научная статья по теме ЛОКАЛИЗАЦИЯ ОБЛАСТИ С НАИБОЛЬШЕЙ РАЗРЕШАЮЩЕЙ СПОСОБНОСТЬЮ В ГАНГЛИОЗНОМ СЛОЕ СЕТЧАТКИ КАСПИЙСКОГО ТЮЛЕНЯ PHOCA CASPICA ПО ДАННЫМ ТОПОГРАФИЧЕСКОГО ИССЛЕДОВАНИЯ Математика

Текст научной статьи на тему «ЛОКАЛИЗАЦИЯ ОБЛАСТИ С НАИБОЛЬШЕЙ РАЗРЕШАЮЩЕЙ СПОСОБНОСТЬЮ В ГАНГЛИОЗНОМ СЛОЕ СЕТЧАТКИ КАСПИЙСКОГО ТЮЛЕНЯ PHOCA CASPICA ПО ДАННЫМ ТОПОГРАФИЧЕСКОГО ИССЛЕДОВАНИЯ»

ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК, 2009, том 429, № 6, с. 846-849

ОБЩАЯ БИОЛОГИЯ

УДК 591.484

ЛОКАЛИЗАЦИЯ ОБЛАСТИ С НАИБОЛЬШЕЙ РАЗРЕШАЮЩЕЙ СПОСОБНОСТЬЮ В ГАНГЛИОЗНОМ СЛОЕ СЕТЧАТКИ КАСПИЙСКОГО ТЮЛЕНЯ PHOCA CASPICA ПО ДАННЫМ ТОПОГРАФИЧЕСКОГО ИССЛЕДОВАНИЯ

© 2009 г. А. М. Масс

Представлено академиком Д.С. Павловым 15.07.2009 г. Поступило 16.07.2009 г.

Исследования зрительной системы морских млекопитающих выявили новые примеры мор-фофункциональной организации сетчатки этих животных, коррелирующие с их систематическим положением и экологией [12]. Наиболее четкие результаты получены на примере зрительной системы полуводных млекопитающих, в частности ластоногих, живущих в различных экологических условиях и обладающих водно-воздушным зрением. Их зрительная система располагает большим набором адаптивных механизмов, обеспечивающих функционирование как в воздушной, так и в водной среде [8]. Адаптивные особенности сетчатки наилучшим образом выражены в топографической организации ганглиозного слоя, в частности, в организации зон с максимальной плотностью клеток. Эти зоны обладают наибольшей разрешающей способностью по сравнению с другими областями сетчатки и определяют остроту зрения. Такие области известны у наземных млекопитающих как area centralis и зрительная полоска (visual streak). Длительное время существовало ошибочное представление об отсутствии таких областей в сетчатке ластоногих [3]. Однако наши недавние работы с использованием метода топографического исследования тотальных препаратов (wholemounte) сетчатки животных, живущих в разных экологических условиях и принадлежащих к разным систематическим группам, не только выявили области повышенной концентрации ганглиозных клеток у ластоногих, но и показали их различную организацию [4—7].

Особый интерес представляют эндемичные ластоногие. Одним из них является озерный каспийский тюлень Phoca caspica — единственное водное млекопитающее Каспийского моря. Эта самая маленькая нерпа среди всех ластоногих от-

Институт проблем экологии и эволюции

им. А.Н. Северцова

Российской Академии наук, Москва

личается от других видов по ряду морфологических признаков и экологии. Происхождение каспийского тюленя до настоящего времени не до конца ясно. Уникальность этого вида определяется тем, что он обитает в изолированном водоеме, вследствие чего его эволюция в течение длительного времени протекала независимо от других видов ластоногих. Кроме того, этот вид обитает в условиях, существенно отличающихся от условий обитания других видов по зрительной экологии. Данные по морфологии зрительной системы (в частности сетчатки) каспийского тюленя в литературе отсутствуют.

