МедмцмнскйЖ зкологмж
УДК 57.084.1
ИЗУЧЕНИЕ ХАРАКТЕРА ВОЗДЕЙСТВИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ПРИРОДЫ В ХОДЕ МОДЕЛЬНОГО ЭКОЛОГО-ГЕНЕТИЧЕСКОГО ЭКСПЕРИМЕНТА
Т. Е. Алешина, доцент,
Н. В. Ергольская, доцент,
Н. В. Ворсобина, доцент,
Калужский государственный университет
им. К. Э. Циолковского,
t-aleshina@yandex.ru
Показаны некоторые аспекты реализации адаптивного ответа на воздействие низкоинтенсивного импульсного лазерного излучения (НИЛИ) на разных уровнях организации и в зависимости от стадии развития организма плодовой мушки Drosophila melanogaster лабораторной линии «дикий тип». НИЛИ в интервале экспозиционных доз от 0,64 до 6,65 Дж/м2 вызывает изменение массы тела, содержания РНК и белка, активности ферментов а-амилазы и каталазы у личинок, куколок, 12- и 120-часовых имаго Drosophila melanogaster. Выявлены дозовые пороги эффектов биостимуляции для каждого признака. Характер формы кривой «доза-эффект» для всех исследованных признаков имеет общую форму. На каждой стадии онтогенеза D. melanogaster наибольший отклик на воздействие НИЛИ наблюдается со стороны тех систем организма, функционирование которых является наиболее значимым на данном этапе развития.
The article shows some aspects of the implementation of adaptive response to the effect of low-intensity pulsed laser radiation (LPLR) at different levels of the organization and depending on the stage of development of the body of the fruit fly Drosophila melanogaster of the laboratory line of "wild type". LPLR in the interval of the exposure dose from 0,64 to 6,65 j/m2 causes a change in body weight, the quantities of RNA and protein, the activity of the enzyme alpha-amylase and catalase in larvae, pupae, 12 — and 120-hour imago of Drosophila melanogaster. The dose thresholds of the biostimulation effects for each characteristic were revealed. The character of the curve of the "dose-effect" for all investigated features has the same common form. At each stage of ontogenesis of D. melanogaster the greatest response to the impact by LPLR was observed from those of the body's systems, functioning of which is the most important at this stage of development.
Ключевые слова: низкоинтенсивное лазерное излучение, онтогенез, дрозофила, а-амилаза, каталаза, РНК, белок, дозовая зависимость.
Keywords: low-intensive pulse laser radiation, ontogenesis, Drosophila, а-amylase, catalase, RNA, protein, dose dependence.
Введение. Проблема безопасности жизнедеятельности человека в реальных условиях последствий технического прогресса приобрела большую остроту. В связи с этим представляют интерес вопросы, касающиеся адаптивных свойств организма; оценки отдаленных последствий действия повреждающих факторов; запуска и реализации ответа организма на факторы внешней среды. Поскольку экологические сдвиги в природной среде, любая стрессовая ситуация, действующие на организм, вызывают его изменчивость, определяющуюся свойствами генотипа [1], решение вышеуказанных вопросов должно учитывать все уровни организации и виды регуляции организма, и не только в первом поколении, но и в последующих тоже.
Объекты и методы исследования. Практическое решение этой проблемы непосредственно в популяции человека затруднено. Поэтому перспективна работа в лабораторных условиях с экспериментальным объектом. Такой объект должен соответствовать двум основным критериям: быть простым в содержании и иметь короткий цикл развития (так, например, широко используются дрожжевые клетки, лабораторные линии мышей и крыс, плодовой мушки дрозофилы). В Научно-образовательном центре биофизических исследований КГУ в качестве модельных объектов используются более 20 лабораторных линий Бго-
ворЬИа melanogaster. В ходе модельного эксперимента возможно моделирование воздействия реальных факторов внешней среды (одного или нескольких) на экспериментальный объект с целью изучения их влияния на организм. В зависимости от целей эксперимента варьируется возраст организма в момент воздействия и проводится анализ признаков на разных стадиях индивидуального развития биологического объекта.
Нами исследовалось влияние на тест-объект низкоинтенсивных неионизирующих излучений с разной длиной волны, разнообразных комбинаций излучения с другими экологическими факторами. Получены уникальные данные по механизмам адаптивной реакции живого организма как сразу после воздействия, так и у прямых и отдаленных потомков, а также сведения о влиянии исследуемых факторов на продолжительность жизни. Определено участие генотипа в регистрируемых эффектах. Одним из аспектов оценки влияния неионизи-рующих излучений на организм является решение вопросов, касающихся процессов реализации адаптивного ответа на молекулярном уровне, зависимости отклика на воздействие от стадии развития организма.
Целью настоящей работы являлось изучение изменений показателей массы тела, содержания РНК и белка, активности ферментов а-амилазы и каталазы у облученных НИЛИ (1 = 890 нм) особей БговорЬИа melanogaster на разных стадиях развития.
