Эколого-морфологическая характеристика размножения мелких млекопитающих из популяций, испытывающих влияние предприятия черной металлургии в степной зоне южного урала 03. 03. 04 Клеточная биология, цитология, гистология
| Вид материала | Автореферат |
- Морфофункциональная характеристика размножения амфибий и рептилий из популяций, испытывающих, 356.29kb.
- Эколого-морфологическая характеристика репродуктивной активности рыжей полёвки (clethrionomys, 243.57kb.
- Овчарова Анастасия Никитовна Морфологическая характеристика тонкой и толстой кишки, 377.67kb.
- Ультраструктурная и цитохимическая характеристика макрофагов, инфицированных рнк-содержащими, 636.4kb.
- Влияние биологически активных клеточных компонентов растений на структурные изменения, 324.85kb.
- Морфофункциональная характеристика пульпы зуба и оценка иммунного статуса при кариесе,, 552.48kb.
- Морфофункциональная характеристика слизистой оболочки кишечника потомства самок крыс, 303.36kb.
- Структурно-функциональная характеристика нонапептидергической гипоталамо-гипофизарной, 343.48kb.
- Закономерности дегенерации и адаптации сетчатки глаз при экспериментальных ретинопатиях,, 745.16kb.
- Экспериментальное обоснование применения нейропептидов в комплексной терапии острого, 259.86kb.
На правах рукописи
МЕШКОВА Олеся Александровна
ЭКОЛОГО-МОРФОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАЗМНОЖЕНИЯ МЕЛКИХ МЛЕКОПИТАЮЩИХ ИЗ ПОПУЛЯЦИЙ, ИСПЫТЫВАЮЩИХ ВЛИЯНИЕ ПРЕДПРИЯТИЯ ЧЕРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ В СТЕПНОЙ ЗОНЕ ЮЖНОГО УРАЛА
03.03.04 Клеточная биология, цитология, гистология
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата биологических наук
Оренбург – 2011
Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Оренбургский государственный педагогический университет» и Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Оренбургская государственная медицинская академия» Министерства здравоохранения и социального развития Российской Федерации.
Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор
Шевлюк Николай Николаевич
Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор Суворова Галина Николаевна
доктор биологических наук, профессор Сеитов Марат Султанович
Ведущая организация: Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва»
Защита состоится «21» сентября 2011 г. в 1000 часов на заседании диссертационного совета Д 208.066.04 при Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Оренбургская государственная медицинская академия» Министерства здравоохранения и социального развития Российской федерации по адресу: 460000, г. Оренбург, ул. Советская, 6, зал заседаний Ученого совета.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Оренбургская государственная медицинская академия» Министерства здравоохранения и социального развития Российской федерации.
Автореферат разослан «20» июля 2011 г.
Ученый секретарь диссертационного совета,
профессор Шевлюк Н.Н.
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность исследования. В течение долгого времени изменения, вызываемые поступлением во внешнюю среду продуктов хозяйственной деятельности человека, сравнительно легко компенсировались естественными природными процессами. С начала XX века началось сначала незначительное, а затем все усиливающееся загрязнение биосферы, обусловленное антропогенными факторами. Современное экологическое состояние многих регионов России можно определить как неблагоприятное. Продолжается интенсивное загрязнение природной среды. На территории нашей страны с каждым годом становится все больше регионов и городов, являющихся опасными для проживания. Загрязнению подвергаются: атмосферный воздух, воды открытых водоемов и подземных источников, почвы – буквально все среды жизни. Безусловно, что в сложившейся ситуации все живое, начиная с микроорганизмов и заканчивая человеком, напрямую или опосредованно испытывает на себе столь негативное воздействие загрязнения окружающей среды [Никитин А.И., 1998; Никитин А.И., 2005; Абаимов В.Ф. и соавт., 2005].
Особое место в Российской Федерации по количеству экстремальных факторов техногенного происхождения и влиянию их на живые организмы занимает Оренбургская область, которая вышла на одно из первых мест на Южном Урале и на восьмое в Российской Федерации по выбросам загрязняющих веществ в атмосферу [Топурия Г.М. и соавт., 2004]. В области одно из первых мест по степени техногенных влияний принадлежит Орско-Халиловскому металлургическому комбинату (ОХМК «Уральская сталь»), где зона действия поллютантов распространяется на большие расстояния.
В работах, появившихся за последние десятилетия, вопросам изучения влияния антропогенных факторов на организм (различные системы, в том числе репродуктивную), вопросам формирования фаунистических комплексов техногенных территорий в России уделяется большое внимание [Ильенко А.И., Крапивко Т.П., 1988; Ставровский Д.Д., 1989; Попова М.Ф. и соавт., 1990; Гашев С.Н., 1990; Иноземцев А.А., 1998; Байтимирова Е.А. и соавт., 2008; Шевлюк Н.Н. и соавт., 2008 и др.]. Вместе с тем, данных по исследованию влияния выбросов металлургических предприятий на организм недостаточно [Лукьянова Л.Е., Лукьянов О.А., 1998; Шилова С.А., 1999; Катаев Г.Д., 2005]. Особенно это касается данных по выяснению факторов и механизмов, негативно воздействующих на размножение.
Сказанное определяет актуальность проблемы и выбор направления наших исследований по изучению эколого-морфологической характеристики размножения мелких млекопитающих из популяций, испытывающих влияние предприятия черной металлургии в степной зоне Южного Урала.
