СЕНСОРНЫЕ СИСТЕМЫ, 2012, том 26, № 3, с. 185-194
ЗРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА
УДК 612.843
ТОПОГРАФИЯ ГАНГЛИОЗНОГО СЛОЯ СЕТЧАТКИ КОСАТКИ
ORCINUS ORCA
© 2012 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 10.02.2012 г.
На тотальных препаратах сетчатки (wholemounts) косатки (Orcinus orca) исследована организация ганглиозного слоя. Описаны морфологические особенности ганглиозных клеток, их размеры, распределение по поверхности сетчатки. Составлены карты распределения плотности ганглиозных клеток. В темпоральном и назальном секторах сетчатки, вблизи горизонтального диаметра, на расстоянии 20 мм от оптического диска выявлены две области максимальной концентрации ганглиозных клеток, имеющие вид локальных пятен. Максимальная плотность ганглиозных клеток в этих областях составила в среднем по двум препаратам 334 и 288 клеток/мм2 соответственно в темпоральном и назальном секторах. Вентральнее оптического диска оба пятна повышенной плотности соединены горизонтально вытянутой областью ("пояс") со средней плотностью около 150 клеток/мм2. Характерным свойством ганглиозного слоя сетчатки косатки являются крупные размеры и низкая плотность нейронов. Диаметры ганглиозных клеток лежали в пределах от 8 до 100 мкм. Выделена группа гигантских клеток размером от 80 до 100 мкм, составляющая 3.1% от всех ганглиозных клеток. Обсуждается возможная функциональная роль гигантских нейронов.
Ключевые слова: косатка, сетчатка, тотальный препарат, ганглиозные клетки, размеры клеток, топография, зоны высокой плотности клеток.
ВВЕДЕНИЕ
В последние годы для сравнительных исследований нейронной организации сетчатки глаза активно применяется метод изучения рети-нальной топографии на тотальных препаратах (wholemounts). Исследования 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 (Supin et al., 2001; Mass, Supin, 2007).
Изучение топографии ганглиозного слоя позволяет выявить важные характеристики зрительной системы: размеры и формы полей зрения, конфигурацию и положение зон наилучшего видения, разнообразные виды мозаики ганглиозных клеток. Многие из этих свойств проявляются в топографии сетчатки лучше, чем в ее послойной организации. Выполненные нами ранее исследования показали, в частности, перспективность такого
подхода для сравнительного анализа нейронной организации сетчатки у водных и полуводных млекопитающих (Масс, Супин, 2000, 2005, 2006, 2007). Однако круг исследованных животных еще очень ограничен. Чтобы понять общие принципы топографической организации сетчатки, обеспечивающие разнообразные требования к зрительной системе, способной успешно функционировать в разных средах, необходимо расширить круг исследуемых животных.
Особый интерес в этом плане представляют редкие и мало изученные виды, в частности, косатка Orcinus orca (Delphinidae, Cetacea). Китообразные, одним из представителей которых является косатка, - вторичноводные животные. Адаптация их сенсорных систем к водной среде в процессе эволюции привела к образованию необычных, по сравнению с наземными млекопитающими, форм организации (Mass, Supin, 2007). Зрительная система китообразных адаптирована к функционированию в средах с совершенно разными оптическими характеристиками - водной и
воздушной. Знание организации зрительной системы (в частности, организации полей зрения) необходимо для понимания особенностей поведения и ориентации китообразных, что имеет как практический, так и теоретический интерес для сравнительной нейробиологии.
Косатка - самый крупный дельфин и самый опасный морской хищник. Обитая в воде, косатка активно использует зрение также и в воздушной среде при охоте на других морских млекопитающих. Большие размеры животного, сложности их отлова и содержания объясняют тот факт, что данные по сенсорным системам косатки практически отсутствуют. В частности, в литературе отсутствуют сведения как по морфологии зрительной системы, так и по микроскопическому строению сетчатки косатки.
Исследование распределения ганглиозных клеток на тотальных препаратах на сегодняшний день - единственный эффективный метод выявления у крупных и малодоступных животных зон с максимальной плотностью ганглиозных клеток, ответственных за зрительное различение. Эффективность этого метода продемонстрирована при исследовании ряда видов наземных (Hughes, 1977) и морских млекопитающих (Supin et al., 2001).
Задача настоящей работы - исследование морфологии ганглиозного слоя и распределения плотности и размеров ганглиозных клеток на тотальных препаратах сетчатки косатки. По данным такого топографического исследования предполагалось локализовать области наибольшей концентрации ганглиозных клеток и определить конфигурацию и размеры этих областей.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ
Материал для исследования получен на Ут-ришской морской станции Института проблем экологии и эволюции РАН от одного животного (самка 5 лет), пойманного у восточного побережья Камчатки в соответствии с Распоряжением Правительства РФ от 14 ноября 2002 г. № 1603-Р и впоследствии погибшего от бактериальной пневмонии (Розанова и др., 2007).