Задача настоящей работы состояла в исследовании морфологии ганглиозного слоя и распределения плотности и размеров ганглиозных клеток. По данным такого топографического исследования предполагалось локализовать области наибольшей концентрации ганглиозных клеток и оценить разрешающую способность сетчатки.

Материал (два глаза) получен на промысле во время планового забоя каспийского тюленя на Малом Жемчужном острове в Каспийском море по разрешению Каспийского НИИ рыбного хозяйства, а также на Утришской морской станции ИПЭЭ РАН. Один глаз был заморожен, и на его поперечных срезах проведены макроморфологи-ческие исследования и измерения оптико-геометрических параметров, необходимых для расчета остроты зрения. Другой глаз был использован для изготовления тотального препарата и исследования морфологии и топографии гангли-озного слоя сетчатки. Материал фиксирован в 10%-ном буферном растворе формалина, наиболее приемлемом фиксаторе для изготовления тотальных препаратов сетчатки большой площади.

Макроморфологическое исследование глаза каспийского тюленя (рис. 1) выявило шарообразную форму глазного яблока (наружный вертикальный и горизонтальный диаметры практически равны и составляют около 40 мм); наблюдается лишь слабое уплощение в аксиальном направле-

ЛОКАЛИЗАЦИЯ ОБЛАСТИ С НАИБОЛЬШЕЙ РАЗРЕШАЮЩЕЙ СПОСОБНОСТЬЮ

847

Рг

Рис. 1. Схема поперечного сечения глаза каспийского тюленя, сделанная с фотографии. Рг — роговица, Рд — радужка, Х — хрусталик, Ст — сетчатка, Ск —склера, Ц — цилиарное тело, Т — таберкулюм, ЗН — зрительный нерв.

нии. Глазной бокал представляет собой практически полусферу, в центре которой расположен круглый хрусталик диаметром 16—17 мм. Расстояние от центра хрусталика до сетчатки (т.е. радиус полусферы) составил 23 мм. Передняя камера имеет маленькие размеры. Хорошо развито ресничное тело. Тапетум у каспийского тюленя представлен тусклым темно-серым образованием, выстилающим все глазное дно, в отличие от сильно выра-

женного тапетума у других исследованных видов ластоногих. Склера утолщена в вентральной части глазного бокала, а в месте ее перехода в роговицу наблюдается значительное утолщение в виде валика. Наименьшая толщина склеры наблюдается в области горизонтального диаметра глазного бокала. Между склерой и ресничным телом значительное пространство занимает сетчатое образование таберкулюм (^атепШт ресйпаШт), развитое у каспийского тюленя лучше, чем у других исследованных видов ластоногих.

Тотальный препарат сетчатки изготовлен по методу [6] и окрашен по методу Ниссля 0.1%-ным раствором крезила—виолета, что обеспечило окрашивание всех нейронов сетчатки. Поверхностно лежащий ганглиозный слой под визуальным контролем кратковременно окрашивали, не прокрашивая более глубокие слои. Затем препарат обезвоживали, дифференцировали и заключали в заливочную среду. Такой препарат позволяет вести подсчет ганглиозных клеток, расположенных в поверхностном слое сетчатки, и исследовать их распределение.

Гистологическое исследование структуры ган-глиозного слоя сетчатки каспийского тюленя показывает, что он составлен одним рядом гангли-озных клеток, размеры клеток в пределах от 10 до 56 мкм. Как и у наземных млекопитающих на тотальном препарате (рис. 2) видны несколько типов нейронов. Для идентификации ганглиозных клеток использовали критерии, представленные в работе [14]. Ганглиозными считали мультипо-лярные нейроны размером не менее 10 мкм, содержащие большое количество цитоплазмы с интенсивно окрашенными тельцами Ниссля и светлым ядром с четким ядрышком. На большей части сетчатки (за исключением областей макси-

Рис. 2. Микрофотографии фрагментов тотального препарата сетчатки в областях с разной плотностью ганглиозных клеток. а — в области максимальной плотности, б — в области разрежения на периферии сетчатки.

