БИОЛОГИЯ МОРЯ, 2005, том 31, № 2, с. 129-133
Краткие сообщения
УДК 576.371 ЦИТОЛОГИЯ
ПОСТНЕРЕСТОВАЯ ДЕСТРУКЦИЯ МУЖСКИХ ГАМЕТ У ПОЛИЦИКЛИЧНЫХ И МОНОЦИКЛИЧНЫХ КОСТИСТЫХ РЫБ: ОСТРОГОЛОВОЙ КАМБАЛЫ CLEISTHENES HERZENSTEINI SCHMIDT (PLEURONECTIDAE) И КЕТЫ ONCORHYNCHUS KETA WALBAUM
(SALMONIDAE)1
© 2005 г. С. Ю. Незнанова1, В. Н. Иванков1, А. А. Реунов2
1 Дальневосточный государственный университет, Владивосток 690600;
2Институт биологии моря ДВО РАН, Владивосток 690041 e-mail: inmarbio@mail.primorye.ru
Статья принята к печати 11.06.2004 г.
Электронно-микроскопически исследован процесс деструкции невыметанных сперматозоидов в постнерестовых гонадах у кеты Oncorhynchus keta и остроголовой камбалы Cleisthenes herzensteini как представителей моноцикличных и полицикличных рыб. Показано, что у обоих видов остаточные спермии разрушаются путем фрагментации хроматина и всей клетки. Предполагается, что процесс деструкции в данных случаях связан с ау-толитическим распадом, известным у некоторых многоклеточных животных, но ранее не описанным для Teleostei.
Ключевые слова: костистые рыбы, деструкция сперматозоидов.
Post-spawning destruction of male gametes in polycyclic and monocyclic teleostean fishes: the pinewood flounder Cleisthenes herzensteini Schmidt (Pleuronectidae) and the chum salmon Oncorhynchus keta Walbaum (Salmonidae). S. Y. Neznanova1, V. N. Ivankov1, A. A. Reunov2 (1Far Eastern State University, Vladivostok 690600; 2Institute of Marine Biology, Far East Branch, Russian Academy of Sciences, Vladivostok 690041)
Using transmission electron microscopy, we studied waste sperm destruction in post-spawning testes of Oncorhynchus keta and Cleisthenes herzensteini, which are representatives of monocyclic and polycyclic teleostean fishes. In the two fish species, sperm cell destruction occurs by chromatin fragmentation followed by entire cell breakage. It is assumed that the destruction process in both cases involves autolytic disintegration. This mechanism is known in some metazoan animals but it has not yet been described in Teleostei. (Biologiya Morya, Vladivostok, 2005, vol. 31, no. 2, pp. 129-133).
Key words: teleostean fishes, sperm destruction.
Дегенерация остаточных гамет, происходящая в гонадах, завершающих функциональный цикл, является одним из регуляторных факторов, обеспечивающих начало следующей фазы гаметогенеза (Lane, Lawrence, 1979; Рузен-Ранге, 1980; Хотимченко и др., 1993). Познание молекулярных и ультраструктурных основ пострепродуктивной дегенерации гамет является одной из актуальных задач, формулируемых биологами, вырабатывающими рекомендации для регуляции гаме-тогенеза у культивируемых представителей Metazoa (Walker et al., 1989, 2001).
Известно, что у костистых рыб вступление гонады в новый цикл гаметогенеза предвосхищается интенсивной фагоцитарной активностью фолликулярных клеток, которые ре-зорбируют остаточные сперматозоиды в цитоплазме (Кулаев, 1927; Billard et al., 1972; Nicholls, Graham, 1972; Gresik et al., 1973; Guraya, 1976; Nagahama et al., 1978, 1982; Grier et al., 1980, 1989; Kerr et al., 1980; Soley, Vuren, 1984; Kretser, 1988; Dudois, Callard, 1989; Максимович, 2002). Согласно нашим предварительным данным (Незнанова и др., 2003; Реунов и др., 2003), у некоторых представителей Teleostei дегенерация остаточных гамет может происходить также путем клеточного распада - процесса, типичного для некоторых Metazoa (Ру-
зен-Ранге, 1980; Райцина, 1982; Хотимченко и др., 1993), но ранее неизвестного у костистых рыб. В силу того, что дегенерация остаточных мужских гамет обнаружена нами и у костистых рыб, изучение данного процесса, по-видимому, необходимо для расширения знаний о постнерестовой деструкции гамет в этой группе позвоночных.
В данной работе с применением метода трансмиссионной электронной микроскопии рассматривается способ деструкции остаточных сперматозоидов у остроголовой камбалы Cleisthenes herzensteini как представителя рыб с циклично функционирующими гонадами и у кеты ОпсогКупсКш keta, привлеченной как пример анадромных рыб, у которых постнерестовая дегенерация остаточных гамет сопряжена с последующей тотальной гибелью клеток всего тела.
Материал и методика. Для исследования были выловлены по три экземпляра самцов остроголовой камбалы (Уссурийский залив Японского моря, август 2001 г.) и кеты (устье р. Киевка, октябрь 2001 г.) на V стадии зрелости. Стадию зрелости определяли визуально (Моисеев и др., 1981).
Рыб препарировали в прижизненном состоянии. Кусочки гонад фиксировали в 2.5% глютаральдегиде, приготовленном на 0.1 М какодилатном буфере (рН 7.4), и дофиксировали
'Работа выполнена при финансовой поддержке грантов Минпромнауки (№ НШ 1219.2003.4) и Министерства образования (Е 02-6.0-249), а также грантов ДВО РАН: "Реакция морской биоты на изменения природной среды и климата", "Методология мониторинга морского биоразнообразия" и "Сравнительное изучение гаметогенеза у морских беспозвоночных и рыб".
