоновый уровень тестостерона, только сезон оказывал значимый эффект в итоговой модели.

У самых разных животных внетропических областей Земли скорость роста и полового созревания, функционирование половой и иммунной систем находятся в зависимости от продолжительности светлого времени суток (Биологические ритмы, 1984; Goldman, Darrow, 1983; Bronson, 1989; Bronson, Perigo, 1987; Martin et al., 2008). Продолжительность освещения традиционно рассматривают в качестве сигнального фактора нейроэндокринной регуляции роста, созревания, репродукции. У млекопитающих ключевую роль в этом играет эпифиз и его гормон мелатонин, оказывающий влияние на активность гипоталамо-ги-пофизарно-гонадной и гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой систем (Теппермен, Теппермен, 1989; Goldman, 2001; Goldman, Nelson, 1993), а также опосредовано и напрямую (Nelson, Demas, 1996) на механизмы иммунной защиты организ-

ма (Guerero, Reiter, 2002; Hotchkiss, Nelson, 2002; Martin et al., 2008). Секреция мелатонина происходит в темное время суток, и его эффект при коротком дне усиливается.

Сокращение продолжительности светлого времени суток в природе и в лабораторных условиях угнетает репродуктивную функцию у сезонно размножающихся видов млекопитающих. Однако содержание при "длинном дне" обеспечивает круглогодичное размножение (Bronson, 1989). Существуют ли у таких видов при содержании в условиях неизменного режима освещения сезонные различия в темпах роста и созревания, половой и иммунной активности? Этот вопрос можно переформулировать в общем виде. Является ли постоянство режима освещения необходимым и достаточным условием отсутствия сезонных различий физиологических функций у вида с факультативно

сезонным размножением, который в лабораторной практике размножается в течение круглого года? Данные на этот счет практически отсутствуют, хотя существует немало свидетельств того, что реализуемое по ходу жизненного цикла особи перераспределение ресурсов между энергоемкими системами жизнеобеспечения, иммунной защиты и репродукции имеет сезонную обусловленность, связано с продолжительностью светлого времени суток и обеспечивается половыми гормонами (андрогены, пролактин), глюкокортикоидами (гормоны стресса), мелатонином и лептином (Лохмил-лер, Мошкин, 1999; Nelson et al., 1998; Moshkin et al., 2000; Majewski et al., 2012, и др.).

В предлагаемой вниманию читателей статье мы сравниваем морфологические и физиологические характеристики одновозрастных молодых самцов хомячка Кэмпбелла (Phodopus campbelli Thomas, 1905), рожденных в конце лета ("осенние") и в конце зимы ("весенние") в условиях вивария с постоянным режимом освещения (14 ч день, 10 -ночь) и содержавшихся в аналогичных условиях после того, как их отделяли от родителей в месячном возрасте. Хомячок Кэмпбелла - обитатель полупустынь и сухих степей Центральной Азии, мелкий грызун с круглогодичной активностью и сезонным размножением (Соколов, Орлов, 1980; Феоктистова, 2008). В лаборатории содержание самцов и самок хомячка Кэмпбелла, начиная с 30-дневного возраста, в условиях короткого светового дня приводит к замедлению развития половой системы, торможению соматического роста, увеличивает накопление жира (Васильева, Парфенова, 2003).

Нас интересовало: 1) существуют ли отличия в массе тела, признаках, характеризующих состояние половой системы, в уровне метаболизма покоя, половых гормонов и гормонов стресса, а также в показателях состояния иммунной системы между "весенними" и "осенними" уже половозрелыми самцами в возрастном интервале от 2 до 3.5 мес, 2) если такие отличия существуют, то в каких отношениях находятся показатели, характеризующие состояния репродуктивной и иммунной систем организма у "осенних" и "весенних" животных, 3) каковы взаимосвязи между показателями репродуктивной и индуцированной иммунной активности организма вне зависимости от эффекта сезона?