Материал фиксировали в 10%-ном буферном растворе формалина. Перед извлечением глаз из орбит дорзальный, вентральный, назальный и темпоральный полюсы глазного яблока были помечены. После извлечения глаза роговицу, ирис, хрусталик и стекловидное тело удалили. Затем
сетчатку ориентировали относительно глазного яблока, отделяли от пигментного эпителия и целиком извлекали из глазного бокала. Были сделаны периферические радиальные надрезы для того, чтобы уложить сетчатку на плоском стекле. Затем сетчатку наклеили ганглиозным слоем вверх на предметное стекло и высушили на воздухе. Перед окраской препарат поместили в 70-градусный спирт на 5 мин, а затем на 30 мин в смесь спирта и уксусной кислоты. После чего препарат был окрашен по методу Ниссля, 0.1%-ным раствором крезил-виолета, под визуальным контролем так, чтобы окрасился только поверхностно лежащий ганглиозный слой, не затрагивая глубокие слои сетчатки. Такая окраска обеспечила окрашивание всех поверхностно лежащих ганглиозных клеток сетчатки. Затем препарат был дегидратирован в спиртах, просветлен в ксилоле и заключен в заливочную среду Permount. Так как сетчатка была приклеена на стекло до дегидратации, небольшая усадка препарата наблюдалась только по краям препарата.
Распределение плотности ганглиозных клеток исследовали на двух тотальных препаратах сетчатки. 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. Параллельно подсчитывали плотность крупных и гигантских нейронов в квадратах площадью 1 мм2 с шагом 1 мм. Полученные значения пересчитывали в количество клеток на 1 мм2 и составляли карты распределения плотности гангли-озных клеток по поверхности сетчатки. Такие карты позволили локализовать области наибольшей концентрации клеток и определить максимальные значения плотности клеток. Для построения карт применяли программы собственной разработки с использованием программной оболочки LabVIEW (National Instruments).
Результаты подсчета ганглиозных клеток использовали для вычисления площади сетчатки и общего количества ганглиозных клеток. Результаты вычислений представлены в таблице.
Кроме подсчета плотностей ганглиозных клеток проводили измерения размеров клеток и их распределение в областях сетчатки с разной плотностью. Измерения проводили на цифровых микрофотографиях, сделанных с выбранных участков тотальных препаратов сетчатки, с использованием программы ImageTool (University of Texas): измеряли площади профилей клеток и
Таблица. Данные обсчета двух тотальных препаратов косатки
N препарата Площадь препарата мм2 Общее число клеток Максимальные значения плотности клеток/мм2
темпоральная область назальная область область "пояса"
1* 1670 199 000 340 290 150
2** 1640 328 285 155
Сред- 1655 334 288 153
нее
значе-
ние
* - исследована вся поверхность препарата, исследован частично
препарат
кон в зрительном нерве у этих же видов (Pütter, 1903; Morgane, Jacobs,1972; Gao, Zhou,1992). Это позволяет считать, что основная масса исследуемых клеток были ганглиозными нейронами. Мелкие круглые темноокрашенные клетки, типа гли-альных и смещенных амакриновых, наблюдались редко.
Специального внимания заслуживает популяция гигантских нейронов размером 80-100 мкм. Такие клетки располагались на тех же уровнях, что и все остальные ганглиозные нейроны. Они не имели четких очертаний и выглядели клетками неопределенной формы, мест отхождения отростков не прослеживалось. Цитоплазма в таких клетках была светлее, чем в полигональных ней-
пересчитывали в диаметр равного по площади круга: сС = 2(«/ж)1/2, где С - диаметр и 5 - площадь профиля клетки.
РЕЗУЛЬТАТЫ
Идентификация и общая характеристика ган-глиозных клеток. Морфологическое исследование структуры ганглиозного слоя сетчатки косатки, выполненное на двух тотальных препаратах, выявило ряд особенностей. Наиболее характерная из них - низкая плотность ганглиозных клеток: слой составлен из одного ряда редко расположенных нейронов, разделенных большими межклеточными промежутками.
Основную массу составляли крупные полигональные нейроны, как правило, с хорошо видимыми местами отхождения отростков - от 3 до 6 (рис. 1). Встречались круглые клетки с одним хорошо видимым отростком. Клетки ветереновид-ной формы были единичны.
Большие размеры ганглиозных клеток облегчали задачу их идентификации. В крупных нейронах было четко видно большое количество цитоплазмы, богатой интенсивно прокрашенными тельцами Ниссля, и более светло окрашенное ядро с четким ядрышком. Все эти признаки отвечали критериям идентификации ганглиозных клеток,
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.