ОНТОГЕНЕЗ, 2007, том 38, № 4, с. 285-298
= ЭМБРИОЛОГИЯ
УДК 597.828:591.34
МЕЖПОПУЛЯЦИОННОЕ СРАВНЕНИЕ ИЗМЕНЧИВОСТИ ГАСТРУЛЯЦИИ ОСТРОМОРДОЙ И ОЗЕРНОЙ ЛЯГУШЕК, ОБИТАЮЩИХ В УСЛОВИЯХ АНТРОПОГЕННОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВОДОЕМОВ1
© 2007 г. Е. А. Северцова, А. С. Северцов
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова 119992 Москва, ГСП-2, Ленинские горы E-mail: Severtsova@mail.ru Поступила в редакцию 19.12.05 г. Окончательный вариант получен 05.05.06 г.
Морфометрический анализ процесса гаструляции в городских популяциях остромордой (Rana arvalis) и озерной (Rana ridibunda) лягушек показал, что в условиях антропогенного загрязнения водоемов раннее развитие более вариабельно, если сравнивать менее изменчивые размеры их икринок с подмосковной икрой этих видов. Вариабельность процессов гаструляции, по-видимому, зависит от степени загрязнения нерестовых водоемов и сопровождается увеличением коррелированности формирующихся структур, которое может быть обусловлено двумя причинами: либо повышением числа взаимозависимых признаков, что приводит к согласованной дифференциации структур и регуляции изменчивости; либо усилением значений коэффициентов корреляции внутри небольшой группы признаков, что приводит к формированию структур, характерных для следующих стадий развития, вплоть до возникновения гетерохроний.
Ключевые слова: изменчивость, гаструляция, Rana arvalis, Rana ridibunda, адаптациогенез.
Использование лабораторных животных как тест-объекты для индикации состояния окружающей среды в настоящее время широко распространено. В качестве таких объектов используют и мышей (Сатонкина, 2005), и рыб (Van Leeuwen et al., 1990; Dave, Xiu, 1991), и амфибий (Bantle et al., 1994; Fort et al., 1998). Однако, являясь именно тест-объектами, лабораторные животные в силу своей неприспособленности ко всему спектру факторов естественной природы не могут рассматриваться как индикаторы загрязнения экосистем. Так, экспериментальное воздействие пестицидов (в частности ДДТ (дихлордифенил-трихлорметилметана) и ГХЦГ (гептахлорцикло-гексана)) на икру шпорцевой и остромордой лягушек показало значительно более чувствительную реакцию Xenopus laevis по сравнению с Rana arvalis, взятой из природной популяции, что делает данную сравнительную оценку некорректной (Воронова и др., 1983). Поэтому для исследования последствий загрязнения именно природных биотопов более информативными являются представители природных популяций (Строганов, 1971).
1 Работа поддержана Российским фондом фундаментальных исследований (проект < 02-04-49230) и Российской государственной программой "Ведущие научные школы" (проект < 1825.203.4).
Так, начатые еще в 70-х гг. прошлого века исследования показали, что в качестве тест-объектов состояния не только водных, но и сухопутных экосистем наиболее удобными и информативными являются земноводные в силу особенностей своего жизненного цикла (Cooke, 1974; Greenhouse, 1976; Sparling et al., 2001).
В настоящее время большинство экотоксико-логических исследований направлены на выявление допустимых концентраций различных ве-ществ-поллютантов, под воздействием которых проходит раннее развитие распространенных видов амфибий, например Rana pipiens (Allran, Kara-sov, 2000, 2001), Rana arvalis (Andren et al., 1989), Rana temporaria (Dunson et al., 1992; Леонтьева, Семенов, 1997; Johansson et al., 2001), Bufo america-nus (Hemar, 1995) и других, в результате чего уже к 1992 г. было тестировано 211 различных пол-лютантов на 45 различных видах амфибий (Hall, Henry, 1992).
В то же время следует учитывать, что изменчивость раннего развития может зависеть от очень большого числа факторов, например от температуры и/или других колебаний условий среды. Именно поэтому изучение раннего развития амфибий из природных популяций должно проходить не только с учетом степени и характе-
ра загрязнения нерестовых водоемов, но и с учетом естественных изменений среды. Как правило, полевые исследования ограничиваются лишь указанием доли умерших и/или аномальных эмбрионов (Beattie et el., 1991). Это, безусловно, важный показатель общего состояния популяции, но, на наш взгляд, недостаточный, поскольку не отражает реальные адаптационные процессы, происходящие в природной популяции, находящейся под действием эволюционно нового фактора среды (Вершинин, 1997; Северцова, 2002). Более информативным оказывается метод морфометри-ческой оценки характера изменчивости, ранее примененный нами для изучения гаструляции у травяной лягушки (Северцова, Северцов, 2005).
Цель данного исследования - изучение механизмов регуляции гаструляционных процессов у остромордой и озерной лягушек, развивающихся в условиях антропогенного загрязнения нерестовых водоемов.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА
Исследования влияния антропогенного загрязнения водоемов на изменчивость раннего развития остромордой (Rana arvalis Nilss.) и озерной (Rana ridibunda Pall.) лягушек проводили в период с 1997 по 2001 гг. в окрестностях Звенигородской биологической станции (ЗБС) МГУ (далее -контроль), в 50 км к западу от Москвы и на территории юго-западной части г. Москвы в двух муниципальных районах: Братеево (Южный административный округ) и Раменки (Западный административный округ). Следует отметить, что,
Рис. 1. Исследованные морфометрические признаки травяной лягушки R. temporaria на стадии среднепозд-ней гаструлы. Условные обозначения см. в тексте.
