Морфофункциональная характеристика размножения амфибий и рептилий из популяций, испытывающих влияние предприятия черной металлургии в степной зоне южного урала 03. 03. 04. Клеточная биология, цитология, гистология
| Вид материала | Автореферат |
- Эколого-морфологическая характеристика размножения мелких млекопитающих из популяций,, 635.9kb.
- Морфофункциональная характеристика пульпы зуба и оценка иммунного статуса при кариесе,, 552.48kb.
- Морфофункциональная характеристика слизистой оболочки кишечника потомства самок крыс, 303.36kb.
- Ультраструктурная и цитохимическая характеристика макрофагов, инфицированных рнк-содержащими, 636.4kb.
- Эколого-морфологическая характеристика репродуктивной активности рыжей полёвки (clethrionomys, 243.57kb.
- Влияние биологически активных клеточных компонентов растений на структурные изменения, 324.85kb.
- Овчарова Анастасия Никитовна Морфологическая характеристика тонкой и толстой кишки, 377.67kb.
- 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
Филатова Любовь Николаевна
МОРФОФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАЗМНОЖЕНИЯ АМФИБИЙ И РЕПТИЛИЙ 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 « » 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, 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 « » июля 2011
Ученый секретарь
диссертационного совета,
профессор Шевлюк Н. Н.
Общая характеристика работы
Актуальность исследования. Интенсивное развитие промышленности, сельского хозяйства и других форм хозяйственной деятельности человека в нашей стране и за рубежом привели и продолжают приводить к весьма значительным, часто необратимым изменениям природной обстановки, существенно влияющим на растительный и животный мир (Шилов И.А., 1977; Щипанов Н.А.,1998; Боев В.М. с соавт., 2002; Вершинин В.Л., 2007; Государственный доклад, 2008). Ни на одном этапе своей истории человек не подвергал свою среду обитания и среду обитания животных естественных биоценозов действию такого огромного количества токсичных и загрязняющих веществ (Никитин А.И., 2005).
Проблема рационального использования природных ресурсов и контроля за состоянием природной среды в условиях интенсивного освоения Южного Урала имеет особо острый характер (Демина Л.Л., 2002; Бухарин О.В., 2010). Оренбургская область, обладая крупным многоотраслевым промышленным и топливно-энергетическим комплексом, занимает одно из первых мест среди регионов Южного Урала и восьмое место в России по загрязнению окружающей среды (Государственный доклад, 2004; Топурия Г.М. с соавт., 2004; Куксанов В.Ф. и др., 2006). Загрязнение атмосферы области выше предельно допустимой концентрации наблюдается по ряду веществ, в том числе по диоксидам азота, серы, фенола, формальдегиду, превышающим ПДК в 2-17 раз (Боев В.М., Воляник М.Н., 1995; Топурия Г.М. и др., 2004; Сетко Н.П. с соавт., 2004). В регионе за последние десятилетия одно из первых мест по степени техногенных влияний принадлежит Новотроицкому металлургическому комбинату ОАО «Уральская сталь».
В настоящее время остро стоят вопросы сохранения здоровья и выживания людей в условиях глобального ухудшения экологической обстановки. По существующим представлениям глубина структурных изменений в тканях, органах и системах организма при действии патогенных факторов определяются возможностями их резервов. Повреждения наступают тогда, когда все механизмы защиты и адаптации задействованы, а резервы использованы (Пузырев А.А. с соавт., 1997).
Изучение закономерностей морфофункционального состояния системы размножения животных – одна из актуальных проблем биологии. Морфофункциональное состояние органов репродуктивной системы является одним из ведущих факторов, обеспечивающих оптимальное воспроизводство и эффективную адаптацию популяций к изменениям среды обитания. Анализ исследований по структурно-функциональной характеристике семенников амфибий и рептилий показал, что морфология этих органов и функциональные особенности во многом видоспецифичны и определяются физиологическим состоянием, возрастом животных, сезонными, антропогенными и другими факторами.
Несмотря на работы, опубликованные за последние десятилетия по различным аспектам воздействия техногенных факторов на репродуктивный потенциал популяций различных видов позвоночных животных (Кузьмин С.Л., 1995; Шевлюк Н.Н. и соавт., 2008; Шевлюк Н.Н., Стадников А.А., 2010 и др.), многие аспекты биологии размножения животных в условиях антропогенно трансформированных экосистем являются дискуссионными и нуждаются в дополнительном исследовании.
Сказанное определяет актуальность наших дальнейших исследований по изучению биологии размножения амфибий и рептилий в зоне влияния предприятия черной металлургии в степной зоне Южного Урала.
Цель и задачи исследования. Цель настоящего исследования: выяснение морфофункциональной характеристики размножения амфибий и рептилий из популяций, испытывающих влияние предприятия черной металлургии в степной зоне Южного Урала.
Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:
1. Определить морфофункциональную характеристику семенников амфибий, обитающих в зоне влияния Новотроицкого металлургического комбината ОАО «Уральская сталь» и сохранившихся ненарушенных территорий.
2. Дать сравнительную структурно-функциональную характеристику органам мужской репродуктивной системы рептилий, обитающих в техногенных и сохранившихся ненарушенных территориях;
3. Выяснить особенности репродукции амфибий и рептилий в экосистемах, подверженных влиянию комплекса негативных техногенных факторов металлургического предприятия.
Научная новизна. Получены новые сведения, касающиеся морфофункциональной характеристики органов репродуктивной системы озерной лягушки и прыткой ящерицы, обитающих в зоне влияния предприятия черной металлургии ОАО «Уральская сталь».
- Впервые установлены структурные эквиваленты и диапазон адаптивных и реактивных преобразований в органах мужской репродуктивной системы амфибий и рептилий в условиях длительного воздействия техногенных факторов предприятия черной металлургии в степной зоне Южного Урала.
- Выявлен комплекс неспецифических морфофункциональных сдвигов в семенниках амфибий и рептилий, проявляющийся в снижении массы гонад; уменьшении диаметра извитых семенных канальцев; повышении доли канальцев с деструкцией сперматогенного эпителия; снижение доли извитых семенных канальцев и возрастание доли интерстициальной ткани.
- Установлено, что популяция интерстициальных эндокриноцитов (клеток Лейдига) семенников амфибий и рептилий, обитающих в зоне влияния металлургического комбината, характеризуется большей устойчивостью к действию комплекса негативных факторов по сравнению со сперматогенным эпителием.
Теоретическая и практическая значимость. Полученные данные по морфофункциональной характеристике органов репродуктивной системы амфибий и рептилий, обитающих в условиях техногенно измененных экосистемах, обосновывают эколого-морфологический принцип изучения биологии репродукции.
Полученные морфофизиологические показатели органов репродуктивной системы самцов озерной лягушки и прыткой ящерицы могут быть использованы в качестве фундаментальной основы при разработке критериев оценки экологического состояния популяций амфибий и рептилий, что имеет существенное значение для разработки стандартов санитарно-гигиенического благополучия населения в Южно-Уральском регионе.
Реализация результатов исследования. Материалы диссертационной работы используются в учебном процессе Оренбургского государственного педагогического университета, Оренбургской государственной медицинской академии при проведении практических занятий по дисциплинам «Зоология позвоночных», «Общая экология», «Гистология, цитология и эмбриология».
Положения выносимые на защиту:
- В условиях длительного воздействия комплекса факторов металлургического предприятия ОАО «Уральская сталь» в популяциях озерной лягушки и прыткой ящерицы происходит интенсификация репродуктивной активности, которая не компенсирует повышенную смертность животных.
- В семенниках озерной лягушки и прыткой ящерицы, обитающих в зоне влияния металлургического комбината, выявляется комплекс системных неспецифических морфофункциональных изменений, проявляющийся в:
- снижении массы гонад;
- уменьшении диаметра извитых семенных канальцев;
- повышении доли канальцев с деструкцией сперматогенного эпителия;
- снижение доли извитых семенных канальцев и возрастание доли интерстициальной ткани.
Вышеотмеченные изменения наблюдаются на фоне значительной функциональной активности клеток Лейдига.
При этом глубина и степень нарушений более выражена у животных, отловленных вблизи предприятия.
- Интерстициальные эндокриноциты (клетки Лейдига) семенников озерной лягушки и прыткой ящерицы, из экосистем испытывающих влияние металлургического комбината ОАО «Уральская сталь», являются более устойчивыми к действию негативных техногенных факторов, в сравнении со сперматогенным эпителием извитых семенных канальцев.
- Выявленные изменения в органах репродуктивной системы мужской половой системы озерной лягушки и прыткой ящерицы указывают на напряженный характер репродукции в условиях длительного техногенного воздействия металлургического комбината ОАО «Уральская сталь».
Апробация работы. Материалы диссертационной работы доложены и обсуждены на конференции «Клиническая анатомия и экспериментальная хирургия в XXI веке» (Оренбург, 2009); на VI Всероссийском съезде морфологов, с международным участием (Саратов, 2009); региональной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов Оренбургской области, секция «Актуальные проблемы морфологии» (Оренбург, 2011); 8-й всероссийской научной конференции «Бабухинские чтения в Орле» (Орел, 2011); на XVII научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов-2011»; на Международной (VI Всероссийской) Пироговской научной медицинской конференции студентов и молодых ученых (Москва, 2011).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 работ, в том числе 4 в изданиях, рекомендованных ВАК Минобразования РФ для публикаций материалов докторских и кандидатских диссертаций.
Структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, главы, посвященной описанию материалов и методов исследования, главы с изложением результатов собственного исследования, обсуждения полученных результатов, выводов и списка использованной литературы, включающего 318 источников, в том числе 102 иностранных. Диссертация изложена на 139 страницах, иллюстрирована 12 таблицами, 38 рисунками.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
В основу работы положены объекты, собранные с мая по сентябрь 2009-2010 гг. в зоне влияния Орско-Халиловского металлургического комбината (ОХМК «Уральская сталь»): в районе поселка Аккермановка (находящегося на расстоянии 3 км от металлургического комбината), поселка Новорудный (находящегося на расстоянии 50 км от металлургического комбината) и контрольных участках Соль-Илекского и Сакмарского районов Оренбургской области.
Большинство амфибий и рептилий были отловлены вручную или с помощью гидробиологического сачка с частыми ячейками. В некоторых случаях был использована методика «ловчих ямок» Птушенко Е.С. (1934) для сбора амфибий, которые представляют собой небольшие четырехугольные ямки с вполне вертикальными стенками и горизонтальным дном, длиной и шириной 15 ×15 см и глубиной 40 см, они располагаются в 100-200 м одна от другой в шахматном порядке. В ходе полевых исследований было отловлено 163 особи позвоночных животных, из них 76 рептилии и 87 амфибии.
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. Измерение длины тела животных проводили при помощи штангенциркуля; измерение веса тела проводили с помощью электронных весов с точность до 0,1 г, а измерение массы семенников проводили с помощью электронных весов с точность до 0,01 г.
Суждение об особенностях размножения самцов проводилось по состоянию генеративных органов (масса и размер семенников и их гистологическая структура).
С целью анализа воздействия выбросов металлургических производств на эндокринные и герминативные структуры гонад проведен морфологический анализ семенников 128 половозрелых особей амфибий и рептилий: озерной лягушки (63 особи), прыткой ящерицы (65 особей). Животных брали для исследования с начала их пробуждения в апреле, июне и до ухода на зимовку в сентябре. Контролем служили семенники животных этих же видов, обитающих в экологически благополучных регионах Оренбургской области, которые были отловлены для исследования в те же календарные периоды года.
При исследовании семенников 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; Евгеньева Т.П., 1983; Семченко В.В. с соавт., 2006).
На срезах семенников определяли относительную площадь, занимаемую интерстициальной тканью и извитыми семенными канальцами (процентное соотношение). На гистологических препаратах проводили подсчет эндокриноцитов на условной единице площади (на площади квадрата со стороной 0,25 мкм3). Измеряли линейные и объемные показатели ядер эндокриноцитов. 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). При измерении объемных показателей отростчатые клетки не учитывались, Также проводили измерения диаметров извитых семенных канальцев (на строго поперечных срезах). 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-1-1,5 x У 4,2.
Статистическая обработка данных морфометрии проводилась на персональном компьютере с использованием программы «Microsoft Excel» из пакета программ Microsoft Office XP. Определяли средние величины метрических показателей (М), среднее квадратическое отклонение (б) ошибку среднего (m), доверительный коэффициент или критерий Стьюдента (t). (Ташкэ К., 1980; Петухов В.Л. и др., 1985; Автандилов Г.Г., 1990).
РЕЗУЛЬТАТЫ СОБСТВЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Структурно-функциональная характеристика семенников озерной лягушки из зон влияния металлургического комбината и контрольной территории
Сравнительный анализ веса тела и линейных размеров самцов озерной лягушки за весенне-летний период 2009-2010 гг. показал, что различия между контрольной и техногенной территориями по массе и длине тела значительны. Обращает на себя внимание тот факт, что амфибии, отловленные в зоне влияния металлургического предприятия имеют более крупную массу (табл. 1).
Сравнение веса семенников озерной лягушки из популяций, подверженных техногенной нагрузке (п. Аккермановка и п. Новорудный), с популяциями, обитающими в условиях экологически благоприятных экосистем Соль - Илекского и Сакмарского районов за 2009-2010 гг., показывает, что семенники самцов озерной лягушки, естественных биоценозов достоверно крупнее и отличаются более высокой массой, чем семенники лягушек из п. Новорудный и из п. Аккермановка (табл. 1).
Среди исследованных половозрелых самцов земноводных в период размножения обнаруживались как животные, в семенниках которых наблюдался активный сперматогенез (1-я группа животных), так и животные, в семенниках которых активный сперматогенез не отмечался (2-я группа животных). У животных первой группы в сперматогенном эпителии выявлялись все клеточные формы, характерные для полноценного сперматогенеза – сперматогонии, сперматоциты 1-го и 2-го порядка, сперматиды и сперматозоиды. На техногенных территориях процент особей, участвующих в размножении составлял 95%, тогда как на контрольных участках – 70%. Указанные факты свидетельствуют об интенсификации размножения в зоне повышенного воздействия неблагоприятных факторов.
Таблица 1.