Цель и задачи исследования. Цель исследования: установление эколого-морфологических особенностей размножения мелких млекопитающих из популяций, испытывающих влияние предприятия черной металлургии в степной зоне Южного Урала.
Для достижения цели были поставлены следующие задачи:
- дать характеристику сообществ мелких млекопитающих из зоны влияния предприятия черной металлургии и экологически благополучных экосистем;
- провести сравнительный морфофункциональный анализ семенников и яичников мелких млекопитающих, обитающих в зоне влияния предприятия черной металлургии и экологически благополучных экосистемах в степной зоне Южного Урала;
- выяснить особенности влияния комплекса загрязняющих веществ, выбрасываемых предприятием черной металлургии, на репродукцию мелких млекопитающих;
- определить адаптивные и реактивные морфофункциональные изменения эндокринных и герминативных структур гонад мелких млекопитающих в зоне влияния предприятия черной металлургии.
Научная новизна. Впервые проведен комплексный анализ размножения мелких млекопитающих из популяций, испытывающих техногенное воздействие Орско-Халиловского металлургического комбината «Уральская сталь». Выявлена интенсификация размножения мелких млекопитающих в условиях техногенной трансформации экосистем.
Установлены структурные эквиваленты адаптивных и реактивных преобразований, а также исследован диапазон структурно-функциональных адаптаций органов репродуктивной системы мелких млекопитающих в зоне влияния металлургического производства. Выявлено, что у животных, населяющих техногенно трансформированные экосистемы, в семенниках отмечаются снижение объема, занимаемого извитыми семенными канальцами, возрастание доли интерстициальной соединительной ткани, возрастание деструкции сперматогенного эпителия.
Представлены морфофункциональные характеристики эндокринных и герминативных структур семенников и яичников мелких млекопитающих в зоне влияния предприятия черной металлургии и определен характер адаптационных и реактивных преобразований репродуктивных органов мелких млекопитающих. Показана большая уязвимость герминативных структур семенников в сравнении с популяцией интерстициальных эндокриноцитов.
Теоретическая и практическая значимость. Полученные результаты по особенностям морфофункциональной организации органов размножения самцов и самок мелких млекопитающих из территорий, подверженных техногенному воздействию и экологически благополучных регионов, могут быть использованы в качестве критериев для оценки влияния выбросов металлургического предприятия на биологию размножения. В работе выяснена значимость мелких млекопитающих как индикаторов состояния окружающей среды.
Реализация результатов исследования. Материалы диссертационной работы используются в учебном процессе Оренбургского государственного педагогического университета, Оренбургской государственной медицинской академии при проведении лекций и практических занятий по дисциплинам: «Общая экология», «Зоология позвоночных», «Гистология, цитология и эмбриология».
Положения, выносимые на защиту:
- В условиях воздействия комплекса загрязняющих веществ металлургического производства в популяциях мелких млекопитающих (лесной мыши, полевой мыши, обыкновенной полевки) происходит интенсификация репродуктивной активности, выражающаяся в увеличении в популяциях доли особей, принимающих участие в размножении.
- В органах мужской репродуктивной системы исследованных животных в зоне влияния ОХМК «Уральская сталь» наблюдаются уменьшение диаметра извитых семенных канальцев, возрастание доли интерстициальной соединительной ткани, возрастание доли канальцев с деструкцией сперматогенного эпителия.
- В органах женской репродуктивной системы самок лесной и полевой мышей, обыкновенной полевки в зоне влияния ОХМК «Уральская сталь» наблюдается более быстрое истощение резерва фолликулов, что проявилось в увеличении численности вступающих в быстрый рост фолликулов и возрастании количества фолликулов, подвергающихся атрезии.
- Изменения, выявленные в семенниках и яичниках исследованных видов, населяющих экосистемы, подверженные влиянию металлургического производства (по критериям структурно-функциональных параметров гонад), указывают на напряженный характер функционирования органов репродуктивной системы.
Апробация работы. Материалы диссертации доложены и обсуждены на VI Всероссийском съезде анатомов, гистологов и эмбриологов (Саратов, 2009), Всероссийской научной конференции «Клиническая анатомия и экспериментальная хирургия в XXI веке» (Оренбург, 2009), конференции «Вопросы морфологии XXI века» (Санкт-Петербург, 2010), Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов-2011» (Москва, 2011), региональной научно-практической конференции «Актуальные проблемы морфологии» (Оренбург, 2011), Всероссийской научной конференции «Бабухинские чтения в Орле» (Орел, 2011).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 работ, из них 3 в изданиях, рекомендованных ВАК Минобразования РФ для публикации материалов докторских и кандидатских диссертаций.
Структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, главы по материалам и методам исследования, глав, содержащих результаты собственных исследований и их обсуждение, выводов и списка использованной литературы, включающего 237 источников, в том числе 50 иностранных. Диссертация изложена на 140 страницах, иллюстрирована 13 таблицами, 37 рисунками.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
В основу работы положены материалы, собранные в ходе полевых исследований, проводившихся в весенне-летне-осенний период (май, июнь, сентябрь) 2009-2010 гг. в районе п. Аккермановка на расстоянии 3 км от Орско-Халиловского металлургического комбината (ОХМК «Уральская сталь»), в районе п. Новорудный на расстоянии 45 км от этого же предприятия и контрольных участках Новосергиевского и Саракташского районов.
