ВОПРОСЫ ИХТИОЛОГИИ, 2015, том 55, № 1, с. 95-100
УДК 597.554.3.116:537.3
МИТОЗ БЛАСТОМЕРОВ, ВЫЛУПЛЕНИЕ, ВЫЖИВАЕМОСТЬ И РАЗМЕРНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРЕДЛИЧИНОК ПЛОТВЫ RUTILUS RUTILUS ПОСЛЕ ДЕЙСТВИЯ ГЛАВНОЙ ФАЗЫ СИЛЬНОЙ МАГНИТНОЙ БУРИ НА ИКРУ И СПЕРМИИ © 2015 г. Ю. Г. Изюмов, М. Г. Таликина, В. В. Крылов
Институт биологии внутренних вод РАН — ИБВВ, пос. Борок Ярославской области
E-mail: izum@ibiw.yaroslavl.ru Поступила в редакцию 30.09.2013 г.
Икру и сперму плотвы Rutilus rutilus после получения от производителей до активации водой подвергли действию главной фазы сильной магнитной бури на протяжении 25 мин. Воздействие привело к увеличению доли стадий, завершающих митоз, в период делений дробления бластомеров и повышению вариабельности митотического индекса. Изменения частоты хромосомных аберраций в зародышевых клетках в опытных вариантах относительно контрольных не выявлены. Ход вылуп-ления, выживаемость эмбрионов и размерно-массовые характеристики предличинок варьируют в опытных и контрольных вариантах, но связь вариаций с действием магнитной бури не установлена.
Ключевые слова: плотва Rutilus rutilus, митоз, зародышевые клетки, предличинки, бластомеры, хромосомные аберрации.
DOI: 10.7868/S0042875215010087
Магнитные бури (МБ) представляют собой возмущения магнитного поля Земли, резко нарушающие плавный суточный ход элементов земного магнетизма. Частота возникновения МБ связана с 11-летним циклом солнечной активности. Вспышки на Солнце являются причиной выброса большого количества вещества солнечного ветра (поток частиц из электронов, протонов и ядер гелия), который достигает магнитосферы Земли и вызывает МБ (Акасофу, Чапман, 1975). Развитие МБ во времени описывается последовательностью типичных фаз: начальная фаза, главная фаза и фаза восстановления (Акасофу, Чапман, 1975). Интенсивность МБ оценивается индексами геомагнитной активности, среди которых наиболее часто используется Л^-иидекс — усреднённое по 4 станциям наблюдения возмущение поля, измеряемое в нанотеслах (нТл). По величине Л^-иидекса МБ классифицируют как слабые (Бй = 30—50 нТл), умеренные (50—100 нТл), сильные (100—200 нТл), очень сильные (200— 300 нТл) и экстремальные (>300 нТл) (Loewe, Рго^, 1997). Частота появления очень сильных МБ вблизи солнечного максимума может составлять до 50 в год, в годы солнечного минимума — до 1—2 (Ермолаев и др., 2010). Несмотря на разнообразие магнитных бурь по силе и продолжительности, у всех у них есть одно общее — плавный суточный ход элементов земного магнетизма сме-
няется нестабильностью во времени и по амплитуде.
Развитие животных и растений также проходит через смену равномерного течения и быстрых перемен. Наши прежние эксперименты с действием воспроизведённых записей МБ на зародыши плотвы ЯШИш гиШш как раз охватывали активные ранние этапы развития (Чеботарева и др., 2009). Вероятно, поэтому и были выявлены вполне определённые реакции на клеточном, морфо-генетическом и организменном уровнях в ответ на действие умеренных и сильных МБ в течение 24—48 ч. В частности, действие МБ вызывало повышение частоты митозов в зародышевых клетках (Таликина и др., 2013), а также влияло на ход вылупления предличинок, их размерно-массовые показатели, морфометрию, изменчивость структуры осевого скелета и стабильность развития сеголеток (Крылов и др., 2010). В ряде случаев упомянутые реакции проявлялись со значительным отрывом от времени действия. В ходе исследований логично возникал вопрос: какое действие может оказать МБ на организмы в случае, когда развитие ещё не началось? У рыб вымет половых продуктов и осеменение происходят в воде. Однако при искусственном осеменении сухим способом ооциты и сперматозоиды некоторое время могут находиться без воды, что используется в рыбоводстве (Макеева, 1992). При этом никаких онтогенетических процессов ни в ооцитах, ни в
Таблица 1. Характеристика вариантов эксперимента, объём инкубированной икры плотвы Rutilus rutilus и число исследованных зародышевых клеток
Номер Вариант опыта (обозначение) Число, шт.
варианта икринок клеток
1 Икру смешали со спермой, оставили в бюксе на 10 мин (К 10) 1660 8000
2 Икру смешали со спермой, оставили в бюксе на 30 мин (К 30) 1276 7300
3 Икру отдельно и сперму отдельно оставили в бюксах до осеменения на 30 мин, затем смешали и выдержали ещё 10 мин (К 30 + 10) 1060 5385
4 Икру смешали со спермой и поместили в МБ на 25 мин (МБ-сперма + икра) 2058 8000
5 Икру и сперму в отдельных бюксах поместили в МБ на 25 мин, затем смешали и оставили в бюксе на 10 мин (МБ-икра + МБ-сперма) 985 6000
6 Икру подвергли воздействию МБ в течение 25 мин, затем смешали с интактной спермой и оставили в бюксе на 10 мин (МБ-икра) 1341 5260
7 Сперму подвергли воздействию МБ в течение 25 мин, затем смешали с интактной икрой и оставили в бюксе на 10 мин (МБ-сперма) 1230 5900
сперматозоидах не происходит. Это и есть тот самый искусственно созданный интервал времени, сменяющийся бурным началом развития после помещения осеменённой икры в воду, который был использован для проведения экспериментов.