Сравнительная характеристика веса тела и линейных размеров самцов озерной лягушки из зоны влияния предприятия черной металлургии и контрольной зон в период репродуктивной активности за весенне-летний период 2009-2010 гг.
| | n | Контроль | n | п.Новорудный | n | п.Аккермановка |
| Вес, г | 9 | 74,2 ±5,78 | 6 | 85,1 ± 3,31 | 6 | 88,5 ± 1,9* |
| Длина тела, мм | 8 | 57,2 ±7,38 | 6 | 60,3 ± 2,21 | 6 | 62,2 ± 1,72 |
| Масса семени- ков, мг | 9 | 754,2 ± 35 | 7 | 689,7 ± 13* | 6 | 525,6 ± 19* |
*- различия по сравнению с контролем статистически достоверны при р≤ 0,05
Озерная лягушка выходит из зимовки во второй половине апреля – начале мая. В этот период амфибии приступают к активному размножению, в их семенниках активизируются процессы сперматогенеза, в это время диаметр семенных канальцев наибольший. После завершения спаривания в летние месяцы на фоне снижения диаметра семенных канальцев наблюдаются процессы угнетения сперматогенеза. В сентябре наблюдается заметное увеличение диаметра семенных канальцев у животных, в семенниках активизируются процессы сперматогенеза. Следствием этого является появление в семенных канальцах в конце лета – начале осени сперматид, зрелые сперматозоиды в этот период в семенниках лягушек нами не выявлены. Семенные канальцы в семенниках лягушек обычно прямые, мало извитые. Интерстициальная ткань в семенниках в период спаривания животных развита слабо. Островки интерстициальной ткани либо непосредственно контактируют со стенками семенных канальцев, либо отделены от них лимфатическими капиллярами.
У бесхвостых амфибий начальные этапы сперматогенеза проходят в цистах, а затем в ходе сперматогенеза происходит относительно ранний разрыв стенки цисты, который по сути дела превращает ее в часть стенки канальца и выталкивает развивающиеся сперматозоиды в просвет последнего (Шевлюк Н.Н., Стадников А.А., 2010).
Достоверные различия мы наблюдали в диаметрах семенных канальцев семенников в апреле между животными из благоприятной территории и животными отловленными в районе п. Аккермановка (табл. 2).
По характеру цирканнуальных изменений репродуктивной активности озерной лягушки наши данные сходятся со сведениями Lizana M. и Fraile B. (1987), которые изучали сезонную активность, объем семенников, соотношение эндокринных и герминативных структур в весенне-летний период на примере амфибий Испании (у обыкновенной жабы).
Таблица 2. Изменение диаметра семенных канальцев половозрелых размножающихся особей озёрной лягушки из зоны влияния предприятия черной металлургии и контрольной зон в период репродуктивной активности за весенне-летний период 2009-2010 гг.
| Время отлова | Диаметр извитых семенных канальцев, мкм | |||||
| n | Контроль | n | п. Новорудный | n | п. Аккермановка | |
| апрель | 9 | 304,91 ± 13,2 | 6 | 281,2 ± 11,6 | 6 | 278,3 ± 12,8* |
| июнь | 8 | 162,3 ± 8,6 | 6 | 140,4 ± 10,5 | 6 | 138,4 ± 11,7 |
| сентябрь | 9 | 239,8 ± 10,3 | 7 | 226 ± 13,1 | 6 | 220,3 ± 8,1 |
*- различия по сравнению с контролем статистически достоверны при р≤ 0,05
Для озерной лягушки, обитающей в зоне влияния предприятия черной металлургии характерно увеличение доли канальцев с признаками деструкции сперматогенного эпителия среди половозрелых особей на фоне разрастания интерстициальной ткани органа. Если у самцов озерной лягушки из популяций, населяющих экологически благоприятные экосистемы, доля семенных канальцев с признаками деструкции сперматогенного пласта составляла около 4-х процентов, то у животных из популяций, испытывающих воздействие металлургического производства содержание таких канальцев возрастало до 15-ти процентов. Повреждения семенных канальцев проявлялись в дезорганизации сперматогенного эпителия, в повреждении сперматогенных клеток и в нарушении целостности стенки канальца.
При анализе гистологических препаратов семенников озерной лягушки за оба сезона было выяснено, что содержание интерстициальной соединительной ткани в апреле было минимальным на всех исследуемых территориях. Доля стромальных элементов в интерстиции в это время незначительна. В июне на относительно чистой территории процент интерстициальной соединительной ткани повышается в несколько раз по сравнению с апрелем, как в контроле, так и в экологически неблагоприятных районах, в основном за счет разрастания соединительнотканных элементов. В сентябре видно значительное понижение доли интерстициальной ткани у животных по сравнению с июнем. Уменьшение доли интерстициальной ткани связано, вероятно, с активизацией процессов сперматогенеза (рис. 1). Кроме этого, полученные данные свидетельствуют об увеличении процента интерстиции в зоне влияния предприятия черной металлургии по сравнению с экологически благополучными экосистемами.