По уровню антропогенной нагрузки на природную среду Оренбургская область находится на четвертом месте среди территорий Уральского региона, а Орск и Новотроицк с их промышленными предприятиями составляют единый Орско-Новотроицкий промкомплекс, загрязняющий окружающую среду, и по выбросам в атмосферу находятся на четвертом ранговом месте среди городов России, уступая только Норильску, Новокузнецку и Череповцу [Боев В.М., Воляник М.Н., 1995].
Орско-Халиловский металлургический комбинат ОАО «Уральская сталь» - градообразующее предприятие города Новотроицка, одно из крупнейших металлургических предприятий Урала. Это предприятие полного производственного цикла. В его составе коксохимическое, агломерационное, доменное, сталеплавильное, прокатное и вспомогательные производства. Это единственное в мире предприятие, которое производит литейный хромо-никелевый природнолегированный чугун, применяемый для изготовления особо ответственных отливок деталей машин и механизмов, работающих в агрессивных средах и при высокой температуре.
Основными видами загрязняющих веществ, выбрасываемых комбинатом, являются: пыль, СО, SO2, H2S, NO2, NH3, фенол, бенз(а)пирен, а также тяжелые металлы медь, цинк, кадмий, свинец, никель, кобальт, марганец, хром [Бабкин В.О., 2005; Быстрых В.В. и соавт., 2006; Чикенева И.В. и соавт., 2008; Чикенева И.В., Кин Н.О., 2009; Воронкова И.П., Чеснокова Л.А., 2009]. Данные вещества, согласно литературным данным, оказывают крайне неблагоприятное воздействие на живые организмы (различные органы и системы органов) [Давыдова Т.Б., 1979; Дмитриев В.Н., Кожина Л.Н., 1979; Кобелева Н.А., 1979; Боев В.М., Воляник М.Н., 1995; Верещагин Н.Н. и соавт., 2003; Гарипова Р.Ф., 2004; Сетко Н.П. и соавт., 2004].
Объектом исследования служили мелкие млекопитающие (лесная и полевая мыши, обыкновенная полевка) из популяций, населяющих территории поселков Аккермановка и Новорудный, а также экологически благополучные экосистемы. Систематические отловы мелких млекопитающих проводились на пастбищах, полях сельскохозяйственных культур, в лесополосах, по оврагам.
Относительный учет численности мелких млекопитающих проводили стандартным методом ловушко-линий (ловушек Геро), которые по 100 штук расставлялись во второй половине дня на расстоянии 4-5 м друг от друга. Использовалась стандартная приманка: корка хлеба, смазанная подсолнечным нерафинированным маслом.
В ходе полевых исследований отработано 5000 ловушко-суток, из них 2500 ловушко-суток на территориях поселков Аккермановка и Новорудный, находящихся на разном удалении от металлургического комбината и 2500 ловушко-суток на контрольных участках. Всего отловлено 482 особи мелких млекопитающих, из них в районе поселка Аккермановка – 125 особей, в районе поселка Новорудный – 151 особь, в экологически благополучных экосистемах – 206 особей.
Все животные исследовались по общепринятой зоологической методике [Новиков Г.А., 1953].
Возраст животных определялся по комплексу признаков: массе тела, линейным размерам тела, состоянию репродуктивной системы.
Изучение особенностей размножения проводилось по состоянию генеративных органов, подсчитывалось число плацентарных пятен, у беременных самок – количество эмбрионов. Участие самцов в размножении определялось по массе и размерам семенников и их гистологической структуре.
Статистическая обработка материала проведена с использованием методов биологической статистики [Плохинский И.А., 1970; Рокицкий П.Ф., 1973; Петухов В.Л. и соавт., 1985].
Для характеристики сообществ мелких млекопитающих на техногенных и контрольных территориях использовались следующие показатели: видовой состав, долевое участие видов, видовое разнообразие и доля редких видов. Для классификации видов по долевому участию нами была использована балльная шкала А.П. Кузякина [1962], в которой каждый балл соответствует порядку чисел.
Долевое участие вида (индекс доминирования) определялось как процент особей каждого вида от всех добытых, принятых за 100%. По величине индекса доминирования виды подразделялись на доминанты и содоминанты, второстепенные и третьестепенные.
При исследовании семенников и яичников использовались обзорные гистологические, гистохимические и морфометрические методы.
Для светооптических исследований материал фиксировали в 12% водном растворе нейтрального формалина. Парафиновые срезы толщиной 5-7 мкм окрашивали гематоксилином Майера и эозином, перйодатом калия и реактивом Шиффа по Мак Манусу [Пирс Э., 1962].
На гистологических препаратах семенников подсчитывали относительную площадь, занимаемую извитыми семенными канальцами и интерстициальной соединительной тканью (процентное соотношение), измеряли диаметр извитых семенных канальцев (на поперечных срезах), определяли долю канальцев с деструкцией сперматогенного эпителия. На срезах семенников подсчитывали количество клеток Лейдига на единицу площади (на площади квадрата со стороной 35 мкм); на той же условной единице площади срезов подсчитывали количество эндокриноцитов, проявляющих морфологические эквиваленты высокой функциональной активности (функционально высоко активными считали эндокриноциты средних и крупных размеров с развитой цитоплазмой, имеющие светлые крупные ядра с выраженным эухроматином в ядре). Измеряли линейные и объемные показатели клеток Лейдига, их ядер. В зависимости от формы клеток и их ядер объемы интерстициальных эндокриноцитов и их ядер рассчитывали по формуле эллипса или шара [Хесин А.Е., 1967; Ухов Ю.И., Астраханцев А.Ф., 1983]. Морфометрию эндокринных и герминативных структур семенника проводили с использованием стандартных окулярных сеток Г.Г. Автандилова и С.Б. Стефанова, а также окулярного винтового микрометра МОВ-1-15 x У 4,2.