848

МАСС

Н

5 мм

Рис. 3. Карта распределения плотности всей популяции ганглиозных клеток на тотальном препарате сетчатки каспийского тюленя. Плотность ганглиозных клеток (клеток/мм2, числа справа) обозначена изолиниями. Д, В, Н, Т — дор-зальный, вентральный, назальный и темпоральный полюсы сетчатки соответственно. ОД — оптический диск.

мальной плотности) ганглиозные клетки были разделены большими межклеточными промежутками. В таких областях у крупных нейронов четко были видны места отхождения дендритов от тела клетки (рис. 2б). На том же уровне ганглиозного слоя встречались мелкие клетки со светлым крупным ядром и узким ободком цитоплазмы. Такие клетки предположительно, согласно критериям, описанным в работе [14], считали смещенными амакриновыми клетками и в подсчет не включали. Кроме клеток указанных типов, встречались очень темные правильной формы круглые клетки, которые мы рассматривали как глиальные и при подсчете не учитывали.

Следуя указанным выше критериям идентификации ганглиозных клеток, производили их систематический подсчет в областях максимальной плотности с шагом 0.5 мм в квадратах площадью 0.25 мм2. После этого пересчитывали количество клеток в 1 мм2. В зонах разряжения подсчет вели в квадратах площадью 1 мм2. Общее число клеток для препарата, представленного на рис. 2 с полной площадью 1554 мм2, было равно 218000.

По результатам подсчетов составляли карты распределения плотности клеток по всей поверхности сетчатки. Такая карта приведена на рис. 3. На карте плотность клеток показана равноуровне-выми линиями. Как видно, ганглиозные клетки распределены по поверхности сетчатки неравномерно и четко выделяется область повышенной

концентрации, локализованная в темпоральном секторе сетчатки выше оптического диска. Эта область легко выявляется визуально при малом увеличении микроскопа. Она имеет вид горизонтально вытянутой полоски, в пределах которой четко выделяется пятно эллипсовидной формы типа area centralis, но заметно вытянутое горизонтально. Мозаика ганглиозных клеток, формирующих area centralis и зрительную полоску, различна. Если в area centralis клетки расположены хаотично, то в зрительной полоске клетки упорядочены в ряды, вытянутые горизонтально. Пик плотности в area centralis расположен на расстоянии 4.5 мм от места выхода зрительного нерва и составляет на данном препарате 1844 клетки/мм2. Область высокой концентрации клеток очень локальна: на расстоянии 1.5 мм от максимума по вертикали плотность клеток падает в 3 раза. На большей площади сетчатки эти значения не превышают 400 клеток/мм2.

Полученные значения максимальной плотности ганглиозных клеток позволили оценить разрешающую способность сетчатки по среднему угловому расстоянию между соседними ганглиоз-ными клетками

a =

180 °

п г

4~d

где й — плотность клеток на мм2 и г — постероно-дальное расстояние (мм). Поскольку под водой

ЛОКАЛИЗАЦИЯ ОБЛАСТИ С НАИБОЛЬШЕЙ РАЗРЕШАЮЩЕЙ СПОСОБНОСТЬЮ

849

преломление света на роговице практически отсутствует и основной светопреломляющей структурой является сферический хрусталик, за но-дальную точку оптической системы глаза можно принять центр хрусталика, а за постеронодальное расстояние — таковое от центра хрусталика до сетчатки, которое как указано выше, равно 23 мм. Для d = 1844 клетки/мм2 (в пятне максимальной плотности) и r = 23 мм получаем a = 0.058° (3.5'). Эта величина является ретинальной разрешающей способностью и характеризует остроту зрения каспийского тюленя.

Таким образом, настоящим исследованием установлен факт существования области повышенной плотности ганглиозных клеток в сетчатке еще

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