научная статья по теме ОРГАНИЗАЦИЯ ГАНГЛИОЗНОГО СЛОЯ СЕТЧАТКИ КАСПИЙСКОГО ТЮЛЕНЯ PUSA CASPICA: ТОПОГРАФИЯ И СТАТИСТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ Биология

Текст научной статьи на тему «ОРГАНИЗАЦИЯ ГАНГЛИОЗНОГО СЛОЯ СЕТЧАТКИ КАСПИЙСКОГО ТЮЛЕНЯ PUSA CASPICA: ТОПОГРАФИЯ И СТАТИСТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ»

СЕНСОРНЫЕ СИСТЕМЫ, 2010, том 24, № 2, с. 125-136

ЗРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА

УДК 612.843

ОРГАНИЗАЦИЯ ГАНГЛИОЗНОГО СЛОЯ СЕТЧАТКИ КАСПИЙСКОГО ТЮЛЕНЯ PUSA CASPICA: ТОПОГРАФИЯ И СТАТИСТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

© 2010 г. А. М. Масс, А. Я. Супин

Институт проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова РАН 119071 Москва, Ленинский просп., 33 E-mail: alla-mass@mail.ru

Поступила в редакцию 08.07.2009 г.

У эндемичного вида ластоногих - каспийского тюленя Pusa caspica на тотальных препаратах сетчатки изучена организация ганглиозного слоя. Исследованы морфологические особенности ган-глиозных клеток, их размеры, топографическое распределение их плотности и статистические характеристики локального распределения. Характерными признаками ганглиозного слоя каспийского тюленя являются крупные размеры и низкая плотность клеток. Выделены две размерные группы ганглиозных клеток и получено их распределение по поверхности сетчатки. Предполагается, что крупные клетки могут быть аналогами а-клеток сетчатки наземных млекопитающих. Крупные и гигантские нейроны формируют относительно регулярную мозаику. Составлены карты распределения плотностеи ганглиозных клеток по поверхности сетчатки. Выявлена специализированная область максимальной концентрации ганглиозных клеток, локализованная в темпоральном секторе сетчатки в виде горизонтально вытянутой полоски; в пределах этой полоски выделяется пятно наиболее высокой концентрации, сходное с area centralis. Максимальная плотность ганглиозных клеток в области пятна составила у разных препаратов от 1684 до 1844 клетки/мм2 в среднем 1773 клетки/мм2. По некоторым параметрам (конфигурация, размеры) организация области максимальной плотности клеток отличается от таковой, описанной ранее у других видов тюленей. Статистический анализ выявил относительно равномерное локальное распределение ганглиозных клеток, без выраженной группировки в пары или кластеры, причем распределение более регулярно в зонах с высокой плотностью клеток, чем в зонах с низкой плотностью. Отсутствует также разделение на выраженные группы с разной площадью клеточных доменов.

Ключевые слова: сетчатка, распределение ганглиозных клеток, area centralis, а-клетки, ретиналь-ное разрешение, тюлень.

ВВЕДЕНИЕ

Исследование ретинальной топографии в первую очередь топографического распределения ганглиозных клеток получило широкое распространение при определении основных характеристик ганглиозного слоя сетчатки: разнообразных видов мозаики, размеров и формы поля зрения, конфигурации и положения зон наилучшего видения, остроты зрения и др. (Supin et al., 2001). Метод ретинальной топографии оказался чрезвычайно продуктивным для сравнительных исследований нейронной организации сетчатки. Он позволил расширить круг исследуемых объектов и получить сведения о необычных примерах зрительной мозаики, организации полей зрения и роли разных участков зрительного поля в ориен-

тации животных, для которых другие методы (в частности, поведенческие оценки) либо очень сложны, либо практически невыполнимы (крупные и малодоступные животные).

Выполненные нами ранее исследования показали, в частности, перспективность такого подхода для сравнительного анализа нейронной организации ганглиозного слоя у водных и полуводных млекопитающих (Масс, Супин, 2000; 2005; 2006; 2007). Зрительная система этих животных адаптирована к функционированию в средах с совершенно разными оптическими свойствами - водной и воздушной. Топографические исследования на тотальных препаратах ^Ио^тои^) сетчатки животных, обитающих в разных экологических условиях и принадлежащих к разным систематическим группам, выявили ряд необычных форм

организации ганглиозного слоя, определяемых условиями обитания и систематическим положением (Mass, 1992; Mass, Supin, 1992; 2003).

Вместе с тем имеющиеся к настоящему времени данные пока еще недостаточны, чтобы составить полную картину вариантов топографической организации сетчатки, обеспечивающих разнообразные требования к зрительной системе, в том числе требования к амфибионтности - способности успешно функционировать в воде и в воздухе. Перечень видов животных, на которых выполнены достаточно детальные исследования ретинальной топографии, пока еще невелик и требует расширения.

