ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК, 2011, том 440, № 4, с. 553-556
^ ОБЩАЯ
БИОЛОГИЯ
УДК 591
РЕГЕНЕРАЦИЯ ОРГАНА ЗРЕНИЯ HELIX LUCORUM
В 163-СУТОЧНОМ ОРБИТАЛЬНОМ ПОЛЕТЕ НА МЕЖДУНАРОДНОЙ КОСМИЧЕСКОЙ СТАНЦИИ
© 2011 г. Г. И. Горгиладзе
Представлено академиком М.А. Островским 27.05.2011 г. Поступило 02.03.2011 г.
В ранее проведенных исследованиях показано, что отсутствие силы тяжести не является лимитирующим фактором для реализации механизмов регенерации [1]. В частности, из отдельных фрагментов планарий Girardia tigrina в 10-суточном орбитальном полете на МКС, как и в контроле, проводимом в лабораторных условиях, регенерировали полноценные особи. У наземных легочных улиток Helix lucorum в орбитальном полете продолжительностью 94, 109, 118 и 127 сут в 20— 30% случаях взамен ампутированных глазных щупалец образовались новые глазные щупальца с функционирующими глазами. Такая же картина наблюдалась у животных, составивших синхронную контрольную группу. В виварийной контрольной группе этот показатель составил 70— 90%, что согласуется с данными, полученными в лабораторных условиях на других видах гастропод [3-7].
Как отразится увеличение срока экспозиции в невесомости на выраженность регенерации? Решению этой задачи посвящена настоящая работа.
Основание для проведения космического эксперимента (КЭ): программа медико-биологических исследований и экспериментов на российском сегменте МКС.
Исследования проводили на 169 молодых особях Helix lucorum массой от 2 до 7.5 г, собранных с небольшого участка городского парка " Мзи-ури" г. Тбилиси. Предварительно отобранные животные, прошедшие карантинный срок, были разделены на полетную (ПГ, 59 улиток) и две контрольные группы — синхронную (СГ, 53 улитки) и виварийную (ВГ, 57 улиток). Подготовку КЭ начинали за 12—14 ч перед стартом на технической позиции г. Байконур. У улиток ампутировали ди-стальные кончики глазных щупалец вместе с глазными пузырьками с одной стороны, в ряде случаев — одно или оба щупальца у основания. За-
Институт медико-биологических проблем Российской Академии наук, Москва
тем их укладывали в специальный инкубационный контейнер "Улитка" и на транспортном грузовом корабле "Прогресс М-364" доставляли на российский сегмент МКС. В течение всего полета через каждые 3 ч с помощью автоматического регистратора температуры (АРТ) определяли температуру окружающей среды в непосредственной близости от контейнера [2]. За сутки перед завершением экспедиции члены российского экипажа закрыли контейнер чехлом и вместе с АРТ поместили в спускаемый аппарат "Союз ТМА-12". Продолжительность экспозиции в невесомости составила 163 сут (с 15 мая по 24 октября 2008 г.).
Улитки СГ находились в аналогичном "полетному" контейнере при температуре, близкой к бортовой. Они подвергались ударным воздействиям и динамическим нагрузкам, имитирующим факторы выведения космических аппаратов на орбиту и возвращения на Землю. Улитки ВГ содержались в просторных сосудах при комнатной температуре (20—22°С) и имели свободный доступ к корму (мелко нарезанная морковь, огурцы, листья салата и капусты, обильно смоченные водой).
Глазные щупальца улиток в интактном состоянии и после оперативного вмешательства фотографировали. Их изображения перед полетом и после полета создавали с помощью специальной установки, состоящей из микроскопа МБС-9, оборудованного видеокамерой CCD Color Camera CV-7017H ("Sony", Япония), устройства для видеозахвата AverTV Cardbus Plus ("AverMedia", Тайвань) и ноутбука Aspire 1662WLMi ("Acer", Тайвань). Электроретинограмму (ЭРГ) интакт-ных и регенерировавших глаз на одиночные и парные световые стимулы различной яркости и продолжительности регистрировали по ранее описанной методике [1].
Температура воздуха в непосредственной близости от контейнера на станции колебалась от 18.5 до 22°С, атмосферное давление от 0.7 до 1.2 атм. Содержание кислорода в воздухе составляло 20%,
Рис. 1. Регенерация глазных щупалец у полетных улиток в 163-суточном КЭ. 1 — улитка с правым интакт-ным и левым регенерировавшим глазным щупальцем, 2—4 — аномальные формы регенерировавших глазных щупалец. Стрелки — граница отсечения глазных щупалец и отрастания регенератов.
углекислого газа не превышало 0.3%, относительная влажность — 45—65%.
После завершения эксперимента у всех улиток ПГ и СГ отмечалась потеря массы. Для улиток ПГ она составила 19.2%, для улиток СГ — 25.4%. У многих из них устье раковины было затянуто 2— 3 эпифрагмами.