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ

Животные принадлежали к популяции лабораторного разведения в ИПЭЭ им. А.Н. Северцова РАН, ведущей происхождение от основателей,

вывезенных в 1980-е годы из Монголии. Родительские пары хомячков содержали в виварии ИПЭЭ РАН в помещении с окнами, но постоянно при длинном световом дне (14 ч). Корм (комбикорм для крыс и мышей, овес, овощи, в качестве добавок семена подсолнечника, творог) и вода -ad libitum. Молодых самцов в возрасте одного месяца отделяли от родителей и подращивали в индивидуальных садках в закрытом вентилируемом помещении без окон при том же световом режиме и корме до начала измерений физиологических показателей. В общей сложности в работе использовано 40 "осенних" самцов (рождение в конце августа) и 31 "весенний" самец (рождение в конце января). Материал собран весной 2010 и 2012 гг. и осенью 2010 и 2011 гг.

Обмен покоя измеряли в возрасте от 60 до 65 дней. Через неделю после этого у спокойных зверьков брали пробу крови и измеряли уровень тестостерона и кортизола в отделенной от ге-матокрита сыворотке, еще через неделю зверьков ссаживали на нейтральной арене в течение 10 мин попарно и брали пробу крови сразу после эксперимента для оценки уровня кортизола в ответ на действие социального стрессора. После недельного перерыва хомячков иммунизировали эритроцитами барана и брали пробу крови на пике индуцированного иммунного ответа через 7 сут после иммунизации. Оценивали титр антител в крови как показатель состояния системы приобретенного гуморального иммунитета. У 22 "осенних" и 18 "весенних" самцов через две недели после иммунизации эритроцитами и через неделю после взятия крови оценивали силу реакции гиперчувствительности замедленного типа в ответ на внутрикожное введение митогена растительного происхождения - фитогемагглютинина (PHA-P) - тест на состояние системы приобретенного клеточного иммунитета. Эти животные были забиты в возрасте 3.5 мес. После вскрытия у них были измерены и взвешены семенники и семенные пузырьки. В этом же возрасте всех самцов прижизненно сфотографировали цифровой зеркальной фотокамерой Konica-Minolta DINAX 5D в фиксированном положении вверх брюшной стороной на фоне линейки. Аногенитальное расстояние (между мочеполовым и анальным отверстиями), размер внешней области семенников, размер среднебрюшной железы измеряли по цифровым снимкам на экране компьютера (Шекарова и др., 2010). Зверьков взвешивали до измерения метаболизма, до иммунизации эритроцитами барана и всякий раз сразу после взятия пробы крови. Кровь, 150-200 мкл на зверька, брали утром, прокалывая подъязычную вену

иглой от одноразового шприца на 2 мл. На всю процедуру взятия крови затрачивали не более 2 мин, что в 2.5 раза меньше времени глюкокор-тикоидного сигнала в крови крысы в ответ на взятие в руки (Brown, Martin, 1974). Сыворотку отделяли центрифугированием в микропробирках Eppendorf (1.5 мл) при 3000 оборотов/мин, замораживали и хранили при -18 оС до проведения анализов.

Измерение уровня обмена покоя. Поскольку у млекопитающих с полифазной активностью измерить уровень основного обмена (basal metabolic rate, BMR) в чистом виде чрезвычайно сложно из-за кратковременности и непредсказуемости состояний глубокого сна, у таких животных чаще оценивают близкую к BMR характеристику, а именно уровень обмена покоя (resting metabolic rate, RMR) (Downs, Brown, 2012).

Весной и осенью 2010 г. RMR измеряли по потреблению кислорода, используя закрытые модифицированные системы Калабухова (Gorecki, 1975; Бушуев и др., 2010; Bushuev et al., 2012). Измерения RMR проводили в период с 16:00 до 20:00. Объём потребляемого кислорода у хомячков, помещенных в небольших садках в находящиеся в термостатах эксикаторы, фиксировали через каждые 10 мин в течение часа. В период измерений отмечали время, температуру в камерах и лаборатории (с точностью до 0.1 °С) и атмосферное давление (до 0.5 мм рт. ст.). Полученные за час значения потребленного кислорода приводили к нормальным условиям (STP: температура T = 273 К, давление P = 101325 Па). Температуру в термостатах устанавливали на 25 °C. Температура в эксикаторах составляла 26-27 °C, что находится в пределах термонейтральной зоны (TNZ) этого вида (Chen et al., 2006).

Осенью 2011 г. и вес

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.

Показать целиком