На гистологических препаратах яичников определяли площадь коркового и мозгового вещества, производили подсчет фолликулов разной степени зрелости в корковом веществе.
Полученные результаты обрабатывали на персональном компьютере по правилам параметрической статистики с помощью лицензированного пакета прикладных программ «Statistica 6.0» («StatSoft, Inc.») с использованием критериев оценки достоверности результатов по Стьюденту, с учетом вариабельности первичных измеряемых объектов и индивидуальной изменчивости [Ташкэ К., 1980; Автандилов Г.Г., 1990].
РЕЗУЛЬТАТЫ СОБСТВЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Эколого-морфологическая характеристика размножения мелких млекопитающих, обитающих в зоне влияния Орско-Халиловского металлургического комбината «Уральская сталь»
Структурно-функциональная характеристика органов размножения самцов мелких млекопитающих из зон влияния ОХМК «Уральская сталь» и контрольных территорий
Анализируя специфику формирования сообществ мелких млекопитающих, обитающих в условиях воздействия ОХМК «Уральская сталь», мы пришли к выводу, что в целом на техногенной территории (п. Аккермановка и п. Новорудный) наблюдается снижение видового разнообразия и численности мелких млекопитающих по сравнению с сообществами мелких млекопитающих экологически благополучных экосистем.
Лесная мышь по долевому участию в Аккермановке (34,4%) и в Новорудном (35%) является доминантным видом, полевая мышь (29,6% и 28% соответственно) и обыкновенная полевка (30,4% и 30% соответственно) являются содоминантами, рыжая полевка (5,6% и 7% соответственно) – второстепенным видом. В экологически благополучных регионах лесная мышь также является доминантом (34%); полевая мышь (25%) и обыкновенная полевка (29%) – содоминантами; рыжая полевка (9%), домовая мышь (2%) и обыкновенная бурозубка (1%) являются второстепенными видами.
Наши данные согласуются с данными исследования Большакова В.Н. и соавторов [2001], которые, анализируя специфику формирования видовых сообществ животных в техногенных и урбанизированных ландшафтах выяснили, что с ростом загрязнения и антропогенной трансформации среды обитания отмечается общее снижение численности и биомассы животных, меняется соотношение видов, сокращается видовое разнообразие.
На фоне сниженной численности животных мы выявили, что для самцов лесной мыши, полевой мыши и обыкновенной полевки, принимающих участие в размножении в зоне влияния ОХМК «Уральская сталь», характерно закономерное незначительное снижение абсолютной массы тела и массы семенников (табл. 1). Различия являются статистически достоверными.
Доля самцов и самок, принимающих участие в размножении, у животных всех исследованных видов (лесная мышь, полевая мышь, обыкновенная полевка) в зоне влияния металлургического предприятия была достаточно высокой, причем выявлен более высокий процент самцов. Доля размножающихся самцов лесной мыши в районе п. Аккермановка составляла – 100%, в районе п. Новорудный – 97%, в экологически благополучных экосистемах – 86%; доля размножающихся самцов полевой мыши в районе п. Аккермановка составляла – 94%, в районе п. Новорудный – 91%, в экологически благополучных экосистемах – 74%; доля размножающихся самцов обыкновенной полевки в районе п. Аккермановка составляла – 95%, в районе п. Новорудный – 79%, в экологически благополучных экосистемах – 70%. Доля самок лесной мыши, принимающих участие в размножении, составляла: в районе п. Аккермановка – 94%, в районе п. Новорудный – 91%, в экологически благополучных экосистемах – 81%; доля самок полевой мыши, принимающих участие в размножении, составляла: в районе п. Аккермановка – 88%, в районе п. Новорудный – 82%, в экологически благополучных экосистемах – 71%; доля самок обыкновенной полевки, принимающих участие в размножении, составляла: в районе п. Аккермановка – 94%, в районе п. Новорудный – 74%, в экологически благополучных экосистемах – 65%. В целом на техногенной территории возрастает доля активно размножающихся животных, а доля половозрелых неразмножающихся животных сравнительно невелика, в сравнении с экологически благополучными регионами, т. е. на фоне сниженной численности животных экологически неблагополучных регионов возрастает интенсивность процесса размножения.
В семенниках всех исследованных грызунов выявлено существенное изменение соотношений между извитыми семенными канальцами и интерстициальной тканью. Так, в зоне влияния ОХМК «Уральская сталь» (в районе поселков Аккермановка и Новорудный) у животных в семенниках отмечалось уменьшение диаметра извитых семенных канальцев по сравнению с животными из неизмененных биогеоценозов (табл. 2). Причем более выраженным это уменьшение было у млекопитающих из популяций, обитающих вблизи металлургического предприятия (на расстоянии 3 км).
На фоне уменьшения диаметра извитых семенных канальцев в семенниках исследованных видов животных экологически неблагополучных регионов отмечалось возрастание доли интерстициальной соединительной ткани (табл. 3).
Анализ гистологических препаратов семенников свидетельствовал о наличии деструктивных изменений, затрагивающих сперматогенный эпителий извитых семенных канальцев.
В канальцах с повреждением сперматогенного эпителия наиболее часто встречались такие нарушения как: деструкция сперматогенных клеток (сперматоцитов, сперматид, сперматозоидов), наличие большого числа многоядерных клеток, нарушение упорядоченности сперматогенного эпителия (дезорганизация сперматогенного пласта). Выраженность деструктивных изменений была выше у животных, обитающих на расстоянии 3 км
Таблица 1.