Цель работы — исследовать биологические эффекты на цитогенетическом и организменном уровне у предличинок плотвы после воздействия МБ на половые продукты.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА
В эксперименте использовали половые продукты производителей плотвы (по три самки и самца), пойманных в Волжском плёсе Рыбинского водохранилища 13 мая 2013 г. Отцеженные отдельно в сухие бюксы икру и отдельно сперму разделили на семь частей — три контрольных и четыре опытных варианта (табл. 1). Все манипуляции (смешивание икры со спермой, выдерживание в бюксах, обработку МБ) проводили в отсутствие воды — бюксы с икрой или спермой прикрывали влажной тканью. После завершения подготовительной процедуры осеменённую икру помещали в кристаллизаторы с речной водой. Инкубация проходила при температуре 15—17°С; воду заменяли дважды в сутки — утром и вечером.
МБ воспроизводили в установке для генерации компенсации магнитных полей (Крылов и др., 2011). Исходя из того что время нахождения половых продуктов без воды ограничено, мы использовали в качестве действующего фактора короткий отрезок записи главной фазы реальной МБ (рис. 1). Такой промежуток МБ был выбран потому, что именно в это время происходит максимальное отклонение вектора геомагнитного поля от его невозмущённого уровня. Кроме того, в экспериментах с другими организмами именно воздействие главной фазы и начальных этапов
фазы восстановления МБ приводило к значимым эффектам (Кгу1оу й а1., 2014).
Для оценки действия МБ использованы следующие показатели: митотический индекс (МИ, %е) бластомеров в период делений дробления и зародышевых клеток на стадии поздней бластулы; соотношение начальных и конечных стадий митоза бластомеров, %; суммарное число аномальных анафаз и телофаз; выход свободных эмбрионов, % общего числа инкубируемой икры; возраст вы-лупления предличинок, ч от начала инкубации; длина тела, сырая и сухая масса предличинок.
Цитоморфологический анализ зародышевых клеток на стадии поздней бластулы (25—26 ч после осеменения) проводили на тотальных давленых препаратах, окрашенных ацетоорсеином (Методы ..., 1974). Учитывали число клеток с нормой развития и с отклонениями по отдельным стадиям митоза (прометафазы, метафазы, анафазы и телофазы), описанными для карповых рыб (Катасонов, Гомельский, 1991; Таликина и др., 2001; Изюмов, Таликина, 2007). Показателем активности размножения эмбриональных клеток служил МИ. Для анализа использовали 25—30 зародышей. Длину, сырую и сухую массу предличинок в возрасте 11 сут. с момента оплодотворения определяли по стандартной методике (Правдин, 1966).
Достоверность различий оценивали при помощи ЬББ-теста ^ока1, Roh1f, 1995).
РЕЗУЛЬТАТЫ
Данные о влиянии кратковременного воздействия главной фазы сильной МБ на показатели митотического деления зародышевых клеток приведены в табл. 2. МИ зародышевых клеток во всех опытных вариантах (4—7) выше, чем в традиционном контроле (вариант 1), хотя отличия ста-
-300
12
Время, ч
16
20
Рис. 1. Флуктуации геомагнитного поля во время магнитной бури в направлении Н-компоненты; затенённый участок соответствует области, использованной в эксперименте.
4
8
тистически недостоверны. Вместе с тем этот показатель ниже, чем в контрольных вариантах 2 и 3, где половые продукты 30 и 40 мин содержались в воздушной среде до их помещения в воду. Высокие значения МИ (и не только в контрольных группах), возможно, связаны с активированием водой и повышенным числом икринок с ложным дроблением, которое возникает у некоторых костистых пресноводных видов рыб при неблагоприятных условиях внешней среды. Псевдодробление может продолжаться до начала этапа га-струляции, затем такие зародыши погибают (Гинзбург, 1968; Нейфах, Тимофеева 1977). Изменчивость МИ, оценённая по коэффициенту ва-
риации (СУ), в вариантах с МБ выше, чем в контрольных, что может говорить о неравной восприимчивости отдельных гамет к действию МБ. По величине МИ в данной серии опытов достоверного влияния МБ не наблюдается, но выявляется повышенная изменчивость значений этого показателя.
Во всех без исключения опытных вариантах отмечено увеличение доли стадий, завершающих митоз, причём в трёх из них (варианты 4, 6 и 7) эти различия достоверны. Можно сказать, что соотношение начальных и конечных фаз митоза в опытных вариантах меняется зеркально по сравнению с контрольными. Такого рода реакция сви-
Таблица 2. Показатели митотического деления зародышевых клеток в контроле и после воздействия магнитной бури (МБ) на половые клетки плотвы КиН1т тиШив
Номер варианта Вариант опыта* Число клеток, шт. Митотический индекс, %% Доля стадий, % всех митозов Число анафаз и телофаз
М ± т СУ прометафаза + + метафаза анафаза + + телофаза общее, шт. аномальные
шт. %
1 К 10 8000 41.7 ± 3.8 15.9 54.7 ± 1.2 45.3 ± 1.1 149 31 4.1 ± 0.9
2 К 30 7300 65.4 + 5.1** 17.3 58.0 ± 2.1 42.0 ± 2.1 191 35 4.4 ± 0.7
3 К 30 + 10 5385 65.8 ± 3.2** 10.9 54.3 ± 3.6 45.7 ± 3.6 156 19 3.9 ± 1.5
4 МБ-сперма + икра 8000 55.9 ± 6.3 22.7 48.0 ± 4.2 52.0 ±
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.