научная статья по теме ВЛИЯНИЕ ТЕПЛОВОГО СТРЕССА И ПЛОТНОСТИ ОСОБЕЙ НА ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ ПОВЕДЕНИЯ ПОЧВЕННОЙ НЕМАТОДЫ CAENORHABDITIS ELEGANS К ДЕЙСТВИЮ АЛДИКАРБА И ЛЕВАМИЗОЛА Охрана окружающей среды. Экология человека

Текст научной статьи на тему «ВЛИЯНИЕ ТЕПЛОВОГО СТРЕССА И ПЛОТНОСТИ ОСОБЕЙ НА ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ ПОВЕДЕНИЯ ПОЧВЕННОЙ НЕМАТОДЫ CAENORHABDITIS ELEGANS К ДЕЙСТВИЮ АЛДИКАРБА И ЛЕВАМИЗОЛА»

ЭКОЛОГИЯ, 2015, № 5, с. 394-396

КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ

УДК 574.24

ВЛИЯНИЕ ТЕПЛОВОГО СТРЕССА И ПЛОТНОСТИ ОСОБЕЙ НА ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ ПОВЕДЕНИЯ ПОЧВЕННОЙ НЕМАТОДЫ CAENORHABDITIS ELEGANS К ДЕЙСТВИЮ АЛДИКАРБА И ЛЕВАМИЗОЛА

© 2015 г. Т. Б. Калинникова, Р. Р. Шагидуллин, Е. Б. Белова, Р. Р. Колсанова, М. Х. Гайнутдинов

Институт проблем экологии и недропользования АН Республики Татарстан 420087Казань, ул. Даурская, 28 e-mail: tbkalinnikova@gmail.com Поступила в редакцию 10.09.2013 г.

Ключевые слова: Caenorhabditis elegans, тепловой стресс, плотность особей, левамизол, алдикарб.

DOI: 10.7868/S0367059715050108

В связи с сильным влиянием современного глобального потепления климата Земли на численность и географическое распространение многих видов пойкилотермных животных большое значение имеет вопрос о причинах этого влияния на уровне организма и популяции. Данный вопрос во многом остается открытым из-за чрезвычайной сложности процессов, происходящих при превышении физиологического оптимума температуры в нервных системах пойкилотерм-ных животных, которые формируют адаптивные реакции на умеренное повышение температуры среды и в то же время являются мишенью тепловых нарушений функций целого многоклеточного организма (Riddle, Albert, 1997; Kalinnikova et al., 2012; Robertson, Money, 2012).

К важнейшим нейротрансмиттерам в организмах человека и животных, позвоночных и беспозвоночных, относится ацетилхолин (АХ) (Sattelle, 2009). Имеются данные о ключевой роли АХ в терморегуляции гомойотермных животных (Go-meza et al., 1999), но его возможная роль в реакциях беспозвоночных на тепловой стресс на уровне организма и популяции не известна. Для выяснения этой роли АХ удобной моделью может быть свободноживущая почвенная нематода Caenorhabditis elegans, так как основные молекулярные механизмы функций холинергической системы, детально изученные у C. elegans, высококонсервативны в эволюции (Sattelle, 2009).

Цель настоящей работы — проверка гипотезы, предполагающей, что изменения функций холи-нергических синапсов являются компонентой реакции организма C. elegans на тепловой стресс и повышение плотности особей.