Некоторые экстерьерные и интерьерные признаки половозрелых самцов лесной мыши, полевой мыши и обыкновенной полевки, принимающих участие в размножении за 2009-2010 гг.
| Виды | Месяцы | п. Аккермановка | п. Новорудный | Контроль | ||||||
| Масса животного г | Длина тела мм | Масса семенников мг | Масса животного г | Длина тела мм | Масса семенников мг | Масса животного г | Длина тела мм | Масса семенников мг | ||
| Лесная мышь | Май | 22±0,3* | 95±0,6* | 129±3,2* | 25±0,5* | 101±1,1* | 151±3,7* | 30±0,8 | 112±1,5 | 173±7,3 |
| Июнь | 20±0,2* | 90±0,5* | 119±2,5* | 23±0,4* | 98±0,8* | 135±5,6* | 24±0,4 | 100±1,1 | 150±5,5 | |
| Сентябрь | 18±0,1* | 80±0,2* | 108±1,5* | 19±0,2* | 85±0,4* | 120±2,5* | 20±0,2 | 97±0,8 | 136±3,4 | |
| Полевая мышь | Май | 24±0,4* | 95±0,6* | 130±4,6* | 29±0,7* | 101±1,1* | 145±3,1* | 33±1,1 | 120±1,8 | 183±6,4 |
| Июнь | 22±0,3* | 90±0,5* | 119±6,6* | 26±0,5* | 98±0,8* | 133±7,5* | 28±0,6 | 110±1,4 | 167±7,3 | |
| Сентябрь | 19±0,2* | 80±0,2* | 100±7,8* | 20±0,2* | 85±0,4* | 119±6,5* | 22±0,3 | 100±1,1 | 140±4,2 | |
| Обыкновен -ная полевка | Май | 25±0,5* | 99±0,8* | 130±4,6* | 30±0,8* | 115±1,6* | 145±3,1* | 37±1,3 | 121±1,8 | 217±9,3 |
| Июнь | 21±0,3* | 95±0,6* | 119±6,6* | 27±0,6* | 105±1,2* | 149±7,5* | 29±0,7 | 110±1,4 | 201±5,5 | |
| Сентябрь | 17±0,1* | 90±0,5* | 100±7,8* | 18±0,1* | 96±0,6* | 119±6,5* | 19±0,2 | 100±1,1 | 192±4,2 | |
* Различия по сравнению с контролем статистически достоверны при р ≤ 0,05
Таблица 2.
Диаметр извитых семенных канальцев (мкм) в семенниках половозрелых размножающихся особей лесной мыши, полевой мыши и обыкновенной полевки из техногенных и контрольных территорий за 2009-2010 гг.
| Виды | Месяцы | n | п. Аккермановка | n | п. Новорудный | n | Контроль |
| Лесная мышь | Май | 9 | 153,60±4,50 | 13 | 156,70±5,20 | 18 | 160,50±6,10 |
| Июнь | 8 | 152,30±3,20 | 10 | 155,91±4,10 | 14 | 159,30±5,70 | |
| Сентябрь | 6 | 146,90±6,18 | 5 | 148,50±4,17 | 5 | 151,30±3,20 | |
| Полевая мышь | Май | 7 | 153,55±4,33 | 9 | 156,50±5,16 | 9 | 161,50±6,12 |
| Июнь | 5 | 151,81±3,40 | 7 | 154,41±4,12 | 7 | 159,35±5,73 | |
| Сентябрь | 4 | 148,83±6,28 | 4 | 153,50±4,17 | 4 | 157,30±3,20 | |
| Обыкновенная полевка | Май | 8 | 150,31±3,47* | 8 | 160,25±3,50 | 10 | 165,87±4,65 |
| Июнь | 5 | 144,57±5,14* | 6 | 158,35±7,12 | 7 | 160,36±6,32 | |
| Сентябрь | 5 | 133,57±6,34 | 5 | 138,35±2,30 | 6 | 142,44±5,51 |
* Различия по сравнению с контролем статистически достоверны при р ≤ 0,05
Таблица 3.
Площадь интерстициальной соединительной ткани (%) в семенниках половозрелых размножающихся особей лесной мыши, полевой мыши и обыкновенной полевки из техногенных и контрольных территорий за 2009-2010 гг.
-
Виды
Месяцы
n
п. Аккермановка
n
п. Новорудный
n
Контроль
Лесная мышь
Май
9
6,53±0,41*
13
5,58±0,71*
18
3,89±0,20
Июнь
8
5,91±0,85
10
5,47±0,32
14
4,75±0,50
Сентябрь
6
10,48±0,31*
5
6,90±0,71
5
5,61±0,60
Полевая мышь
Май
7
6,25±0,28*
9
5,62±0,61*
9
3,54±0,45
Июнь
5
6,33±0,41*
7
5,18±0,21
7
4,49±0,81
Сентябрь
4
7,15±0,35*
4
6,16±0,38
4
5,95±0,28
Обыкновенная полевка
Май
8
6,25±0,50*
8
5,71±0,50*
10
3,87±0,65
Июнь
5
7,51±0,60*
6
6,35±0,12*
7
4,73±0,33
Сентябрь
5
8,30±0,47*
5
6,95±0,35*
6
5,67±0,51
* Различия по сравнению с контролем статистически достоверны при р ≤ 0,05
от предприятия, в сравнении с животными, отловленными из популяций, находящихся на расстоянии 45 км от предприятия.