Рис. 1. Динамика изменения площади интерстициальной ткани в семенниках половозрелых самцов озерной лягушки из зоны влияния предприятия черной металлургии и контрольной зон в период репродуктивной активности за 2009-2010 гг.
Таблица 3.
Количество интерстициальных эндокриноцитов (клеток Лейдига) на условную единицу площади интерстициальной ткани у озерной лягушки из зоны влияния предприятия черной металлургии и контрольной зон в период репродуктивной активности за 2009-2010.
| Время отлова | n | Контроль (М±m) | n | п. Новорудный (М±m) | n | п. Аккермановка (М±m) |
| апрель | 9 | 10,42 ± 0,81 | 6 | 8,24 ± 0,63 | 6 | 8,01 ± 0,72 |
| июнь | 8 | 7,61 ± 0,25 | 6 | 7,3 ± 0,41 | 6 | 6,9 ± 0,31 |
| сентябрь | 9 | 12,63 ± 1,92 | 7 | 11,1 ± 0,8* | 6 | 10,7 ± 0,7* |
*- различия по сравнению с контролем статистически достоверны при р≤ 0,05
В интерстициальной ткани семенников озерной лягушки, обитающей в зоне влияния металлургического комбината «Уральская сталь», как в районе п. Аккермановка, так и в районе п. Новорудный отмечено незначительное снижение численности интерстициальных эндокриноцитов (клеток Лейдига) по сравнению с особями, населяющими контрольные территории (табл. 3).
Снижение численности клеток Лейдига в летний период может быть связано либо с гибелью этих клеток, либо с прекращением ими своей функциональной активности и переходом в состояние покоя. В последнем случае клетки Лейдига приобретают форму, сходную с таковой у фибробластов и это затрудняет их морфологическую идентификацию.
Таблица 4.
Изменение объема ядер интерстициальных эндокриноцитов (клеток Лейдига) семенников половозрелых размножающихся особей озерной лягушки из зоны влияния предприятия черной металлургии и контрольной зон в период репродуктивной активности за весенне-летний период 2009-2010 гг.
| Время отлова | Объем ядер клеток Лейдига, мкм3 | |||||
| n | Контроль | n | п. Новорудный | n | п. Аккермановка | |
| апрель | 9 | 110 ± 5,7 | 6 | 104,4 ± 3,1 | 6 | 102,3 ± 2,8 |
| июнь | 8 | 84,2 ± 4,3 | 6 | 80,3 ± 2,4 | 6 | 78,4 ± 3,1 |
| сентябрь | 9 | 89,4 ± 3,5 | 7 | 85,3 ± 2,5 | 6 | 83,1 ± 3,0 |
Данные предложенной таблицы (табл. 4) показывают, что у самцов озерной лягушки диаметр ядер клеток Лейдига в апреле наибольший. В июне диаметр ядер интерстициальных эндокриноцитов существенно уменьшается, что объясняется снижением синтеза мужских половых гормонов в семенниках озерной лягушки в этот период. В сентябре, в исследуемые годы, заметно небольшое увеличение диаметров клеток Лейдига по сравнению с июнем. Достоверных различий между благоприятными и неблагоприятными территориями по этому показателю нами найдено не было.
Структурно-функциональная характеристика семенников прыткой ящерицы из зон влияния металлургического комбината и контрольной территории
Анализ гистологических препаратов семенников самцов прыткой ящерицы показал, что в период наблюдения (2009-2010 гг.) в исследованных нами популяциях рептилий в размножении могли принимать участие самцы, масса тела которых была в пределах 5,5 – 14,5 г. Необходимо отметить, что минимальная масса тела у половозрелых ящериц из популяций, обитающих в районе п. Аккермановка была 5,5 г., максимальная масса 14,4 г. А у рептилий из экологически благополучных экосистем соответственно 8,3 г и 12,7 г. Очевидно, увеличение диапазона массы половозрелых особей на техногенных территориях, свидетельствует о проявлении адаптации организмов к воздействию неблагоприятных факторов среды. Более раннее половое созревание (с меньшей массой тела) также является приспособительной реакцией. Наши данные сходны с исследованиями Ивановой С.А. (1993), которая описывает раннее половое созревание самцов круглоголовок (с меньшими размерами тела).
Таблица 5.
Сравнительная характеристика веса тела и линейных размеров самцов прыткой ящерицы из зоны влияния предприятия черной металлургии и контрольной зон в период репродуктивной активности за весенне-летний период 2009-2010 гг.
| | n | Контроль | n | п.Новорудный | n | п.Аккермановка |
| Вес, г | 10 | 12,1 ± 4,8 | 7 | 11,7 ± 2,3 | 6 | 13,3 ± 3,1 |
| Длина тела (без учета длины хвоста), мм | 8 | 80, 2 ± 3,6 | 6 | 79 ± 5,04 | 6 | 76,03 ± 1,4 |
| Масса семени- ков, мг | 10 | 101,2 ± 7,4 | 6 | 68 ± 2,1* | 6 | 65,7 ± 3,1* |
*- различия по сравнению с контролем статистически достоверны при р≤ 0,05
Сравнительный анализ веса тела и линейных размеров самцов прыткой ящерицы за весенне-летний период 2009-2010 показал, что существенных различий между контрольной и техногенной территориями по массе и длине тела нет (табл. 5).