Эксперименты проводили с молодыми половозрелыми нематодами линии C. elegans дикого типа N2 Bristol, выращенными при температуре 23°C в чашках Петри со стандартной средой выращивания нематод (СВН) (Brenner, 1974) при кормлении E. coli 0P50. Влияние температуры среды, ингибитора ацетилхолинэстеразы (АХ-эстеразы) алдикарба и агониста никотиновых рецепторов АХ (н-холинорецепторов) левамизола на поведение C. elegans изучали на нематодах, инкубированных в NG буфере (0.3% NaCl, 1 mM CaCl2, 1 mM MgS04, 25 mM калийфосфатного буфера (pH 6.0)) (Brenner, 1974) при температурах 23, 28, 30 и 33°C при действии левамизола и 23, 30 и 33°C — при действии алдикарба. Червей трижды отмывали NG буфером и переносили индивидуально в пробирки с 1 мл NG буфера, в который был добавлен левамизол (50 ^M) или алдикарб (30 ^M). После этого каждые 15 мин с использованием стереоскопического микроскопа SMZ-05 регистрировали нарушения плавания червя, индуцированного механическим стимулом (встряхивание пробирки с червем), проявляющиеся в нарушениях координации мышц тела, необходимой для синусоидальных движений тела при плавании, или отсутствии способности к непрерывному плаванию в течение 10 с после стимула (плавание с остановками). В каждом варианте эксперимента тестировали 30 червей. Показателем устойчивости поведения к действию левамизола или алдикарба служило среднее время появления нарушений плавания, индуцированного механическим стимулом. Статистическую обработку результатов проводили с использованием t-крите-рия Стьюдента. В работе применяли реактивы фирмы Sigma.

ВЛИЯНИЕ ТЕПЛОВОГО СТРЕССА И ПЛОТНОСТИ ОСОБЕЙ

395

Среднее время, мин 80 г

70 60 50 40 30

20 10

0

т 1 □ 2

♦ ♦ ♦

i

♦ ♦ ♦ in

♦ ♦ ♦

*** if

И_

23

28 30 33

Температура среды, °C

Рис. 1. Влияние теплового стресса и плотности особей (1 — низкая, 2 — высокая) на чувствительность поведения С. в^ат к действию левамизола. По оси ординат — среднее время появления нарушений плавания С. в^ат под действием левамизола. Перед экспериментом нематоды 20 ч находились в чашках Петри при низкой (п = 300) и высокой (п = 1500) плотности при температуре 23°С. * — достоверность влияния температуры на чувствительность поведения С. в^ат к левамизолу в экспериментах с нематодами, предварительно инкубированными при низкой плотности особей (** — р < 0.01; *** — р < 0.001); • — достоверность влияния температуры на чувствительность поведения С. вlвgans к левамизолу в экспериментах с нематодами, предварительно инкубированными при высокой плотности особей (••• — р < 0.001); ♦ — достоверность влияния плотности особей на чувствительность поведения С. в^ат к левамизолу ( ♦♦♦ — р < 0.001).

Среднее время, мин 50

45 1- i —*

40 35 30 25 20 15 10 5 0

1 □ 2

rin

♦ ♦ ♦ п

23

30 33

Температура среды, °C

Рис. 2. Влияние теплового стресса и плотности особей (1 — низкая, 2 — высокая) на чувствительность поведения С. вlвgans к действию алдикарба. По оси ординат — среднее время появления нарушений плавания С. вlвgans под действием алдикарба. Перед экспериментом нематоды 20 ч находились в чашках Петри при низкой (п = 300) и высокой (п = 1500) плотности при температуре 23°С. * — достоверность влияния температуры на чувствительность поведения С. в^ат к алдикарбу в экспериментах с нематодами, предварительно инкубированными при низкой плотности особей (* — разница недостоверна; *** — р < 0.001); • — достоверность влияния температуры на чувствительность поведения С. в^ат к алдикарбу в экспериментах с нематодами, предварительно инкубированными при высокой плотности особей (••• — р < 0.001); ♦ — достоверность влияния плотности особей на чувствительность поведения С. в^ат к алдикарбу (♦ — разница недостоверна; ♦♦♦ -р < 0.001).