У животных из популяций, испытывающих влияние металлургического производства, использование ШИК-реакции показало значительную извилистость неклеточных слоев стенки извитых семенных канальцев. Это является одним из морфологических эквивалентов нарушения целостности гематотестикулярного барьера. А повреждение гематотестикулярного барьера усугубляет деструктивные изменения сперматогенного эпителия.
Полученные нами результаты согласуются с исследованиями Лукьяновой Л.Е., Лукьянова О.А. [1998], Давыдовой Ю.А., Мухачевой С.В. [2007], Мухачевой С.В. [2007], которые выявили наличие значительных изменений в семенниках рыжих полевок из зоны влияния Средне-Уральского
медеплавильного комбината: среди разнообразных нарушений, встречающихся в канальцевом пространстве семенника, преобладали атрофия извитых семенных канальцев и дезорганизация клеток сперматогенного эпителия.
Нами выявлено, что в популяции интерстициальных эндокриноцитов семенников наблюдалось снижение численности и доли функционально активных клеток Лейдига, причем наиболее это было выражено у животных, находящихся в 3 км от предприятия черной металлургии (табл. 4).
В популяции интерстициальных эндокриноцитов возрастала доля отростчатых и веретеновидных клеток с уменьшенными объемами цитоплазмы и ядер. Средний объем ядер интерстициальных эндокриноцитов, например, у полевой мыши составил: вблизи предприятия (п. Аккермановка) в мае – 66,20±2,87 мкм3 , в июне – 65,50±1,30 мкм3; в 45 км от предприятия (п. Новорудный) – 68,40±1,88 мкм3 и 67,70±2,82 мкм3; в контроле – 70,25±3,18 мкм3 и 69,60±1,44 мкм3 соответственно. В сентябре наблюдалось уменьшение среднего объема клеток Лейдига как на техногенной территории, так и в экологически благополучных экосистемах. Данный факт указывает на снижение синтеза мужских половых гормонов в семенниках исследованных видов млекопитающих. Изменения объема ядер интерстициальных эндокриноцитов семенников исследованных грызунов представлены в таблице 5.
Анализ размеров клеток Лейдига и их ядер указывает на то, что, очевидно, в условиях воздействия металлургического комбината в гонадах мелких млекопитающих происходит гибель интерстициальных эндокриноцитов крупных размеров, а клетки со средними размерами цитоплазмы и ядер, видимо, более устойчивы к действию повреждающих факторов.
Полученные нами данные по воздействию неблагоприятных факторов среды на интерстициальные эндокриноциты (клетки Лейдига) семенников позвоночных животных согласуются с литературными данными [Шевлюк Н.Н., Стадников А.А., 2010]. Согласно этим данным, клетки Лейдига чрезвычайно чувствитель-
Таблица 4.
Количество интерстициальных эндокриноцитов (на единицу площади) в семенниках половозрелых размножающихся особей лесной мыши, полевой мыши и обыкновенной полевки из техногенных и контрольных территорий за 2009-2010 гг.
-
Виды
Месяцы
n
п. Аккермановка
n
п. Новорудный
n
Контроль
Лесная мышь
Май
9
4,36±0,75
13
5,56±0,23
18
5,67±1,43
Июнь
8
4,20±0,41
10
5,15±0,32
14
5,60±1,50
Сентябрь
6
3,48±0,31*
5
4,24±0,71
5
4,87±0,60
Полевая мышь
Май
7
5,85±0,28*
9
6,53±0,20
9
6,94±0,45
Июнь
5
5,69±0,14*
7
6,28±0,16
7
6,53±0,28
Сентябрь
4
4,55±0,35*
4
5,27±0,38
4
5,95±0,32
Обыкновенная полевка
Май
8
6,64±0,52
8
7,06±0,50
10
7,45±0,33
Июнь
5
6,22±0,60*
6
6,95±0,12
7
7,14±0,28
Сентябрь
5
5,12±0,47*
5
5,97±0,35
6
6,68±0,51
* Различия по сравнению с контролем статистически достоверны при р ≤ 0,05
Таблица 5.
Объем ядер клеток Лейдига (мкм3) в семенниках половозрелых размножающихся особей лесной мыши, полевой мыши и обыкновенной полевки из техногенных и контрольных территорий за 2009-2010 гг.
-
Виды
Месяцы
n
п. Аккермановка
n
п. Новорудный
n
Контроль
Лесная мышь
Май
9
64,73±2,17
13
66,67±3,55
18
67,65±8,33
Июнь
8
63,03±1,70
10
65,23±3,12
14
66,50±4,20
Сентябрь
6
62,32±1,25*
5
63,41±1,26
5
65,45±1,35
Полевая мышь
Май
7
66,20±2,87
9
68,40±1,88
9
70,25±3,18
Июнь
5
65,50±1,30*
7
67,70±2,82
7
69,60±1,44
Сентябрь
4
63,20±0,98*
4
65,32±1,24
4
67,70±2,40
Обыкновенная полевка
Май
8
77,50±1,44
8
79,60±2,35
10
81,70±3,87
Июнь
5
76,22±1,32*
6
78,14±1,67
7
80,57±2,82
Сентябрь
5
74,36±0,97*
5
75,40±1,21*
6
79,64±1,20
* Различия по сравнению с контролем статистически достоверны при р ≤ 0,05
ны к воздействию различных экстремальных дестабилизирующих факторов. Что касаемо адаптивных и реактивных изменений, возникающих в ответ на неблагоприятные воздействия в клетках Лейдига, то они характеризуются многообразием морфофункциональных проявлений. При этом могут отмечаться явления гипертрофии, гиперплазии, либо явления угнетения секреторной активности эндокриноцитов, либо отсутствие морфологических изменений.