Рис. 1. Семенник остроголовой камбалы СШяАепея кег2ет!ет1 после нереста. А - начальная фаза распада сперматозоидов: большая стрелка - сперматозоид с нарушенной клеточной мембраной (маленькая стрелка) и ядром в начальной стадии фрагментации хроматина; наконечники стрелок - участки клеточной мембраны, вздувшейся вокруг ядра и жгутика. Б - поперечный срез распадающейся головки сперматозоида: стрелка - рассеивающиеся элементы хроматина; наконечник стрелки - фрагмент клеточной мембраны, еще прилегающей к гамете. Обозначения: Ь - базальное тельце жгутика в средней части; т - митохондрии; я - сперматозоид с мембраной, вздувшейся вокруг головки; t - жгутик. Масштаб 1 мм.
в 2% четырехокиси осмия на том же буфере. После обезвоживания в спиртах и ацетоне возрастающей концентрации материал заключали в эпон-аралдит. Ультратонкие срезы получены с применением ультрамикротома ЯеюЬеЛ-Е. Срезы, окрашенные уранилацетатом и цитратом свинца, исследовали и фотографировали с помощью трансмиссионного электронного микроскопа ШМ-100В.
Результаты и обсуждение. При изучении у кеты Оп-согкупскш ке1а и остроголовой камбалы С1е1з№епе8 кеггеп-¡¡ет в посленерестовых семенниках обоих видов обнаружены остаточные невыметанные сперматозоиды. В гонадах отсутствовали клетки-макрофаги, поглощающие гаметы. Никаких признаков фагоцитарной активности не выявлено и со
стороны соматических фолликулярных клеток стенки семенников. Тем не менее в гонаде отмечено "самоуничтожение" остаточных сперматозоидов путем их фрагментации.
У обоих видов рыб начальным этапом данного процесса, по-видимому, можно считать набухание клеточной мембраны, как это показано на примере остроголовой камбалы (рис. 1А). Затем происходило нарушение целостности мембраны и отмечался ее распад на отдельные фрагменты (рис. 1А, Б). Одновременно с этим изменялась структура хроматина сперматозоидов, который как у остроголовой камбалы (рис. 1А, Б), так и у кеты (рис. 2А) фрагментировался на гло-булоподобные гранулы. В дальнейшем в сперматозоидах обоих видов наблюдался полный распад ядер (рис. 2Б) с после-
ПOCTHEPECTOBAЯ ДECTPУKЦИЯ
131
Рис. 2. Семенник кеты Oncorhynchus keta после нереста. А - сперматозоиды без клеточных мембран с ядрами в начальной стадии распада хроматина (указаны стрелками); Б - разрушенный сперматозоид, фрагменты которого рассеиваются в цитоплазме. Масштаб 1 мм.
дующим рассеиванием всех элементов клетки в полости семенника (рис. 3).
Полученные данные позволяют сделать вывод о распаде или фрагментации остаточных мужских гамет в гонадах двух исследованных видов костистых рыб. Интересно, что данная особенность обнаружена не только у кеты, у которой распад сперматозоидов можно объяснить завершением жизненного цикла, но и у камбалы, нерестящейся в течение всей жизни. Вероятно, в сперматозоидах обоих видов происходит автоли-тический паттерн клеточной деградации, сопровождаемый активизацией гидролаз, обеспечивающих структурную фрагментацию хроматина и клетки в целом. Как принято считать (Clarke, 1990; Majno, Joris, 1995; Huppertz et al., 1999), фрагментация ядерного материала является первичным проявлением программной клеточной смерти (апоптоза), реализацию которой обеспечивают ферменты каспазы. Однако, несмотря
на то, что активность каспаз недавно была обнаружена в человеческих эякулятах (Sakkas et al., 2002; Weng et al., 2002), явление апоптоза пока не доказано для мужских гамет многоклеточных животных. Известно, что существуют и другие (отличные от апоптоза) способы клеточной деструкции, обеспечиваемые иными группами пока не изученных генов (Clarke, 1990; Vaux, Korsmeyer, 1999), поэтому распад сперматозоидов теоретически может осуществляться и неапопти-ческим способом.
Деструкция гамет, основанная на принципе аутолитиче-ского распада, является одной из возможных разновидностей пострепродуктивной утилизации остаточных половых продуктов, известной, например, у иглокожих (Хотимченко и др., 1993). У многих беспозвоночных и позвоночных животных невыметанные гаметы не распадаются, а фагоцитируются соматическими вспомогательными клетками, постоянно при-
БИOЛOГИЯ MOPЯ том 31 № 2 2005
(А) (Б) (В)
Рис. 3. Схема аутолитического распада, типичного для мужских гамет остроголовой камбалы С1е1зЛепез кег2ет!ет1 и кеты ОпсоЛуп-скт кеtа. А - сперматозоид перед деструкцией, Б - сперматозоид в начальной стадии деструкции, В - сперматозоид в стадии прогрессирующей деструкции. Обозначения: п - ядро, т - митохондрия, t - жгутик, рс - проксимальная центриоль, дс - дистальная центриоль. Большие стрелки - направление деструкции, маленькие стрелки показывают разрывы клеточной мембраны у сперматозоида в начальной стадии деструкции.
сутствующими в гонадах (Рузен-Ранге, 1980; Buckland-Nicks, Chia, 1986; Sakai, Yamashina, 1989; Cavey, Markel, 1994; Jorgensen, Lütsen, 1997), или клетками-целомоцитами, интро-дуцирующимися в гонады по мере необходимости (Breucker, 1978; Касьянов и др., 1980). Известно, что у костистых рыб фагоцитозу и резорбции подвергаются мужские гаметы, сохраняющие целостную структуру (Максимович, 2002). Наши данные являются первым с
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.