ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК, 2012, том 442, № 4, с. 564-566
ОБЩАЯ БИОЛОГИЯ
УДК 591.484
МОРФОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА РАЗРЕШАЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ СЕТЧАТКИ КОСАТКИ ORCINUS ORCA © 2012 г. А. М. Масс, А. Я. Супин, Л. М. Мухаметов, Е. И. Розанова, А. В. Абрамов
Представлено академиком Д.С. Павловым 17.10.2011 г. Поступило 19.10.2011 г.
Сравнительные исследования сетчатки морских млекопитающих выявили необычные примеры ее организации [10]. Одним из наименее исследованных видов морских млекопитающих является косатка Orcinus orea (сем. Delphinidae — Cetacea) — хищник, активно использующий как подводное, так и надводное зрение. Знание организации зрительной системы (в частности организации поля зрения) необходимо для понимания особенностей поведения и ориентации этого уникального животного, что имеет как практический, так и теоретический интерес.
Наблюдения за косатками в условиях океанариумов и в естественных условиях позволяют предполагать у них хорошее зрение в воде и в воздухе. Однако экспериментальная психофизическая оценка остроты зрения косатки выполнена лишь в единственном исследовании [14]. Более продуктивным может быть морфологический метод оценки разрешающей способности зрения по ретинальной топографии. Этот метод позволяет проследить распределение ганглиозных клеток по всей поверхности сетчатки на тотальных препаратах и выявить области максимальной концентрации ганглиозных клеток. По максимальным значениям плотности клеток можно оценить разрешающую способность сетчатки, которая является важным фактором, определяющим остроту зрения.
В литературе отсутствуют сведения по морфологии глаза и микроскопическому строению сетчатки косатки. Исследование морфологии глаза и распределения ганглиозных клеток в сетчатке косатки было задачей настоящей работы.
Материал для исследования получен на Утришской морской станции ИПЭЭ РАН от одного животного (самка 5 лет) длиной тела 435 см и массой 1100 кг, пойманного у восточного побережья Камчатки, согласно Распоряжению Правительства РФ от 14 ноября 2002 г. № 1603-Р, и впоследствии погибшего от бактериальной пневмонии [1]. Материал был фиксирован в 10%-м буферном растворе формалина. Тотальные препа-
Институт проблем экологии и эволюции
им. А.Н. Северцева
Российской Академии наук, Москва
раты изготовлены согласно методике [6] и окрашены по методу Ниссля 0.1%-м раствором крезил-виолета, что обеспечило окрашивание всех поверхностно лежащих ганглиозных клеток сетчатки — важное условие для расчета ретиналь-ной разрешающей способности.
Оптико-геометрические параметры, необходимые для расчета разрешающей способности, получены на сагиттальном срезе замороженного глаза, контуры которого представлены на рис. 1. Глазной бокал уплощен в дорсовентральном направлении: внутренний горизонтальный диаметр больше вертикального. Аксиальный размер значительно меньше горизонтального. Сильно развитый яркий сине-зеленый тапетум покрывает практически все глазное дно, кроме небольшой его вентральной части. Склера глаза очень толстая. Место выхода зрительного нерва в глазном бокале смещено дорсально относительно оси. Диаметр оптического нерва составил 5 мм.
Верхний край ириса образует язычок (оперку-люм), благодаря которому зрачок приобретает
Рис. 1. Контуры анатомического строения глаза косатки. Р — роговица, Оп — оперкулюм, Ир — ирис, Ск — склера, Ст — сетчатка, Зн — зрительный нерв. Стрелкой показано расстояние (19.3 мм) от центра хрусталика до области сетчатки с высокой концентрацией ганглиозных клеток.
МОРФОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА РАЗРЕШАЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ
565
U-образную форму. Его горизонтальный диаметр
9 мм, вертикальный — зависит от степени перекрытия зрачка оперкулюмом. Как и у других видов китообразных, при значительном перекрытии оперкулюм превращает зрачок в две щелевид-ные апертуры.
Глазное яблоко, извлеченное из орбиты, имело конусообразную форму благодаря сильно развитым мышцам — ретракторам, прикрепленным на большом протяжении к заднему сегменту глаза.
Толщина роговицы неравномерна. Тонкая в центральной части (около 1 мм) роговица утолщена на границе со склерой (до 2 мм) возле лимба, образуя своеобразный валик. Такое периферическое утолщение роговицы имеется у большинства изученных китов, некоторых видов дельфинов и особенно выражено у белухи [4, 9, 10].
В отличие от многих морских млекопитающих, имеющих практически сферический хрусталик, у косатки задняя поверхность хрусталика имеет больший радиус кривизны, чем передняя. На границе этих полусфер наблюдается "поясок" — место прикрепления цинновых связок.
Гистологическое исследование структуры ган-глиозного слоя сетчатки косатки показало, что он составлен одним рядом редко расположенных ганглиозных клеток. Основную массу составляют крупные олигоморфные нейроны с хорошо видимыми местами отхождения отростков от 3 до 6. В таких нейронах видно большое количество цитоплазмы, богатой интенсивно прокрашенными тельцами Ниссля, и более светлоокрашенное ядро с четким ядрышком. Все эти признаки отвечали критериям идентификации ганглиозных клеток [15]. Это позволяет считать, что исследованные клетки в основной своей массе являются ганглиозными. Мелкие круглые темноокрашен-ные клетки типа глиальных и смещенных амак-риновых практически не встречались.
