СЕНСОРНЫЕ СИСТЕМЫ, 2013, том 27, № 3, с. 246-256
УДК 612.843
ОРГАНИЗАЦИЯ ПОЛЕЙ ЗРЕНИЯ И РАЗРЕШАЮЩАЯ СПОСОБНОСТЬ СЕТЧАТКИ ОБЫКНОВЕННОГО ДЕЛЬФИНА
(DELPHINUS DELPHIS)
© 2013 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 16.04.2013 г.
Проведено морфофункциональное исследование ганглиозного слоя сетчатки обыкновенного дельфина (Delphinus delphis) на тотальных препаратах сетчатки, окрашенных крезил-виолетом. Составлены карты распределения плотности ганглиозных клеток по поверхности сетчатки, на которых выявлены две области концентрации ганглиозных клеток: в назальном и темпоральном квадрантах вблизи горизонтального диаметра сетчатки на расстоянии 13-15 мм от геометрического центра сетчатки. Максимальные значения плотности ганглиозных клеток в этих областях составили в среднем по двум препаратам 541 и 503 клеток/мм2 соответственно в темпоральном и назальном секторах. Вентральнее оптического диска обе эти зоны соединены горизонтально вытянутой областью ("поясом") со средней плотностью около 200 клеток/мм2. Измерены размеры ганглиозных клеток в областях сетчатки с различной плотностью. Диаметры ганглиозных клеток лежали в пределах от 10 до 42 мкм, в среднем от 22 до 23.6 мкм в различных областях сетчатки. Гистограммы распределения клеток по размерам выявляют наличие двух морфологических групп, меньшего и большего размера. Постеронодальное расстояние глаза, измеренное на замороженных образцах глаза, составило 13 мм. Для полученных значений плотности ганглиозных клеток и постеронодального расстояния ретинальная разрешающая способность составила для зоны максимальной плотности в темпоральом секторе 11.4' (2.6 цикла/град) в воде и 15.1' (2.0 цикла/ град) в воздухе.
Ключевые слова: обыкновенный дельфин, сетчатка, тотальный препарат, ганглиозные клетки, размеры клеток, топография, зоны высокой плотности клеток.
ВВЕДЕНИЕ
Сравнительные исследования сетчатки представителей китообразных, обитающих в разных экологических условиях, выполненные в последние годы, обнаружили необычные, по сравнению с наземными млекопитающими, примеры организации ганглиозного слоя, определяемые условиями обитания и систематическим положением (Mass, Supin, 2007). Эти данные способствуют пониманию ряда механизмов зрительного анализа: организации полей зрения, ретинальной разрешающей способности, механизмов адаптации зрительной системы к условиям обитания. Кроме того, зрительная система китообразных, являющихся вторично-водными животными, представляет интерес для сравнительной морфологии, физиологии и эволюции сенсорных систем.
Одним из эффективных методов исследования сетчатки является исследование топографического распределения ганглиозных клеток на тотальных препаратах (wholemounts). Некоторые важные свойства сетчатки проявляются в ее топографии лучше, чем в послойной организации. С помощью этого подхода удалось выявить зоны с максимальной плотностью ганглиозных клеток, ответственные за зрительное различение, и их характеристики: локализацию, конфигурацию, размеры, максимальные значения плотностей. Метод оказался полезным для исследования крупных и малодоступных видов морских млекопитающих (Murayama at al., 1995; Murayama, Somiya, 1998; Mass, Supin, 1997; 1999; 2002; Mass et al; 2013), для которых применение других методов (в частности, поведенческих) сложно или практически невозможно. Это привело в свою очередь к пониманию организации полей зрения у ряда видов
китообразных (Масс, Супин; 2005; 2006, Supin et al., 2001; Mass, Supin, 1986; 1995; 1997; 1999).
Одним из мало исследованных представителей китообразных является обыкновенный дельфин Delphinus delphis (Delphinidae, Cetacea). Это быстроходный дельфин, живущий в прозрачной морской воде. Являясь животным динамичным, этот дельфин плохо живет в неволе, поэтому поведенческие исследования зрения на нем не проводились, и о его зрительных способностях практически ничего не известно. Морфологические исследования зрительных структур этого вида также недостаточны: известно единственное морфологическое исследование сетчатки, выполненное на ограниченном материале сомнительного качества (Dral, 1983). В этой работе не было проведено систематического исследования распределения ганглиозных клеток по поверхности сетчатки, а грубая топографические карта составлена по отдельным фрагментам тотального препарата.
Для получения более полной картины связи топографической организации сетчатки с особенностями зрительной экологии и организацией полей зрения у китообразных, данные по обыкновенному дельфину потребовали ревизии и исследования на современном методическом уровне.