В более удаленных от металлургического предприятия популяциях всех изученных видов мелких млекопитающих (обыкновенной полевки, полевой и лесной мышей) сдвиги в морфофункциональной характеристике мужских гонад, возникающие под действием негативных факторов производства, находились в пределах адаптивных возможностей животных. В семенниках большинства исследованных в этих экосистемах животных наблюдался активный сперматогенез, доля канальцев с деструкцией сперматогенного эпителия была невысока. Тогда как у животных, обитающих в районе п. Аккермановка недалеко от предприятия доля канальцев с деструкцией сперматогенного эпителия составила более 20 процентов. В этих экосистемах адаптивные возможности органов репродуктивной системы у этих млекопитающих оказались недостаточными для компенсации ущерба от негативного воздействия выбросов металлургического предприятия, в результате чего доля канальцев с выраженной деструкцией сперматогенного эпителия возрастала во много раз.
Выявленные нарушения морфофункциональной характеристики семенников у животных, испытывающих влияние металлургического производства, сходны с таковыми у животных, испытывающих различные дестабилизирующие воздействия (различные виды стрессорных воздействий, влияние комплекса техногенных факторов газоперерабатывающего производства и др.) [Демина Л.Л., 2002; Шевлюк Н.Н. и соавт., 2008; Боков Д.А. и соавт., 2009; Блинова Е.В., 2009; Шевлюк Н.Н., Стадников А.А., 2010].
Полученные факты свидетельствуют о том, что в процессе эволюции у позвоночных сформировался комплекс адаптивных реакций со стороны репродуктивной системы, которые направлены на уменьшение негативных воздействий; в случае высокой их интенсивности это приводит к тому, что животные, испытывающие эти воздействия, не принимают участия в репродукции и не увеличивают долю генетических мутаций в популяции.
Структурно-функциональная характеристика органов размножения самок мелких млекопитающих из зон влияния ОХМК «Уральская сталь» и контрольных территорий
На фоне сниженной численности животных мы выявили, что для самок лесной мыши, полевой мыши и обыкновенной полевки, также как и для самцов тех же видов млекопитающих, принимающих участие в размножении в зоне влияния ОХМК «Уральская сталь», характерно закономерное незначительное снижение абсолютной массы тела и массы яичников. Так, масса тела, к примеру, самок полевой мыши за весь период наблюдения колебалась в районе поселков Аккермановка и Новорудный в пределах 18-27 г, в экологически благополучных экосистемах – 21-32 г. Масса яичников самок полевой мыши, например, в мае в районе п. Аккермановка составила – 20±1,2 мг, в районе п. Новорудный – 23±1,3 мг, в контроле – 26±1,5 мг.
В яичниках самок всех исследованных видов грызунов из зоны влияния металлургического предприятия деструктивные изменения были выражены более рельефно в сравнении с самцами. Наблюдалось снижение количества фолликулов в корковом веществе яичников, причем более выраженным это снижение было у животных, обитающих вблизи предприятия (рис. 1, 2, 3).
Данный факт можно объяснить с двух позиций: 1) у животных, обитающих в условиях воздействия металлургического комбината, происходит интенсификации репродуктивной активности, в связи с чем в рост идет большое число фолликулов; 2) у животных техногенной территории наблюдается повышенная элиминация фолликулов, подвергшихся деструктивным изменениям.
Также нами было отмечено, что на фоне возрастания в яичниках исследованных видов грызунов численности вступающих в быстрый рост фолликулов, в корковом веществе яичников отмечается повышение доли атретических фолликулов. Это свидетельствует о неблагоприятном воздействии комплекса загрязняющих веществ, выбрасываемых ОХМК «Уральская сталь» на яичники животных, что выражается в наличии деструктивных изменений в них.
На территориях, подверженных влиянию выбросов Орско-Халиловского металлургического комбината «Уральская сталь», у беременных самок всех исследованных видов грызунов в матке наряду с крупными, сформированными эмбрионами обнаруживались мелкие и недоразвитые. Данный факт может свидетельствовать о повышенной эмбриональной смертности у самок экологически неблагополучных регионов.
Рисунок 1.
Различия по сравнению с контролем статистически достоверны при р ≤ 0,05
Рисунок 2.
Различия по сравнению с контролем статистически достоверны при р ≤ 0,05
Рисунок 3.
Различия по сравнению с контролем статистически достоверны при р ≤ 0,05
Полученные нами результаты согласуются с данными, имеющимися в литературе, по влиянию загрязняющих веществ различных промышленных предприятий на сообщества позвоночных [Богоявленская В.Ф. и соавт., 2001; Катаев Г.Д., 2005; Шевлюк Н.Н., Блинова Е.В., 2006; Блинова Е.В., 2009 и др.].
Таким образом, выявленные факты указывают на предельно напряженный характер функционирования эндокринных и герминативных структур гонад животных в экосистемах, испытывающих воздействие выбросов ОХМК «Уральская сталь».
ВЫВОДЫ
1. В зоне влияния ОХМК «Уральская сталь» возрастает интенсивность размножения исследованных видов мелких млекопитающих (лесной мыши, полевой мыши, обыкновенной полевки), выражающаяся в увеличении доли животных, принимающих участие в размножении в течение весенне-летне-осеннего сезона, а также участии в репродукции животных более раннего возраста.
