научная статья по теме ВЛИЯНИЕ ТЕРАГЕРЦОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ ЖИЗНИ СТРЕССИРОВАННЫХ ДРОЗОФИЛ Биология

Текст научной статьи на тему «ВЛИЯНИЕ ТЕРАГЕРЦОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ ЖИЗНИ СТРЕССИРОВАННЫХ ДРОЗОФИЛ»

БИОФИЗИКА, 2014, том 59, вып. 3, с. 558-564

БИОФИЗИКА СЛОЖНЫХ СИСТЕМ

УДК 539.1.04

ВЛИЯНИЕ ТЕРАГЕРЦОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА П Р ОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ ЖИЗНИ СТР ЕССИ Р ОВАННЫХ ДР ОЗОФИЛ

© 2014 г. В.И. Федоров, Н.Я. Вайсман*, Е.Ф. Немова, Н.А. Николаев**

Институт лазерной физики CО РАН, 630090, Новосибирск, просп. А кадемика Лаврентьева, 13/3;

E-mail: vif41@mail.ru

*Институт цитологии и генетики CО РАН, 630090, Новосибирск, просп. Академика Лаврентьева, 10;

E-mail: л^^5тап@Ыоие1.тс.ru

**Институт автоматики и электрометрии CО РАН, 630090, Новосибирск, просп. АкадемикаКоптюга, 1

E-mail: nazar@iae.nsk.su

Поступила в p едакцию 06.08.13 г. После доработки 20.01.14 г.

Самцов и виргинных самок дрозофил подвергали стрессу ограниченного пространства с лишением корма в течение 3 ч. Часть из них дополнительно облучали в диапазоне 0,1-2,2 ТГц в течение 30 мин. Регистрировали продолжительность жизни индивидуальных особей. Облучение оказало некоторое позитивное влияние на выживаемость самцов на этапе монотонного снижения численности и отрицательное в период относительной стабильности численности. Выживаемость облученных самок на этапе резкого падения численности была выше, чем у контрольных и стрессированных самок. Авторы предполагают, что терагерцовое излучение оказывает опосредованное влияние на экспрессию генов и сигнальные пути, контролирующие выживаемость и продолжительность жизни дрозофил.

Ключевые слова: терагерцовое излучение, биологические эффекты электромагнитных полей, дрозофила, стресс, продолжительность жизни.

Терагерцовое излучение (0,1-10 ТГц) оказывает влияние на статус генетической системы, что следует из результатов исследований, показавших избирательное влияние излучения на экспрессию генов различных про - и эукар ио-тических клеток [1-6] и на дифференцировку стволовых клеток [7]. Отражением такого влияния является изменение масштаба проявления фенотипического полиморфизма у облученных микро - и многоклеточных о рганизмов [4,8,9] и увеличение спектра мутационных изменений в последующих поколениях [10].

Важным генетически обусловленным признаком является продолжительность жизни [11]. П родолжительность жизни и ее гендерная специфика - сложные свойства, которые зависят от многих генетических факторов, внешней среды и взаимодействия между ними. Высокая степень консервативности генов и клеточных сигнальных путей у разных видов позволяет изучать механизмы продолжительности жизни на модельных объектах. Идеальной моделью для этих целей является дрозофила с ее коротким временем воспроизводства, высокой плодовитостью, хорошо изученными генетически-

ми ресурсами и рядом известных генов, контролирующих продолжительность жизни [12,13].

В предыдущих исследованиях было показано, что терагер цовое излучение в зависимости от дозы вызывает в пер вом поколении, полученном от облученных дрозофил, как повышение плодовитости и жизнеспособности [14], так и проявление стерильности и появление рецессивных летальных мутаций [9], а также изменение динамики созр евания и соотношения полов [15]. К роме того, терагер цовое излучение способствовало снижению у имаго числа спонтанных и индуцированных у-облучением в личиночном пер иоде соматических мутаций в клетках крыльев [16]. Все эти результаты свидетельствуют об отклике генетической системы дрозофил на терагерцовое излучение.

В настоящей работе изучали влияние тера -герцового излучения на продолжительность жизни самцов и самок дрозофил. Исследование предпринято для получения новой информации об организменных проявлениях влияния тера-герцового излучения на статус генетической

системы. P анее подобные исследования не пр о -водились. Это исследование имеет отношение и к выяснению вопр о са о биоопасно сти тер а -гер цового излучения, в связи с тенденцией развития новых технологий, использующих это излучение [17].

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

В экспер именте использовали др озофил линии Oregon R из фонда Института цитологии и генетики CО РАН. Для проведения опыта мух р азмножали пр и нор мальной темпер атур е (25°C). Затем под бинокуляр ной лупой отбир а -ли в эксперимент самок и самцов в течение суток после вылета имаго. Для отбор а о собей мух нар котизир овали эфир ом. Др озофил р ас-саживали в одинаковые со суды, содержащие стандартную питательную среду, по 30 мух в каждый. Самок содер жали отдельно от самцов. Подопытная группа со стояла из 120 мух каждого пола.

Мух каждого пола помещали по 20 особей в контейнеры для облучения (стандартные пластиковые пр обир ки Эппендор фа высотой 50 мм и диаметр ом 5,5 мм). Диаметр пр обир ки соответствует диаметр у тер агер цового луча (5 мм). Отверстия пробирок закрывали пленкой из пар афилма, в котор ой пр едвар ительно пр оделы-вали иглой отверстия для поступления воздуха. В проверочном эксперименте установлено, что в натянутом со стоянии пленка поглощает не более 1% излучения.