У взрослых самцов прыткой ящерицы сразу после выхода из зимовки в апреле семенники сильно увеличены. В конце июня выявлено значительное снижение массы семенников. В сентябре семенники снова начинают увеличиваться (ко времени ухода самцов на зимовку). Результаты наших наблюдений по сезонной динамики периода размножения и массы семенников согласуются с данными Павлова А.В., Замалетдинова Р.И. (2002), изучающими животный мир Татарстана, а также Даревского И.С. (1960), который исследовал сезонные изменения гонад у половозрелых особей такырной круглоголовки, распространенной в долине Аракса; Щепотьева Н.В. (1948), сообщающего, что максимальных размеров семенники у прыткой ящерицы достигают в апреле.
Мы провели сравнительное исследование веса семенников прыткой ящерицы из популяций, подверженных техногенной нагрузке (п. Аккермановка и п. Новорудный), с популяциями, обитающими в сравнительно более благоприятных условиях Соль - Илецкого и Сакмарского районов за 2009-2010гг. Сравнительный анализ показывает, что семенники самцов прыткой ящерицы из более благоприятных районов достоверно крупнее и отличаются более высокой массой, чем семенники ящериц из п. Новорудный и из п. Аккермановка. Похожие результаты были получены, например, при изучении изменений у аллигаторов озера Апопка (США), в которое в 1980 г. после длительных проливных дождей попали в большом количестве химические токсиканты из близлежащего хранилища. У молодых самцов аллигаторов было обнаружено значительное уменьшение половых органов, атрофические изменения семенных канальцев, нарушение сперматогенеза (Guillette L.J. Ir. и др., 1994).
Исходя из гистологической характеристики семенников большинства отловленных в период с апреля по сентябрь половозрелых животных (животных первой группы) мы можем говорить о возможном участии этих самцов в процессах размножения. В извитых семенных канальцах этих животных наблюдался полноценный сперматогенез.
Таблица 6.
Изменение диаметра извитых семенных канальцев половозрелых размножающихся особей прыткой ящерицы из зоны влияния предприятия черной металлургии и контрольной зон в период репродуктивной активности за весенне-летний период 2009-2010 гг.
| Время отлова | Диаметр извитых семенных канальцев, мкм | |||||
| n | Контроль | n | п. Новорудный | n | п. Аккермановка | |
| апрель | 10 | 160,86 ± 2,02 | 7 | 150,13 ± 6,01* | 6 | 148,03 ± 3,2* |
| июнь | 8 | 80,3 ± 5,6 | 6 | 69,8 ± 6,4 | 6 | 67,5 ± 3,8* |
| сентябрь | 10 | 83,7 ± 6,1 | 6 | 74,2 ± 4,01 | 6 | 72,42 ± 5,8 |
*- различия по сравнению с контролем статистически достоверны при р≤ 0,05
У другой группы половозрелых животных масса семенников была значительно снижена, в извитых семенных канальцах выявились только начальные этапы сперматогенеза и в канальцах придатка семенника сперматозоиды не обнаружены. Исходя из гистологической характеристики семенников животных 2-й группы можно с уверенностью заключить, что эти животные не могли принимать участия в размножении в наблюдаемые периоды времени.
Следует отметить, что в экологически неблагоприятных районах процент особей принимающих участие в размножении выше (92%), чем на относительно благоприятных территориях (80%).
Указанные факты свидетельствуют об интенсификации размножения данной рептилии в зоне повышенного воздействия неблагоприятных факторов.
Вместе с тем в семенниках взрослых особей прыткой ящерицы в зоне влияния металлургического комбината отмечается уменьшение диаметра извитых семенных канальцев, по сравнению с животными контрольной зоны (табл. 6).
Рис 2. Динамика изменения площади интерстициальной ткани в семенниках половозрелых самцов прыткой ящерицы из зоны влияния предприятия черной металлургии и контрольной зон в период репродуктивной активности за 2009-2010 гг.
Для прыткой ящерицы, обитающей на территории металлургического комбината характерно увеличение доли канальцев с признаками деструкции сперматогенного эпителия среди половозрелых особей на фоне разрастания интерстициальной ткани органа. Если у самцов прыткой ящерицы из популяций, населяющих экологически благополучные экосистемы, доля извитых семенных канальцев с признаками деструкции сперматогенного эпителия колебалась в пределах 2-4-х процентов, то у животных из популяций, испытывающих воздействие металлургического производства содержание таких канальце возрастало до 10-20-ти процентов.