так как кроме озерной в комплекс видов зеленых лягушек входят также прудовая (Rana lessonae Са-merano) и съедобная (Rana esculenta L.) - морфологически очень близкие виды, точное определение видовой принадлежности особей возможно только генетическими методами (Борисовский и др., 2001). Наши данные основывались на выводах других авторов (Семенов и др., 2000), показывающих преимущественное распространение на территории Москвы озерной лягушки.
В районе Братеево было исследовано три неглубоких (не более 50 см) пруда с глинистым дном, площадью 400, 920 и 120 м2, находящихся на хорошо освещенном, открытом берегу речки Го-родня. В районе Раменки икрометание исследуемых видов амфибий наблюдали в водоеме площадью около 490 м2, расположенном в пойме речки Раменка, являющейся притоком речки Сетунь.
В окрестностях ЗБС исследовали одно нерестилище остромордой лягушки, представляющее собой лесную лужу площадью около 90 м2. Кладки озерной лягушки собраны в реке Москва вдоль береговой линии. Всего исследовано 8050 зародышей R. arvalis (1607 из Подмосковья и 8244 - из Москвы) и 3538 зародышей R. ridibunda (845 из Подмосковья и 2693 - из Москвы).
Химический анализ воды из исследованных водоемов был выполнен лабораторией Источников водоснабжения института "Водоканал", НИИ "Проект" № Росс^Ш01.510516. К сожалению, этот анализ проводился только весной 1999, 2000 и 2001 гг., а в 1997 и 1998 гг. не проводился из-за недостатка финансирования.
Состав воды оценивали по следующим показателям: запах (в баллах), мутность (мг/л), цветность (градус), рН, общая жесткость (мг экв/л); также была определена концентрация ионов Са2+
и Mg2+ (мг экв/л), Cl-, S O24 , Al3+, Zn2+, Pb2+ и Fe3+ (мг/л), HC O3 (мг экв/л) и нефтепродуктов (мг/л).
Все фиксированные зародыши на стадии сред-непоздней гаструлы подвергались морфометри-ческому анализу по методике, предложенной Черданцевым и Скобеевой (Cherdantsev, Scobeye-va, 1994). С фиксированных икринок удаляли все оболочки, включая желточную, делали по стандартной эмбриологической методике сагиттальные сколы и измеряли под бинокуляром с помощью окуляр-микрометра (ок/мкм) с точностью до 1 деления (20 делений линейки ок/мкм = 1 мм) следующие признаки (рис. 1): D1 - общий диаметр гаструлы, D2 - диаметр желточной пробки, ArthG - высоту крыши архентерона, vh - максимальную высоту желточного столба, LbalD - глубину вворачивания дорсальной губы бластопора, LbalV - глубину вворачивания вентральной губы бластопора, G - расстояние между точками наибольшей глубины вворачивания дорсальной и
вентральной губ бластопора, preg - расстояние между полостями гастроцеля и бластоцеля, ArthB -высоту крыши бластоцеля.
Выбор этих признаков обеспечивает наиболее полное описание гаструляции - одного из важнейших этапов эмбриогенеза (Slack et al., 1992; Гилберт, 1993; Черданцев, 2003). Такие признаки, как LbalD, LbalV и G являются основными показателями продвинутости гаструляционных процессов, поскольку отражают степень и характер формирования губ бластопора. ArthG характеризует процесс формирования хордомезодермы на исследуемой стадии развития. Признаки preg и ArthB тесно связаны с предыдущим этапом эмбриогенеза - бластуляцией, так как маркируют местоположение редуцирующегося бластоцеля, а следовательно, могут служить вкупе с ArthG показателем "рыхлости" зародыша. "Рыхлыми", как правило, называют гаструлы либо с неплотными межклеточными контактами, либо с аномально крупными клетками, не позволяющими из-за физических особенностей морфогенеза формировать полости или даже продолжать дальнейшее развитие.
Согласно таблицам нормального развития (Дабагян, Слепцова, 1975), разработанным для травяной лягушки, но часто аппроксимируемым для остромордой, а в нашем случае и для озерной лягушки, гаструляция бесхвостых амфибий продолжается с 11-й по 19-ю стадии. Для проведения морфометрического анализа раннего развития мы выбрали 17-ю стадию, характеризующуюся небольшой желточной пробкой и сформировавшимися дорсальной и вентральной губами бластопора. Однако ввиду асинхронности развития икринок даже из одной кладки достичь однородности фиксационного материала не представляется возможным. Поэтому гаструлы из всех исследованных популяций были фиксированы с 16-й по 20-ю стадию развития, а статистическую обработку проводили как на всей выборке в целом, так и отдельно на икринках, фиксированных только на 17-й стадии развития. Кроме того, исследование изменчивости диаметра икринок D1 показало статистическую значимость межпопу-ляционных различий по этому признаку, что делает затруднительным сравнение абсолютных значений остальных признаков, характеризующих гаструляционные процессы зародыша и связанных с о
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.