Объектом исследования служила ОговорЫ^ melanogaster линии Д-32 («дикий тип»). Воздействию НИЛИ подвергали личинок дрозофилы в возрасте 72 часов постэмбрионального развития. Далее анализировались четыре возрастные группы дрозофилы: личинки (через 24 часа после облучения), куколки (через 48 часов после формирования пупария), 12-часовые и 120-часовые имаго. Определение показателей массы тела, содержания РНК и белка, активности ферментов а-амилазы и каталазы проводилось по соответствующим методикам [2, 3].
Обсуждение полученных результатов
1. Анализ дозовой зависимости. При анализе рассматриваемых морфологических и биохимических признаков Б. melanogaster привлекает внимание зависимость характера их изменения от значений доз подводимой энергии НИЛИ. Исследования дозовой зависимости влияния НИЛИ с ЧСИ 150 Гц на проявление морфофункциональных и биохимических
признаков показали, что при постепенном возрастании дозы энергии облучения наблюдается последовательная смена определенных процессов. Так, при некоторых минимальных значениях экспозиционной дозы до определенного значения пороговой величины подводимой энергии эффект изменения в какую-либо сторону анализируемого показателя отсутствует. Применение НИЛИ с определенным (пороговым) значением дозы энергии приводит к появлению биологического эффекта, проявляющегося в увеличении значения изучаемого признака у облученных особей по сравнению с необлученными. При дальнейшем повышении количества подводимой энергии происходит усиление эффекта до максимального значения, наблюдается фаза стимуляции, вслед за которой, при дальнейшем возрастании дозы энергии используемого НИЛИ, наступает снижение величины биоэффекта до уровня контрольных значений. Далее, как правило, наблюдается вторая фаза проявления эффекта стимуляции, имеющая ту же направленность, что и первая. После этого облучение с более высокими экспозиционными дозами и чей 150 Гц обуславливает выход значений анализируемых признаков на уровень контрольных. Необходимо заметить, что при сходстве формы кривых доза-эффект в целом существуют некоторые отличия, обусловленные, вероятно, спецификой изучаемого признака. Так, для разных признаков отличаются дозовые пороги наступления эффектов биостимуляции. Как показывают экспериментальные данные, пороговые величины подводимой энергии НИЛИ для каждого из анализируемых признаков принимают следующие значения: при облучении с дозой энергии 0,64 Дж/м2 наступает эффект повышения активности ферментов каталазы и а-амилазы; при облучении с дозой энергии 1,28 Дж/м2 отмечается повышение средней массы тела особей и содержания РНК; с дозой энергии 2,66 Дж/м2 — общего содержания белка. Имеют место различия в величинах доз подводимой энергии, вызывающих максимальный эффект. Максимальное повышение средней массы тела особей отмечается при дозе, более высокой, чем таковые, вызывающие наибольшее увеличение биохимических показателей.
2. Зависимость отклика на воздействие от стадии развития организма. В настоящее время растет признание того, что исходное функциональное состояние систем организма создает определенные внутренние (эндогенные) условия формирования первичных звень-
ев ответной реакции, определяет пороговые величины и направленность того или иного эффекта [4, 5].
Согласно результатам наших экспериментов, уровень метаболических процессов на каждом определенном этапе развития оказывает значительное влияние на характер проявления того или иного биоэффекта НИЛИ в ходе онтогенеза. При сходной направленности биологических эффектов отличается степень их выраженности у личинок, куколок и имаго дрозофилы. Так, нами было показано, наибольший прирост средней массы тела особей после облучения с биостимулирующими дозами энергии наблюдается у личинок (через 24 часа после воздействия).
Признак средней массы тела особей использовался в наших исследованиях в качестве интегрального показателя, отражающего активность метаболических процессов в организме. В онтогенезе дрозофилы самую большую массу тела имеют особи, находящиеся на стадии личинки. В процессе роста и развития в теле личинки насекомого происходят интенсивные процессы обмена веществ. За короткий срок масса и размеры тела увеличиваются в сотни раз, идет активное накопление запасных питательных веществ, необходимых для дальнейшего метаморфоза, образуются зачатки имаги-нальных органов [6]. Вследствие этого вполне закономерным является тот факт, что наиболее значимые изменения этого признака отмечены у активно развивающихся особей с высоким уровнем пластического и энергетического обмена вскоре после примененного воздействия с соответствующими параметрами.
Анализ изменения общего содержания белка и РНК после воздействия НИЛИ показал, что увеличение значения этих признаков носит достаточно стабильный характер. Результаты исследования содержания белков на разных стадиях развития дрозофилы в контроле свидетельствуют о стабильности этого показателя в процессе развития с некоторым понижением к пятым суткам жизни дрозофилы. Явно выражена зависимость уровня акти
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.