Измерение размеров ганглиозных клеток производилось c использованием программы ImageTool (University of Texas): измеряли площади профилей клеток и пересчитывали в диаметр равного по площади круга в микрометрах.
Характерным свойством ганлиозных клеток является их значительный размер: в пределах от
10 до 100 мкм. Средние размеры клеток в зонах с высокой плотностью (26 мкм) были меньше, чем в зонах с низкой плотностью (32—34 мкм).
Наблюдались в небольшом количестве гигантские нейроны размером 80—100 мкм. Такие клетки встречаются во всех областях сетчатки на том же уровне, что и остальные ганглиозные клетки (у других видов морских млекопитающих такие нейроны ранее не обнаруживались).
На тотальных препаратах сетчатки систематически подсчитывали ганглиозные клетки по всей поверхности сетчатки в квадратах площадью 0.25 мм2. Полученные значения пересчитывали на количество клеток в 1 мм2 и составляли карты распреде-
Рис. 2. Топографическая карта распределения плотности ганглиозных клеток в одном из двух тотальных препаратов сетчатки (препарат № 1, согласно табл. 1). Д, Н, В, Т — соответственно дорзальный, назальный, вентральный и темпоральный полюсы сетчатки, ОД — оптический диск. Указаны изолинии, соответствующие плотности клеток от 50 до 300 кл/мм2.
ления плотности ганглиозных клеток. Это позволило локализовать области наибольшей концентрации клеток и вычислить максимальные значения плотности, что в свою очередь позволило оценить ретинальную разрешающую способность.
Для построения карт использовали программы собственной разработки с использованием программной оболочки LabVIEW ("National Instruments").
Топографическая карта одного из препаратов представлена на рис. 2. Можно видеть, что ган-глиозный слой характеризовался низкой средней плотностью клеток, однако наблюдались области сгущения: одна — в темпоральном, другая — в назальном секторе. Плотность клеток в этих областях превышала 300 клеток/мм2 (в темпоральном секторе) или приближалась к этому значению (в назальном секторе), табл. 1. Обе области имели вид локальных пятен и были расположены вблизи горизонтального диаметра сетчатки, ближе к периферии, на расстоянии 20 мм от оптическго диска. За пределами этих зон плотность клеток быстро снижалась и на большей части сетчатки была низкой.
Вентральнее оптического диска оба пятна повышенной плотности соединены горизонтально вытянутой областью ("полоской") со средней плотностью около 150 клеток/мм2.
Присутствие двух зон повышенной плотности ганглиозных клеток является характерным свойством сетчатки многих китообразных как зубатых китов [5, 6, 8, 9], так и настоящих китов [7, 11], в отличие от наземных млекопитающих, для которых характерна одна зона максимальной плотно-
566
МАСС и др.
Таблица 1
Темпоральная зона
№ Пло- Всего гангли-озных клеток разрешение разрешение
препарата щадь, мм2 плотность max, вода воздух плотность max, вода воздух
клеток/мм2 угловое, цикл/ угловое, цикл/ клеток/мм2 угловое, цикл/ угловое, цикл/
мин град мин град мин град мин град
1 1670 199000 340 9.6 3.1 12.8 2.3 290 10.5 2.8 14.0 2.1
2 1640 328 9.8 3.0 13.0 2.3 285 10.6 2.8 14.0 2.1
Средн. 1655 334 9.7 3.1 12.9 2.3 288 10.4 2.8 14.0 2.1
Назальная зона
сти в виде локального пятна area centralis или удлиненной полоски visual streak. Предполагается, что две области высокой плотности ганглиоз-ных клеток у китообразных по-разному участвуют в водном и воздушном зрении [13].
Полученные значения максимальной плотности ганглиозных клеток позволили рассчитать ре-тинальное разрешение. Среднее расстояние между соседними клетками L вычисляли как
L = ±,
Jd
где D — плотность клеток на 1 мм2. При пиковой плотности 340 и 290 клеток/мм2 соответственно в темпоральном и назальном секторах на препарате 1 межклеточное расстояние составило 54 и 59 мкм. Так как в воде преломление света в роговице минимально, и основной преломляющей структурой является хрусталик, за постеронодальное расстояние приняли расстояние от центра хрусталика до областей сетчатки с максимальной плотностью. Это расстояние составило 19.3 мм (рис. 1). Ретинальное разрешение вычисляли по формуле
L ■ 180
V =
п N
где V — ретинальное разрешение в градусах, Ь — межклеточное расстояние в мм, N — постероно-дальное расстояние в мм. При приведенных выше значениях среднего расстояния между соседними клетками ретинальное разрешение V составило 0.16° (9.6') для темпорального и 0.18° (10.5') для назального секторов. Эти значения отражают ре-тинальную разрешающую способность косатки в воде. Поскольку в воздухе размер изображения на сетчатке в 1.33 раза меньше, чем в воде (соотношение коэффициентов рефракции воды и воздуха), ретинальное разрешение в воздухе можно принять равным 12.8' и 14.0' соответственно в темпоральном и назальном секторах. Близкие значен
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.