Степень проявления деструктивных изменений (нарушение сперматогенного эпителия) была выше у животных, отловленных в экосистемах, обитающих в районе поселка Аккермановка. У этих животных более высокой была доля канальцев, в которых отмечалось отслоение сперматогенных клеток и слущивание их в просвет извитых канальцев.
Кроме этого, повреждения извитых семенных канальцев проявлялись в дезорганизации сперматогенного эпителия, в повреждении сперматогенных клеток, в извилистости неклеточных слоев стенки извитых семенных канальцев. В интерстициальной ткани наблюдались явления отека.
При анализе гистологических препаратов семенников прыткой ящерицы было выяснено, что содержание интерстициальной соединительной ткани в апреле было минимальным на всех исследуемых территориях. В июне на относительно чистой территории процент интерстициальной соединительной ткани повышается в два раза по сравнению с апрелем, как в контроле, так и в экологически неблагоприятных районах. В сентябре видно незначительное понижение доли интерстициальной ткани у животных по сравнению с июнем. Некоторое уменьшение доли интерстициальной ткани связано с возобновлением процессов сперматогенеза, но на более сниженном уровне, чем в апреле.
Таблица 7.
Количество эндокриноцитов на условную единицу площади интерстициальной ткани прыткой ящерицы из зоны влияния предприятия черной металлургии и контрольной зон в период репродуктивной активности за 2009-2010 гг.
| Время отлова | n | Контроль (М±m) | n | п. Новорудный (М±m) | n | п. Аккермановка (М±m) |
| апрель | 10 | 12,07 ± 0,75 | 7 | 11,3 ± 0,9 | 6 | 10,5 ± 0,61 |
| июнь | 8 | 9,33 ± 0,8 | 6 | 8,9 ± 0,53 | 6 | 8,4 ± 0,48 |
| сентябрь | 10 | 11,02 ± 0,51 | 6 | 10,8 ± 0,62 | 6 | 9,7 ± 0,5 |
Морфометрические данные свидетельствуют об увеличении процента интерстиции на территориях влияния предприятия черной металлургии по сравнению с благоприятными районами области (рис. 2).
В интерстициальной ткани семенников прыткой ящерицы, обитающей в зоне влияния металлургического комбината «Уральская сталь», отмечено снижение численности интерстициальных эндокриноцитов (клеток Лейдига) по сравнению с особями, населяющими контрольные территории (табл. 7).
Помимо этого отмечено усиление гетероморфности их популяции клеток Лейдига с возрастанием доли отросчатых и веретеновидных клеток. Данная клеточная популяция характеризуется уменьшенным, в сравнение с контролем, объемом цитоплазмы и ядер.
Таблица 8.
Изменение объема ядер интерстициальных эндокриноцитов (клеток Лейдига) семенников половозрелых размножающихся особей прыткой ящерицы из зоны влияния предприятия черной металлургии и контрольной зон в период репродуктивной активности за весенне-летний период 2009-2010 гг.
| Время отлова | Объем ядер клеток Лейдига, мкм3 | |||||
| n | Контроль | n | п. Новорудный | n | п. Аккермановка | |
| апрель | 10 | 60,1 ± 4,2 | 7 | 54,3 ± 2,2 | 6 | 51,8 ± 31* |
| июнь | 8 | 31,2 ± 2,3 | 6 | 27,4 ± 1,9 | 6 | 25,3 ± 2,5* |
| сентябрь | 10 | 33,3 ± 3,5 | 6 | 30,2 ± 2,7 | 6 | 28,1 ± 1,9 |
*- различия по сравнению с контролем статистически достоверны при р≤ 0,05
В июне у самцов прыткой ящерицы диаметр ядер клеток Лейдига резко уменьшается, более чем в два раза, по сравнению с апрелем, что объясняется снижением функциональной активности этих клеток и снижением синтеза мужских половых гормонов в семенниках. Одновременно происходило уменьшение диаметра извитых семенных канальцев, что вероятно связано со снижением секреторной активности клеток Лейдига. В сентябре заметно небольшое увеличение диаметров ядер клеток Лейдига по сравнению с июнем (табл. 8).
Следует отметить, что клетки Лейдига животных из экологически благополучных регионов имеют более крупные размеры цитоплазмы и ядер. Из этих данных может вытекать два предположения: Первое. В условиях воздействия предприятия черной металлургии происходит гибель эндокриноцитов крупных размеров; Второе. Клетки, имеющие средние размеры ядер и цитоплазмы, очевидно, более устойчивы к повреждающим воздействиям техногенных факторов. Описанные изменения происходят на фоне незначительного увеличения площади, занимаемой интерстициальной тканью. Следует также отметить возрастание доли извитых семенных канальцев, в которых выражены явления деструкции эпителиосперматогенного пласта.