2. Морфологические нарушения в семенниках в условиях влияния техногенных факторов металлургического комбината имеют однотипный характер и проявляются возрастанием в семенниках млекопитающих доли канальцев с деструкцией сперматогенного эпителия, повышением доли соединительной ткани в органе, снижением диаметра извитых семенных канальцев. Однако глубина и степень нарушений более выражена у животных, отловленных вблизи предприятия.
3. Основными видами повреждения сперматогенного эпителия в извитых семенных канальцах являются:
- нарушение упорядоченности сперматогенного эпителия (дезорганизация сперматогенного пласта);
- наличие большого числа многоядерных клеток;
- деструкция сперматогенных клеток (сперматоцитов, сперматид, сперматозоидов).
4. Наиболее типичной реакцией со стороны интерстициальных эндокриноцитов семенников исследованных видов животных из техногенной территории является усиление гетероморфности в популяции клеток Лейдига. Преобладают эндокриноциты со средними размерами ядер и цитоплазмы, которые являются более устойчивыми к действию повреждающих факторов металлургического производства.
5. В яичниках самок млекопитающих из популяций, населяющих территории, подверженные воздействию выбросов ОХМК «Уральская сталь», наблюдается более быстрое истощение резерва фолликулов, что может свидетельствовать о стимулирующем влиянии комплекса негативных факторов на фолликулогенез. На фоне возрастания в яичниках численности вступающих в быстрый рост фолликулов отмечается повышение доли атретических фолликулов.
Снижение содержания фолликулов в яичниках самок всех исследованных видов грызунов в зоне влияния предприятия черной металлургии связано как с интенсификацией репродуктивной активности, так и с повышенной элиминацией. Значительная часть фолликулов подвергалась деструктивным изменениям, причем более устойчивыми к дегенеративным изменениям были покоящиеся фолликулы.
6. Повышенная элиминация генеративных структур семенников и яичников может рассматриваться двояко: и как результат деструктивных воздействий на репродуктивную функцию, и в тоже время, как результат адаптивных возможностей популяции (элиминация генетически дефектных половых клеток, направленная на защиту генофонда популяции).
7. Напряженный характер репродуктивной активности лесной мыши, полевой мыши и обыкновенной полевки (установленный по показателям морфофункциональной характеристики гонад) в зоне влияния ОХМК «Уральская сталь» может являться одним из факторов снижения численности видов на наблюдаемых территориях: в районе п. Аккермановка (в 3 км от предприятия) и в районе п. Новорудный (в 45 км от предприятия).
СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
1. Мешкова О.А. Реакция популяций мелких млекопитающих на антропогенные воздействия / О.А. Мешкова // Наука и образование: исследования молодых ученых: сборник статей аспирантов ОГПУ / под общ. ред. В.А. Лабузова. – Оренбург: ГУ «РЦРО», 2009. – С. 173-177.
2. Шевлюк Н.Н. Морфофункциональная характеристика семенников позвоночных, обитающих в зоне влияния предприятия чёрной металлургии / Н.Н. Шевлюк, О.А. Мешкова, Л.Н. Филатова // Морфологические ведомости. – 2009. - № 3. – С. 293-294.
3. Шевлюк Н.Н. Морфофункциональная характеристика органов репродуктивной системы позвоночных (амфибии, рептилии, млекопитающие), обитающих в антропогенно измененных ландшафтах Южного Урала / Н.Н. Шевлюк, О.А. Мешкова, Л.Н. Филатова // Морфология. – 2009. – Т. 136, № 4. – С. 155.
4. Шевлюк Н.Н. Интерстициальные эндокриноциты (клетки Лейдига) семенников в постнатальном онтогенезе млекопитающих / Н.Н. Шевлюк, Е.В. Блинова, Д.А. Боков, Е.Е. Елина, О.А. Мешкова // Вопросы морфологии XXI века. Выпуск 2. Сборник научных трудов. К 80-летию со дня рождения профессора Алексея Андреевича Клишова / под ред. Р.К. Данилова, С.В. Костюкевича, И.А. Одинцовой. – СПб.: Изд-во ДЕАН, 2010. – С. 192-195.
5. Обухова Н.В. Сравнительная эколого-морфологическая и функциональная характеристика органов репродуктивной системы позвоночных из популяций, обитающих в зоне влияния предприятия чёрной металлургии / Н.В. Обухова, Н.Н. Шевлюк, О.А. Мешкова, Л.Н. Филатова // Известия ОГАУ. – 2010. - № 4(28). – С. 208-210.
6. Шевлюк Н.Н. Морфогенетические преобразования эндокринных и герминативных структур семенников позвоночных в условиях действия неблагоприятных техногенных факторов среды / Н.Н. Шевлюк, Е.В. Блинова, О.А. Мешкова, Л.Н. Филатова // Ретиноиды. Альманах. Выпуск 32. Материалы 8-й Всероссийской научной конференции «Бабухинские чтения в Орле». г. Орел, 1-2 июня 2011 г. – М.: ЗАО «Ретиноиды», 2011. – С. 282-286.
____________________________________________________________________________________________________
Отпечатано в типографии Оренбургского государственного педагогического университета
Лицензия 021346 от 2.08.97 г. Подписано в печать 18.07.2011 г.
Заказ № 800. Усл.печ.л. 10,47. Тираж 100 экз.
460844, г. Оренбург, ул. Советская, 19.