*

**

Для изучения функций холинергических синапсов C. elegans методами молекулярной генетики применяется фармакологический (токсикологический) анализ поведения, включающий в себя определение чувствительности локомоции к действию ингибитора АХ-эстеразы алдикарба и аго-ниста н-холинорецепторов нематод левамизола (Jospin et al., 2009). Этот анализ был использован нами для проверки предположения о том, что температура среды и плотность особей в популяции являются факторами среды, оказывающими сильное влияние на холинергические синапсы C. elegans. В экспериментах 300 и 1500 нематод 3-дневного возраста переносили в чашки Петри диаметром 40 мм с СВН и E. coli 0P50. Через 20 ч червей смывали с чашек Петри, трижды отмыва-

ли N0 буфером и определяли чувствительность поведения к алдикарбу и левамизолу.

Как видно из рис. 1, 2, после 20-часовой инкубации при низкой плотности особей (п = 300) повышение температуры в диапазоне 23-30°С вызывает небольшое увеличение чувствительности локомоции к левамизолу, в то время как повышение температуры до 33°С индуцирует сильную сенсибилизацию поведения как к левамизолу, так и к алдикарбу. При высокой плотности особей (п = 1500) наблюдалось значительное повышение чувствительности поведения к левамизолу при 23°С и сильная сенсибилизация поведения к ле-вамизолу и алдикарбу с ростом температуры до 28 и 30°С.

ЭКОЛОГИЯ № 5 2015

396

КАЛИННИКОВА и др.

Поскольку левамизол является селективным агонистом н-холинорецепторов нематод (Jospin et al., 2009; Sattelle, 2009), результаты наших экспериментов показывают, что превышение физиологического оптимума температуры и высокая плотность особей вызывают сенсибилизацию н-холинорецепторов C. elegans. Очевидно, что эта сенсибилизация может считаться причиной увеличения чувствительности поведения к алдикар-бу (см. рис. 2), так как нарушения поведения алди-карбом также являются следствием гиперактивации н-холинорецепторов в условиях повышения концентрации АХ ингибированием АХ-эстеразы.

Организмы почвенных нематод, как и других пойкилотермных животных, в ходе эволюции настроены на температурные параметры их экологических ниш. Превышение физиологического оптимума температуры вызывает у C. elegans адаптивные реакции как на уровне организма, так и на уровне популяции (Riddle, Albert, 1997; Kalinniko-va et al., 2012; Robertson, Money, 2012). Поэтому очевидно, что сенсибилизация н-холинорецепто-ров умеренным повышением температуры до 28 или 30°C (см. рис. 1) является компонентой приспособительной реакции организма на превышение физиологического оптимума температуры, которая вызывает повышение резистентности взрослых червей к экстремальной высокой температуре 36°C (Kalinnikova et al., 2012).

Известно, что высокая плотность особей в лабораторных популяциях C. elegans изменяет направление термотаксиса взрослых червей на температуру выращивания (отрицательный вместо положительного) (Hedgecock, Russel, 1975) и вызывает переход личинок III возраста в диапаузу — состояние, в котором организм защищен от действия как высокой температуры, так и высыхания и голодания (Riddle, Albert, 1997). Этот переход индуцируется и умеренным повышением температуры среды при наличии синергизма в действии высокой плотности и повышения температуры (Riddle, Albert, 1997). Поэтому сенсибилизация н-холинорецепторов к умеренному повышению температуры высокой плотностью особей (см. рис. 1) также может быть следствием адаптивных изменений функций организма C. elegans. Двумя возможными причинами сенсибилизации C. elegans к повышению температуры среды высокой плотностью особей является действие феромонов, которое у личинок III возраста вызывает переход в диапаузу (Riddle, Albert, 1997), и повышенная конкуренция за пищу, так как даже при кратковременном дефиците пищи у C. elegans появляются сильные изменения функций нервной системы (Mohri et al., 2005). В то же время при высокой плотности особей значительно повышается чувствительность н-холинорецепторов и при отсутствии теплового стресса (см. рис. 1). Поэтому возможно, что активацию холинергических синап-

сов сенсибилизацией н-холинорецепторов можно считать неспецифической реакцией организма C. elegans на ухудшение окружающей среды.

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

Пoхожие научные работыпо теме «Охрана окружающей среды. Экология человека»