Особый интерес в этом плане представляют эндемичные животные. Одним из них является представитель ластоногих - озерный тюлень Pusa caspica, единственное водное млекопитающее Каспийского моря. Эта самая маленькая нерпа среди всех ластоногих. По ряду морфологических признаков и экологии каспийский тюлень отличается от других видов ластоногих. Уникальность этого вида обусловлена тем, что он обитает в изолированном водоеме, вследствие чего его эволюция в течение длительного времени протекала независимо от других видов ластоногих. Данные по морфологии зрительной системы (в частности, сетчатки) каспийского тюленя в литературе отсутствуют.

Задача настоящей работы - исследование морфологии ганглиозного слоя и распределения плотности и размеров ганглиозных клеток на тотальных препаратах сетчатки (wholemounts) каспийского тюленя. По данным такого топографического исследования предполагалось локализовать области наибольшей концентрации ган-глиозных клеток и определить конфигурацию и размеры этих областей. В задачу работы входило также исследование характера мозаик и статистики локального распределения ганглиозных клеток в сетчатке, чтобы установить, имеются ли признаки упорядоченности клеток, группировки их в кластеры или иные особенности локального распределения клеток, которые важны для оценки разрешающей способности сетчатки.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ

Материал (три 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. Материал фиксирован в 10%-ном буферном растворе формалина, наиболее приемлемом фиксаторе для изготовления тотальных препаратов сетчатки большой площади.

Предварительно ориентированная сетчатка целиком извлекалась из глазного бокала. Несколько радиальных разрезов, сделанных по периферии сетчатки, позволяли расправить ее на плоском стекле. Сетчатка приклеивалась на стекло ганг-лиозным слоем вверх, высушивалась и окрашивалась 0.1%-ным раствором крезил-виолета по методу Ниссля. Под визуальным контролем кратковременно окрашивали поверхностно лежащий ганглиозный слой, не прокрашивая более глубокие слои сетчатки. Препарат обезвоживали, дифференцировали и заключали в заливочную среду. Такая методика обеспечивает избирательное прокрашивание поверхностно расположенных клеток ганглиозного слоя, не затрагивая более глубокие слои. Полученные препараты позволяют подсчитывать количество ганглиозных клеток в микроучастках по всей площади сетчатки. Метод Ниссля гарантирует тотальное прокрашивание и визуализацию практически всех нервных клеток, что важно для поставленных в данной работе задач.

С выбранных участков тотальных препаратов сетчатки делали цифровые микрофотографии, по которым и проводилась вся дальнейшая количественная обработка.

Систематический подсчет плотности гангли-озных клеток проводили по всей поверхности сетчатки: в областях максимальной плотности в квадратах площадью 0.25 мм2 с шагом 0.5 мм, в зонах разрежения - в квадратах площадью 1 мм2 с шагом 0.5-1 мм (в зависимости от плотности). Полученные значения пересчитывали в количество клеток на 1 мм2 и составляли карты распределения плотности ганглиозных клеток по всей поверхности сетчатки. Для построения карт использовали программы собственной разработки с использованием программной оболочки LabVIEW (National Instruments).

Измерение размеров ганглиозных клеток проводили c использованием программы ImageTool (University of Texas): измеряли площади профилей клеток и пересчитывали в диаметр равного по площади круга в мкм.

Для получения статистических характеристик массива ганглиозных клеток в выбранном участке сетчатки измеряли х- и у-координаты центра тела каждой клетки. Эти координаты использовали для дальнейших расчетов. Расчеты выполняли

при помощи компьютерных программ собственной разработки, выполненные на основе технологии LabVIEW (National Instruments).

Процедура обработки данных состояла в вычислении NND-распределений четырех порядков, пространственных автокоррелограмм и распределений площадей клеточных доменов.

Для вычисления NND-распределений вокруг каждой клетки находили ближайшую к ней соседнюю клетку, вторую, третью и четвертую по дальности клетки. Эти расстояния принимали как расстояния до ближайших соседей (nearest neighbor distance, NND) порядков с первого по четвертый соответственно. По данным, полученным для всех клеток образца, строили NND-распределения порядков с первого по четвертый. При этом принимали во внимание, что клетки вблизи краев выбранного участка не должны использоваться в качестве точек, от которых измерялись расстояния до соседних клеток, поскольку соседние с ними клетки могут оказаться за пределами участка. Поэтому зона близ краев участка, по ширине равная диапазону NND-распределения, исключалась из анализа. Клетки, лежащие в пределах этой краевой зоны, использовали в качестве элементов, до которых измерялись расстояния вокруг клеток внутри массива.

Для вычисления пространственных автокорре-лограмм вокруг каждой клетки подсчитывали количество клеток, расположенных внутри кольцевой (шириной 1 мкм) зоны некоторого радиуса. По результатам подсчетов вычисляли плотность окружающих клеток (элементов на мм2 как функцию этого радиуса); данные, полученные для всех клеток, усредняли. При этом также принимали во внимание, что клетки вблизи краев выбранного участка не должны включаться в статистику, поскольку соседние с ними клетки могут оказаться за пределами участка. Поэтому краевая зона участка, по ширине равная диапазону автокорре-лограммы, исключалась из анализа.

При анализе распределения площадей клеточных доменов принимали, что домен каждой клетки ограничен многоугольником, стороны которого равноудалены от данной клетки и соседних клеток. Для

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