БИОЛОГИЯ ВНУТРЕННИХ ВОД, 2013, № 1, с. 56-60
= ИХТИОЛОГИЯ
УДК 597.554.3.116:537.3
ВЛИЯНИЕ ТИПИЧНОЙ МАГНИТНОЙ БУРИ НА МИТОЗ ЗАРОДЫШЕВЫХ КЛЕТОК И РАЗМЕРНО-МАССОВЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ПРЕДЛИЧИНОК ПЛОТВЫ (Rutilus rutilus L.)
© 2013 г. М. Г. Таликина, В. В. Крылов, Ю. Г. Изюмов, Ю. В. Чеботарева
Институт биологии внутренних вод им. И.Д. Папанина РАН, 152742 пос. Борок, Ярославская обл., Некоузский р-н, e-mail: talykina@ibiw.yaroslavl.ru Поступила в редакцию 20.06.2011 г.
Действие испытанных вариантов типичной магнитной бури вызывает биологический отклик на клеточном и организменном уровнях в стадии предличинки. Действие этого воспроизведенного экспериментально экологического фактора приводит к усилению митотической активности бла-стоцитов, может спровоцировать более раннее вылупление эмбрионов и не оказывает отрицательного влияния на размерно-массовые характеристики свободных эмбрионов.
Ключевые слова: митоз, зародышевые клетки, предличинки, бластоциты.
DOI: 10.7868/S032096521203014X
ВВЕДЕНИЕ
Магнитная буря (МБ) — это быстрые изменения в магнитном поле Земли, связанные с повышением солнечной активности. Мнение о влиянии магнитных бурь на все стороны земной жизни широко распространено, хотя и основано не на прямых наблюдениях, а на статистике совпадений магнитных бурь и каких-либо биологических явлений. Можно также утверждать, что в создание этого мнения немалый вклад вносит чисто эмоциональный фактор, считается, если произошла "буря", значит что-то могло пострадать. Для подтверждения или опровержения этого мнения накопления статистики совпадений или несовпадений явно недостаточно, требуются прямые доказательства. Получить такие доказательства можно путем воспроизведения в лабораторных условиях по возможности всех компонент магнитной бури и подачи полученного сигнала на какой-либо экспериментальный материал. Первые опыты такого рода, проведенные авторами на начальных этапах эмбриогенеза плотвы, но с использованием всего лишь одной Н-компоненты, показали существование отдаленных во времени биологических реакций. Они проявились в снижении размерно-массовых показателей молоди в первые месяцы жизни и в изменении у нее числа позвонков [8].
В связи с достигнутой реальной возможностью создавать заданные пользователем сложные трех-компонентные магнитные поля в 2010 и 2011 гг. поставлены новые эксперименты также на эмбри-
онах плотвы. Авторов интересовала не изученная ранее реакция прямого действия этого модифицированного внешнего экологического фактора на развивающуюся зиготу в период делений дробления и опосредованный его эффект на этапе развития свободного эмбриона. С этой целью авторы обратились к цитоморфологическому изучению митотического размножения зародышевых клеток. Митоз — генетически детерминированный процесс, основная задача которого — равное распределение наследственного материала и субклеточных структур в две образующиеся дочерние клетки. Нарушение его чревато дестабилизацией генома и онтогенетическими нарушениями на разных уровнях структурной организации [6]. Авторы сочли целесообразным проанализировать длину и массу вылупившихся предличинок. Предполагалось, что эти показатели могут быть связаны с характеристиками митоза, поскольку предличинки отстоят от эмбрионов на небольшой временной интервал, существуют в тех же условиях, как и эмбрионы, и поэтому не попадают под действие каких-либо иных, чем эмбрионы, средовых факторов.
Цель работы — выяснение особенностей действия воспроизведенной экспериментально типичной магнитной бури на уровень пролифера-тивной активности бластоцитов, выживаемость эмбрионов и линейно-массовые показатели пред-личинок плотвы.