Задача настоящей работы - исследование морфологии ганглиозного слоя и распределения плотности ганлиозных клеток по поверхности сетчатки на тотальных препаратах (wholemounts) у обыкновенного дельфина D. delphis. По данным такого исследования предполагалось составить детальные топографические карты распределения ганглиозных клеток, определить их максимальную плотность, установить положение, размер и форму областей максимальной концентрации клеток и их проекцию на поле зрения. Кроме того, по плотности ганглиозных клеток предполагалось оценить разрешающую способность сетчатки. В задачу исследования также входило измерение размеров ганглиозных клеток в областях сетчатки с разной плотностью клеток.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ
Материал получен от двух животных, погибших в естественных условиях и найденных в районе Утришской морской станции ИПЭЭ РАН на берегу Черного моря. Было получено три глаза в сохранном состоянии. Один глаз был использован для промеров, необходимых при определении геометрических характеристик (постеронодального
расстояния). Два глаза были использованы для изготовления тотальных препаратов сетчатки.
Для определения геометрических характеристик глаз был фиксирован в 10%-ном формалине и заморожен. Промеры проводили по сканерным фотографиям сагиттального разреза замороженного глаза. По этим фотографиям и промерам составляли его схематическое изображение.
Для изготовления тотальных препаратов (■Ио1етоиП^) материал был фиксирован в 10%-ном буферном растворе формалина - наиболее приемлемом фиксаторе для изготовления тотальных препаратов сетчатки большой площади. Перед извлечением глаза из орбит дорзаль-ный, вентральный, назальный и темпоральный полюсы глазного яблока были помечены. После извлечения глаза роговицу, ирис, хрусталик и стекловидное тело удалили. Затем сетчатку сориентировали относительно глазного яблока, отделили от пигментного эпителия и целиком извлекли из глазного бокала. После этого были сделаны периферические радиальные надрезы для того, чтобы расправить сетчатку на плоском стекле. Затем сетчатку наклеивали на предметное стекло ганглиозным слоем вверх и высушивали на воздухе. Перед окраской препарат помещали в 70-градусный спирт на 5 мин, а затем на 30 мин в смесь спирта и уксусной кислоты. Препарат окрашивали по методу Ниссля 0.1%-ным раствором крезил-виолета под визуальным контролем так, чтобы прокрасился только поверхностно лежащий ганглиозный слой, не затрагивая глубокие слои сетчатки. Такая окраска обеспечивала окрашивание всех поверхностно лежащих ганглиозных клеток. Затем препарат дегидратировали в спиртах, просветляли в ксилоле и заключали в заливочную среду РегтоиП;. Так как сетчатка была приклеена на стекло до дегидратации, незначительная усадка препарата наблюдалась только по краям препарата.
Распределение плотности ганглиозных клеток сетчатки исследовали на обоих тотальных препаратах. Объектив микроскопа был сфокусирован на глубину ганглиозного слоя, и подсчет всех ганглиозных клеток проводили только в пределах этого слоя систематически по всей поверхности сетчатки через 1 мм в квадратах площадью 0.25 мм2. Полученные значения пересчитывали в количество клеток на 1 мм2 , производили скользящее усреднение в блоках 2x2 мм и составляли карты плотности ганглиозных клеток. Такие карты позволяли локализовать области наибольшей концентрации клеток и определять максимальные значения плотности клеток. Для построения карт
10 мм
Рис. 1. Горизонтальный разрез замороженного глаза обыкновенного дельфина Рг - роговица, Х - хрусталик, Ст - сетчатка, Ск - склера, Рд - радужка, Н - нодальное расстояние.
применяли программы собственной разработки с использованием программной оболочки LabVIEW (National Instruments, США).
Результаты подсчета ганглиозных клеток использовали также для вычисления общего их количества и площади сетчатки.
Кроме определения плотности ганглиозных клеток проводили измерения размеров клеток в областях сетчатки с разной плотностью на цифровых микрофотографиях, сделанных с выбранных участков тотальных препаратов сетчатки, c использованием программы Motic Image Plus 2.0. Измеряли площади профилей клеток и пересчитывали их в диаметр равного по площади круга: d = 2(s/n)1/2, где d - диаметр и s - площадь профиля клетки.
РЕЗУЛЬТАТЫ
Оптико-геометрические характеристики глаза. Результаты макроморфологического исследования показали, что глаз обыкновенного дельфи-
на имеет свойства, характерные для большинства исследованных видов морских китообразных (рис. 1). Глазной бокал уплощен в дорзовент-ральном направлении: внутренний горизонтальный диаметр больше вертикального. Аксиальный размер значительно меньше горизонтального и составляет 25 мм. В целом форма глазного бокала достаточно близка к полусфере. Хрусталик практически круглый, слегка уплощенный в аксиальном направлении с фронтальным диаметром 9 и аксиальным 8. 3 мм. Центры сферы хрусталика и сферического сегмента глазного бокала практически совпадают. В результате создается центрально симметричная оптическая система, так что для световых лучей, приходящих с любого направлении, условия фокусировки на сетчатке практически одинаковы. Так как в воде основным преломляющим элементом глаза является хрусталик (коэффициент рефракции роговицы близок к коэффициенту рефракции воды), за постероно-дальное расстояние приняли расстояние от цен
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.