ВОПРОСЫ ИХТИОЛОГИИ, 2007, том 47, № 5, с. 684-693
УДК 597442:5975543:5911853
ХЕМОРЕЦЕПЦИЯ У ХРОНИЧЕСКИ АНОСМИРОВАННЫХ РЫБ: ФЕНОМЕН КОМПЕНСАТОРНОГО РАЗВИТИЯ ВКУСОВОЙ СИСТЕМЫ
© 2007 г. А. О. Касумян, Е. А. Марусов
Московский государственный университет E-mail: alex_kasumyan@mail.ru Поступила в редакцию 02.04.2007 г.
Приведены основные результаты изучения обнаруженного у рыб феномена восстановления чувствительности к пищевым запахам после длительной ольфакторной депривации. Выяснено, что эта способность обнаруживается у рыб разных систематических групп (Chondrostei, Teleostei), в норме обладающих наружными вкусовыми рецепторами. На поведенческом уровне этот эффект начинает проявляться через 6 недель после аносмирования, и его развитие завершается, по-видимому, в течение первых 3-5 мес не полным, а частичным восстановлением чувствительности к пищевым запахам. Более длительная ольфакторная депривация (6-14 мес) не приводит к дальнейшему снижению пороговой концентрации стимульных растворов. Реакция на другие типы химических сигналов (феромон тревоги) не восстанавливается. Способность рыб после длительной ольфакторной депривации восстанавливать чувствительность к пищевым запахам обеспечивается компенсаторными процессами, протекающими в наружной вкусовой системе. Восстановление происходит за счет веществ, обладающих для рыб вкусовой привлекательностью. Обнаружены виды, у которых пищевая поисковая реакция в норме обеспечивается одновременно обонятельной и вкусовой системами. Аносмирование таких рыб приводит лишь к частичному снижению эффективности поискового поведения. Комплементарность хемосенсорных систем, их функциональное взаимодействие, способность к компенсаторному развитию и викарирование рассматриваются в качестве сенсорных механизмов, обеспечивающих надежность реализации рыбами важнейших форм поведения, в частности, пищевого.
Запахи1 у рыб участвуют в регуляции многих форм поведения - репродуктивного, оборонительного, пищевого, социального, миграционного и других (Юеегекорег 1969; Малюкина и др., 1980; D0ving, 1986; ^штуап, 2004). Лишение рыб обонятельной чувствительности приводит к аносмии, т.е. к потере способности реагировать на разнообразные ольфакторные стимулы. Искусственно вызванная острая аносмия служит стандартным экспериментальным приемом, с помощью которого судят о хемосенсорном канале, ответственном за получение рыбами и другими животными химической информации. Около 20 лет назад был обнаружен феномен восстановления поведенческих ответов на пищевые химические сигналы у рыб, испытавших хроническую ольфакторную депривацию. Первые наблюдения и эксперименты позволили придти к заключению, что через несколько месяцев после полного и необратимого разрушения органов обоняния и
1 Под запахами для рыб авторы понимают химические сигналы, присутствующие в водной среде в виде растворов веществ или смесей и переносимые от удаленного источника водными потоками или распространяющиеся за счет диффузии. Восприятие запахов у рыб может происходить за счет обоняния, вкуса или общего химического чувства, проявляющих в данном случае свойства дистантной хемо-сенсорной системы.
потери чувствительности к пищевым запахам рыбы вновь приобретают способность адекватным образом реагировать на эти химические стимулы. Было предложено рассматривать такую способность в качестве одного из сенсорных механизмов, направленных на обеспечение надежности хемокоммуникаций у рыб. Полученные результаты в краткой форме впервые были опубликованы ранее (Касумян, Пономарев, 1989; Касумян, 1991).
Обнаруженный феномен стал предметом дальнейших специальных исследований, которые продолжают развиваться и в настоящее время с использованием различных методических подходов (Касумян, Девицина, 1997; Kasumyan, 2002; Касумян, Марусов, 2002, 2003, 2005; Касумян, Сидоров, 2005; Kasumyan, Marшsov, 2005; Девицина, 2006). В число основных задач этих работ входит выяснение универсальности обнаруженного феномена, т.е. насколько широко он представлен среди рыб, присущ ли он многим рыбам или ограничен узкой группой видов, близких по систематике или образу жизни. В цели исследований входит также определение: какая/какие из необонятельных хемосенсорных систем рыб, вкусовая или общее химическое чувство, ответственна/ответственны за восстановление у аносмированных
рыб способности реагировать на химические сигналы, какова динамика и глубина развития компенсаторных процессов, приводят ли они к полному восстановлению чувствительности рыб и к каким типам запахов, вызывают ли эти процессы изменения базовых функциональных характеристик хемосенсорных систем, претерпевающих компенсаторное развитие. Поиск ответов на эти и ряд других вопросов имеет прямое отношение к фундаментальным проблемам хеморецепции -выяснению закономерностей функционирования хемосеносрных систем, их комплементарности, взаимодействия и надежности в обеспечении хе-мокоммуникаций. В настоящей статье кратко излагаются основные результаты исследований, полученных с использованием поведенческих методов.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА
Объектами исследования служили гольян Phoxinus phoxinus, карп Cyprinus carpió, серебряный карась Carassius auratus, пескарь Gobio gobio, верховка Leucaspius delineatus, данио рерио Danio rerio, усатый голец Barbatula barbatula (все - Cyp-riniformes, Teleostei), севрюга Acipenser stellatus, русский осетр A. gueldenstaedtii, сибирский осетр A. baerii (Acipenseriformes, Chondrostei). В опытах использовали половозрелых (гольян, пескарь, верховка, данио рерио, серебряный карась, усатый голец) или ювенильных (карп, севрюга, русский и сибирский осетры) особей с интактными органами обоняния и после билатеральной кауте-ризации обонятельных розеток. В отдельных случаях для опытов использовали также ложноанос-мированных рыб (прижигали участок кожи на голове), рыб после унилатеральной каутеризации (лишенных одной из обонятельных розеток) и рыб после частичной каутеризация (неполное разрушение обеих розеток). Полноту разрушения органа обоняния контролировали под бинокулярным микроскопом. Часть подопытных рыб энуклеировали (удаляли хрусталик). Большинство рыб легко переносили все процедуры и начинали питаться в день проведения операции. Эксперименты проводили через разное время после аносмирования - от 1-2 недель до 18 мес.