нТл
-300
6
-300
12
18
6
12
18
Флуктуации геомагнитного поля в направлении х-компоненты (а, г), ^-компоненты (б, д) и ^-компоненты (в, е), использованные в качестве сигнала магнитной бури в 2010 (а, б, в) и 2011 гг. (г, д, е); по оси ординат — индукция магнитного поля, нТл.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Эксперименты проведены в мае 2010 и 2011 гг. В первом случае партию осемененной икры получили от двух пар производителей плотвы из Рыбинского водохранилища, во втором — от одной пары, выращенной в прудовых условиях.
Воспроизведение МБ проводили в экспериментальной установке, позволяющей компенсировать в рабочем объеме флуктуации геомагнитного поля и создавать заданные пользователем сложные трехкомпонентные магнитные поля. В состав экспериментальной установки входит трехкомпо-нентный феррозондовый магнитометр, регистрирующий локальное низкочастотное магнитное поле и его вариации (НВ0302А, НПО "ЭНТ", Санкт-Петербург), система из трех пар взаимно ортогональных колец Гельмгольца, в которой происходит компенсация трех компонент магнитного поля на основе регистрируемых сигналов и генерация заданных магнитных полей, оборудование для аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразования сигналов (ЬТЯ-Еи-8, ЗАО "Л-кард", Москва). Управляли экспериментальной установ-
кой с помощью компьютера со специальным программным обеспечением.
В экспериментах воспроизводились две магнитные бури на основе трехкомпонентного сигнала реальных МБ, случившихся в октябре—ноябре 2003 г. и записанных ранее на широте проведения экспериментов (см. рисунок). Бури сходны между собой по продолжительности и амплитуде вариаций, но различались по общей картине. Магнитные бури, соответствующие картине сигнала, использованного в эксперименте 2011 г., встречаются чаще, чем бури, соответствующие картине сигнала, использованного в эксперименте 2010 г.
Схема эксперимента включала экспонирование кристаллизатора с развивающейся икрой в МБ от оплодотворения до стадии поздней бластулы, что составило 24 ч. Контрольный вариант находился в условиях естественного магнитного поля.
Далее по окончании экспозиции часть эмбрионов фиксировали в жидкости Серра (зародыши 2010 г.) или в смеси этанола и ледяной уксусной кислоты — 3 : 1 (зародыши 2011 г.). Оставшиеся зародыши развивались до завершения процесса их вылупления из оболочек. Воду меняли 2 раза в сут-
ч
Таблица 1. Показатели митотического деления зародышевых клеток плотвы КиШт тиШив (Ь.)
Показатель Годы
2010 2011
Все бластоциты 25525 17440 1 915 0 1 6 34 0
Все митозы 3 30 3 89 8 69 909
Митотический индекс, %% 1 2.6 ± 0. 5 2 2.2 ± 1.8 * 45. 8 ± 1 . 9 5 6.7 ± 2.4 *
Стадии митоза на 1000 клеток:
метафаза в норме 6 .3 ± 0.4 9 . 3 ± 1 .2 * 18. 3 ± 1 . 1 23 .4 ± 1.1 *
метафаза аберрантная 0 .4 ± 0 .2 0 .8 ± 0 .2 2 . 1 ± 0 .4 2 . 4 ± 0 .4
анафаза + телофаза в норме 5.5 ± 0. 5 21. 7 ± 1. 1
1 1.1 ± 0.7 * 2 7.9 ± 2.2 *
анафаза + телофаза аберрантные 0 .4 ± 0 .2 1 .1 ± 0 .4 3 . 7 ± 0 .5 2 . 9 ± 0 .5
Всего митозов на 1000 клеток:
нормальных 1 1.8 ± 0. 3 2 0.3 ± 1.7 * 40. 0 ± 1 . 6 5 1 .3 ± 2.3 *
аберрантных 0 .8 ± 0 .3 1 .9 ± 0 .5 5 . 8 ± 0 .8 5 . 4 ± 0 .8
Примечание. Здесь и в табл. 2: над чертой — контроль, под чертой — магнитная буря;
"*" — различия статистически значимы (р < 0.05).