Практически у всех улиток на месте удаленных глазных щупалец появились новые. Однако только у 69% улиток ПГ глазные щупальца регенерировали вместе с глазами. У улиток СГ такая регенерация отмечалась в 48% случаев, тогда как у улиток ВГ она обнаружилась у 90% прооперированных животных. У всех улиток полетной и обеих контрольных групп регенерировавшие глазные щупальца оказались короче по сравнению с интактными глазными щупальцами. Такая картина сохранялась в течение более чем 2.5 года наблюдений после завершения КЭ. Особенно небольшие размеры они имели у улиток, у которых глазные щупальца были ампутированы у основания. Регенерировавшее глазное щупальце на прикосновение втягивалось внутрь тела таким же образом, как и интактное щупальце. В то же время оно зачастую периодически самопроизвольно втягивалось и вытягивалось при отсутствии одновременной реакции со стороны интактного щу-
пальца. В ряде случаев регенерировавшие щупальца полетных улиток были искривлены, имели характерные выросты, как правило, отсутствующие у улиток СГ и ВГ. У улиток с ампутированными у основания глазными щупальцами регенерация отмечалась с обеих сторон. При этом в ряде случаев один из регенерировавших глаз был крупнее другого. У одной улитки ПГ обнаружились два глаза в регенерировавшем щупальце. Регенерировавшие глаза и их хрусталики заметно уступали по своим размерам аналогичным ин-тактным образованиям. Кроме того, зрительный нерв у регенерировавшего глаза оказался заметно тоньше, нежели у интактного глаза (рис. 1, 2).
Отводимая с поверхности интактных глаз элек-троретинограмма представляла собой отрицательные медленные потенциалы, иногда предваряемые небольшими положительными колебаниями потенциала. Увеличение продолжительности и интенсивности световых стимулов сопровождалось увеличением амплитуды ЭРГ и ее продолжительности. На кривой нарастания отрицательных потенциалов в ряде случаев выявлялись два отдельных компонента: относительно быстрый, после чего следовала небольшая инцизура с последующей небольшой реполяризацией, и медленный. Затем наступала довольно длительная фаза возвращения к нулевой линии. Быстрый компонент деполяризации возникал со скрытыми периодами 80—130 мс. Амплитуда отрицательных потенциалов колебалась в пределах от 1.2 до 7.4 мВ. На парные световые стимулы первоначальный ответ на второй стимул восстанавливался при интервалах между стимулами 1.5—3 мин. В регенерировавших глазах полетных улиток и улиток обеих контрольных групп ЭРГ появлялась со скрытыми периодами 100—180 мс. Ее амплитудные характеристики заметно уступали таковым интактных глаз (0.2—2.2 мВ). В то же время на парные световые стимулы восстановление ЭРГ на второй стимул отмечалось при тех же интервалах времени, что и на интактных глазах (рис. 3).
В чем причина отставания регенерации у улиток ПГ и СГ по сравнению с улитками ВГ? Улитки ПГ и СГ находились в тесном и непрозрачном для света контейнере без корма и воды и были лишены возможности двигательной активности. По данным [3] отсутствие освещенности не повлияло заметным образом на регенерацию глазных щупалец у наземной легочной улитки Achatina fúlica. По-видимому, задержка регенерации глазных щупалец ПГ и СГ происходила из-за того, что эти улитки находились в состоянии вынужденной "спячки", что привело к заметной потере их массы. В настоящем эксперименте с увеличением его продолжительности по сравнению с ранее проведенными исследованиями [1] более чем в два раза возросло число случаев регенерации глазных щупалец с функционирующими глазами для улиток
РЕГЕНЕРАЦИЯ ОРГАНА ЗРЕНИЯ
555
Рис. 2. Глазные яблоки и глазные хрусталики (в нижнем правом углу), извлеченные перед полетом из ампутированного глазного щупальца (а) и извлеченные после полета из регенерировавшего глазного щупальца у той же улитки (б). Светлая зона в передней части глазного яблока — роговица. Стрелки — зрительный нерв.
(а)
1 _
Рис. 3. Регистрация ЭРГ у полетной улитки спустя 13 ч после завершения КЭ. а: ЭРГ регенерировавшего (1) и интакт-ного (2) глаз на световые стимулы (3) продолжительностью 10 мс, 100 мс, 0.3 с и 0.5 с (подаваемое на светодиоды напряжение электрического тока составляет 50 В). б: ЭРГ регенерировавшего (1) и интактного (2) глаз на световые стимулы (3) различной интенсивности у полетной улитки (подаваемое на светодиоды напряжение электрического тока составляет 5, 10, 20, 30 и 40 В, продолжительность световых стимулов во всех случаях 0.5 с). Отклонение вниз соответствует негативности.
556
ГОРГИЛАДЗЕ
ПГ и СГ. Вместе с тем большее число случаев регенерации у полетных улиток по сравнению с улитками синхронной контрольной группы может свидетельствовать о стимулирующем влиянии факторов космического полета на восстановительный морфогенез зрительного органа улиток.
Остается открытым вопрос, какова будет степень выраженности регенерации органа зрения улиток, обеспеченных кормом и ведущих активный образ жизни на борту космических летательных аппаратов.
Автор выражает благодарность членам экипажа 17-й основной экспедиции на МКС космонавтам С.А. Волкову и О.Д. Кононенко, сотрудникам РКК "Энергия" им. С.П. Королева и ФГБУ "НИИ ЦПК имени Ю.А. Гагарина", а также научному сотруднику Института нормальной физиологии им. П.К. Анохина РАМН С.А. Козыреву за содействие при выполнении настоящей работы.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Горгиладзе Г.И. // ДАН. 2008. Т. 421. № 1. С. 131— 134.
2. Горгиладзе Г.И., Короткова Е.В., Кузнецова Е.Е. и др. // Авиакосм. и экол. медицина. 2010. Т. 44. №3. С. 61-64.
3. Тартаковская О.С. Влияние экологических факторов (плотность популяции, световой режим) и возраста на регенерацию п
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.