Для оценки способности рыб проявлять поисковую поведенческую реакцию использовали проточные аквариумные установки нескольких типов. В аквариуме с параллельными потоками, в которых проводили эксперименты на группах рыб, чистая вода постоянно поступала из внешнего биофильтра в 4 частично изолированных отсека. Во время опыта вместо чистой воды в один из произвольно выбранных отсеков подавали сти-мульный раствор. Использовали также близкие по конструкции аквариумы с локальной (точечной) подачей запахового стимула для экспери-
ментов с одиночными особями. В таких аквариумах стимульные растворы подавали по специальным трубкам, расположенным рядом с трубками, по которым в аквариум поступала чистая вода из биофильтра. Интенсивность поведенческого ответа оценивали вблизи источника химического стимула по суммарному времени проявления рыбой характерных элементов пищевого поведения либо по специально разработанным для каждого из исследованных видов рыб шкалам реагирования. Кормили рыб мотылем (личинки CЫronomidae) до насыщения один раз в сутки после окончания экспериментов. Химическими раздражителями служили водные растворы экстракта и экзометаболитов мотыля, свободных аминокислот ^-изомеры) и экстракта кожи половозрелых особей своего вида (гольян, феромон тревоги). Для приготовления всех стимуль-ных растворов, а также в качестве контроля использовали чистую воду, прошедшую через биофильтр (подробнее см.: Касумян, Пономарев, 1990; Касумян, Кажлаев, 1993; Касумян, Марусов, 2002, 2003).
Для оценки вкусовой рецепции исследовали вкусовые предпочтения (потребление) и вкусовые поведенческие ответы рыб на искусственные агар-агаровые (2%) гранулы, содержащие свободные аминокислоты ^-изомеры). Эксперименты проводили на одиночных особях либо на группах рыб. Во время опытов с одиночными рыбами (гольян, карп) в аквариум вносили одну гранулу и регистрировали число актов схватываний гранулы до момента заглатывания или окончательного отвергания и продолжительность удержания рыбой гранулы во рту после первого схватывания и в течение всего опыта. Опыты с гранулами, содержащими разные вкусовые раздражители, выполняли в случайной последовательности. Отвергнутую рыбой гранулу сразу после окончания опыта из аквариума удаляли.
При проведении опытов на группах из 3-5 особей (севрюга, русский осетр, сибирский осетр) в аквариум одномоментно вносили 30-50 гранул, содержащих одно и то же тестируемое вещество, и в течение последующих 3-5 мин регистрировали число схватываний гранул. Этот показатель вкусового ответа характеризовал эффективность содержавшегося в грануле вещества для наружных вкусовых рецепторов рыб. После окончания опыта рыб из аквариума удаляли и подсчитывали число оставшихся гранул. Затем вычисляли долю заглоченных гранул от числа схватываний, по величине которой судили об эффективности вещества для внутриротовых вкусовых рецепторов рыб. В каждой из серий опытов размеры аквариума, уровень воды в нем, число и размеры подопытных рыб и гранул, тип и концентрация красителя были одинаковыми.
Гранулы вырезали из агар-агарового геля непосредственно перед опытом. В гель во время приготовления вносили одну аминокислоту, а также краситель (Ponceau 4R, 5 мкМ, или оксид хрома, 0.3%). Контрольные гранулы содержали только краситель. Более детально процедура приготовления геля, проведения экспериментов и условия содержания подопытных рыб изложена ранее (Kasumyan, 1999, 2002; Касумян, Марусов, 2003; Касумян, Сидоров, 2005).
Статистический анализ результатов осуществлен с использованием критерия %2, ¿-критерия Стьюдента, Х-критерия Ван-дер-Вардена и рангового коэффициента корреляции Спирмена (rs).
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Тщательно выполненная каутеризация обонятельной розетки приводит к полному зарастанию
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.