Таблица 2. Выживаемость и размерно-массовые характеристики предличинок плотвы ВиН1ш тиШив (Ь.)
Показатель Годы
2010 2011
Начало вылупления, ч 2 1 2 о 1 О 2 16 1 96
Массовое вылупление, ч 1 56 1 56 240 228
Выживаемость, % оплодотворенной икры 3 3.6 3 0.8 3 9.6 28 .3
Длина тела, мм 7 .1 0 ± 0. 04 7 . 19 ± 0.0 2 * 5 .9 6 ± 0. 04 6 . 07 ± 0.0 2 *
Масса тела, мг:
сырая 1. 606 ± 0. 052 1 . 620 ± 0. 078 1 . 226 ± 0. 047 1 . 33 1 ± 0. 092
сухая 0 . 202 ± 0. 026 0 . 21 0 ± 0. 033 0 . 17 1 ± 0. 032 0 . 184 ± 0. 046
Число личинок 5 0 5 0 5 0 5 0
ки. Температура инкубации в 2010 г. колебалась в пределах 17.0-19.6, в 2011 г. - 14.5-17°С.
Цитоморфологический анализ бластоцитов проводили на тотальных давленых препаратах, окрашенных ацетоорсеином [11]. Учитывали общее число просматриваемых клеток, клетки с нормой развития и клетки с отклонениями по отдельным стадиям митоза — метафазы, анафазы и тело-фазы, описанными для лососевых и карповых рыб [7, 13, 15]. Показателем активности размножения эмбриональных клеток служил митотический индекс - общее число митозов на 1 тыс. бластоцитов. Для анализа использовали по 30—35 зародышей.
Длину, сырую и сухую массы предличинок, зафиксированных в возрасте 11 сут в жидкости Сер-ра, определяли по стандартной методике [12].
Результаты обработаны статистически с использованием стандартного пакета прикладных программ 81а1А5Иса 6.0. Достоверность различий оценивали с помощью LSD-теста [18].
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Зародыши. При выбранном режиме экспозиции в обеих партиях отмечено стимулирующее действие МБ на пролиферацию зародышевых клеток. В проанализированных клетках опытных зародышей отмечено достоверное по сравнению с контролем увеличение числа отдельных стадий митоза и их общего числа в целом (табл. 1). Более низкие значения митотического индекса в 2010 г. обусловлены применением нестандартной для этих целей фиксирующей смеси, на увеличение числа митозов при действии МБ это обстоятельство не повлияло.
Достоверные различия в частоте встречаемости хромосомных аберраций в делящихся бластоцитах между контрольным и опытным вариантами не выявлены ни в 2010, ни в 2011 гг., что указывает на отсутствие кластогенного эффекта МБ.
Предличинки. В опытных группах значения отдельных анализируемых показателей отличаются от контрольных (табл. 2).
В экспериментальной партии 2011 г. зафиксировано опережающее по времени вылупление свободных эмбрионов и их меньшая выживаемость, тогда как годом ранее подобные эффекты не наблюдались. Отмечено также, что при более высоких температурах инкубации в 2010 г. начало и массовое вылупление эмбрионов происходило в более сжатые сроки, чем в эксперименте 2011 г.
Действие МБ не оказало депрессивного влияния на длину и массу тела свободных эмбрионов, напротив, величины этих показателей были несколько выше контрольных, хотя статистическая значимость подтверждена только для линейной характеристики.
ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
Цитогенетический анализ не выявил патологического влияния МБ на эмбриональные митозы. Вместе с тем, достоверный биологический отклик, проявившийся в значительном увеличени
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.