Пребывание мух в таком контейнере без пищи можно ра сценивать как стр есс. Показано, что содержание дрозофил в течение нескольких часов даже на обедненной питательной среде [18] или п р и повышенной плотности в огр ани-ченном пр о стр анстве [19] вызывает неспецифическую стр ессовую реакцию. Поэтому в данном эксперименте мухи подвергались комбинации стр ессор ных фактор ов: огр аничение пр о стр ан-ства, скученно сть, лишение пищи.

В качестве источника тер агер цового излучения использовали лазер ную систему, созданную в Институте автоматики и электрометрии С О РАН. Система генер и р ует шир окополосное импульсное тер агер цовое излучение в диапазоне 0,1-2,2 ТГц с длительностью импульса 1 пс, мощностью в импульсе 8,5 мВт. Частота по-вто р ения импульсов 76 МГц. Излучение модулируется с частотой 10 КГц. Подробное описание лазер ной системы дано в р аботе [20].

П р обир ки с мухами облучали последовательно по одной в течение каждых 30 мин. Выбор такого режима облучения обусловлен его эффективно стью, пр оявившейся в пр едыду-

I II III VI

0.1

0 6 12 18 24 30 36 42 48 54

Дни жизни

Рис. 1. Кривые выживаемости самцов и самок гр уппы внешнего контр оля. Выделены пер иоды: I -со xp анение стопр оцентной численности, II - монотонное снижение численности, III - относительно стабильная численность с последующим монотонным снижением, IV - р езкая убыль численности.

щем экспер именте пр и исследовании влияния тер агер цового излучения на динамику созр ева -ния и соотношения полов у потомков облученных др озофил, в котор ом выявлены гендер ные особенности отклика оплодотворенных яйцеклеток на излучение [15].

Необлученные мухи (по 120 мух каждого пола) находились в таких же контейнер ах и служили в качестве внутр еннего контр оля. Общее пр ебывание мух вне лабор атор ных условий со ставило 3 ч. Затем облученных и необлучен-ных др озофил пер есаживали в стандар тные со -суды и помещали в термостат с постоянной темпер атур ой 25°C. Каждые тр ое суток мух пер есаживали на свежий кор м и вели р егист-р ацию смер тности вплоть до завер шения цикла жизни у всех подопытных и необлученных мух. Полученные результаты ср авнивали с данными по продолжительности жизни мух, находившихся в стандартных лабор атор ных условиях (внешний контр оль, по 120 мух каждого пола).

Для опр еделения ур овня статистической значимо сти р азличий между ср едними значениями продолжительности жизни применяли кр итер ий Стьюдента, между кр ивыми выживаемости - log-rank тест [21].

РЕЗУЛЬТАТЫ И ССЛЕДОВАНИЯ

Средняя пр одолжительность жизни самцов из группы внешнего контр оля со ставила 32,5 ± 1,2 суток, самок - 34,3 ± 1,36 суток. На рис. 1

Р ис. 2. К р ивые выживаемости самцов подопытной гр уппы и гр упп внешнего и внутр еннего контр оля. Обозначения те же, что на р ис. 1.

Рис. 3. Кривые выживаемости самок подопытной гр уппы и групп внешнего и внутр еннего контр оля. Обозначения те же, что на р ис. 1.

пр едставлена динамика убывания численности мух этой группы в течение всего наблюдения. Видно, что у контр ольных мух можно выделить четыр е пер иода жизни в стадии имаго, хар актер изующихся р азной динамикой убывания численности. 1. С о хр анение стопр оцентной численности мух у обоих полов в пер вые шесть суток после вылета. 2. Монотонное снижение численности у обоих полов между 6-ми и 18-ми сутками. У самцов снижение численности начинается р аньше, но имеется этап относительной стабильности численности между 12-ми и 15-ми сутками. В итоге численность самцов и самок к концу периода практически одинакова и со ставляет около 80% от исходной величины. 3. Два этапа относительно стабильной численности самцов (с 18-ти по 30-е и с 33-и по 39-е сутки) с этапом монотонного снижения численности между 30-ми и 33-ми сутками (на 10%) и монотонная убыль самок на протяжении всего пер иода. В р езультате численность самцов до -минирует. К 39-м суткам численность самцов и самок отличается незначительно (60,0 и 57,7% от исходной величины соответственно). 4. Р ез-кая убыль численно сти у обоих полов. У самцов она более выражена. В итоге максимальная продолжительность жизни самок больше, чем самцов (51 и 45 суток соответственно). До максимального срока дожили 15% самцов. В это вр емя живыми были 30% самок. До 51-х суток дожили 5% самок.

Ни стресс, ни терагерцовое излучение на фоне стр есса не повлияли на пер вый пер иод у обоих полов (рис. 2, 3). Дальнейшие периоды отличались у самцов и самок. Во втором пе-

р иоде интенсивно сть снижения численно сти стрессированных самцов до 12-х суток была выше, чем в контр оле (21 и 14% соответственно). Затем наблюдался этап относительной стабильности с последующим менее выр аженным, чем в контр оле, убыванием численности к 18-м суткам (р ис. 2). Тер агер цовое излучение пр и-вело к некоторому уменьшению влияния стресса на выживаемость на этом отрезке жизни имаго (X2 = 2,38, р > 0,05). Интенсивность снижения численности у облученных мух до 12-х суток не отличалась от внешнего контр оля (р ис. 2). Однако дальнейшего этапа относительной стабильности не по следовало, и к 15-м суткам доли живых облученных и необлученных ст р ессир ованных самцов совпали. Затем доля живых облученных стр ессир

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