Полученные результаты свидетельствуют о том, что в популяциях исследованных амфибий и рептилий, подверженных длительное время воздействию негативных техногенных факторов металлургического предприятия, проявляются те же адаптационные механизмы, которые свойственны и популяциям этих же видов, населяющих территории, где негативными факторами являются выбросы предприятий других отраслей (химической, газоперерабатывающей и т.д.) (Шевлюк Н.Н., Стадников А.А., 2010; Демина Л.Л., 2003; Шевлюк Н.Н. и соавт., 2008; Блинова Е.В., 2009). Это указывает также и на то, что в процессе эволюционных преобразований у позвоночных сформировался комплекс неспецифических компенсаторных механизмов, которые проявляются в процессе адаптаций к любым негативным (антропогенным и не антропогенным) воздействиям среды обитания и способствуют длительной персистенции вида и в антропогенно измененных ландшафтах.
Выявленные факты указывают на предельно напряженный характер функционирования эндокринных и герминативных структур гонад животных в экосистемах, испытывающих длительное воздействие комплекса негативных факторов, даже если интенсивность этих факторов не высокая.
Проведенный анализ численности населения исследованных амфибий и рептилий показал, что в условиях ОХМК плотность населения амфибий и рептилий снижена. Снижение численности населения амфибий и рептилий на исследованных территориях свидетельствуют о том, что адаптивные возможности органов размножения амфибий и рептилий оказалось недостаточным для компенсации ущерба от негативных техногенных воздействий.
ВЫВОДЫ
- В зоне влияния металлургического комбината ОАО «Уральская сталь» интенсивность размножения озерной лягушки и прыткой ящерицы возрастает, о чем свидетельствует больший процент животных, участвующих в размножении, а также участие в репродукции животных более раннего возраста.
- В условиях длительного постоянного воздействия техногенных факторов предприятия черной металлургии в семенниках исследованных животных выявляется комплекс системных неспецифических морфофункциональных изменений, проявляющийся в:
- снижении массы гонад;
- уменьшении диаметра извитых семенных канальцев;
- повышении доли канальцев с деструкцией сперматогенного эпителия;
- снижение доли извитых семенных канальцев и возрастание доли интерстициальной ткани.
Вышеотмеченные изменения наблюдаются на фоне значительной функциональной активности клеток Лейдига.
При этом глубина и степень нарушений более выражена у животных отловленных вблизи предприятия.
- Основными видами повреждения сперматогенного эпителия в извитых семенных канальцев семенников являются:
- нарушение упорядоченности сперматогенного эпителия (дезорганизация сперматогенного пласта);
- деструкция сперматогенных клеток.
- Популяция интерстициальных эндокриноцитов (клеток Лейдига) семенников амфибий и рептилий, обитающих в зоне влияния металлургического комбината, характеризуется большей устойчивостью к действию комплекса негативных факторов металлургического производства по сравнению со сперматогенным эпителием, что проявляется в большом размере клеток Лейдига и их ядер, а также в значительной доле клеток Лейдига с признаками высокой функциональной активности.
- Напряженный характер репродуктивной активности прыткой ящерицы и озерной лягушки в зоне влияния металлургического предприятия может являться одним из факторов снижения численности вида на наблюдаемой территории.
СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
1. Филатова Л.Н. Амфибии и рептилии в условиях техногенного воздействия / Наука и образование: Исследования молодых ученных. Сборник статей аспирантов ОГПУ. 2009. С 190-192.
2. Шевлюк Н.Н. Морфофункциональная характеристика органов репродуктивной системы позвоночных, обитающих в антропогенно измененных ландшафтах Южного Урала / Н.Н. Шевлюк, О. А. Мешкова, Л.Н. Филатова // Морфология. 2009. Т. 136. №4. С 155.
3. Шевлюк Н.Н. Морфофункциональная характеристика семенников позвоночных, обитающих в зоне влияния предприятий черной металлургии / Н.Н. Шевлюк, О. А. Мешкова, Л.Н. Филатова // Морфологические ведомости. 2009. №3. - С. 293-294.
4. Обухова Н.В. Сравнительная эколого-морфологическая и функциональная характеристика органов репродуктивной системы позвоночных из популяций, обитающих в зоне влияния предприятия черной металлургии / Н.В. Обухова, Н.Н. Шевлюк, О. А. Мешкова, Л.Н. Филатова // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2010. №4(28). - С. 208-210.
5. 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. Вып. 32. Материалы восьмой Всероссийской научной конференции «Бабухинские чтения в Орле». 1-2 июня 2011. М.: ЗАО «Ретиноиды». Орел, 2011. С. 282-286.
6. Филатова Л.Н., Филатова Е.А. Морфофункциональная характеристика семенников зеленой жабы и живородящей ящерицы в зоне влияния предприятия черной металлургии / Л.Н.Филатова, Е.А. Филатова // Вестник РГМУ, 2011. №1. С. 177.
_______________________________________________________________
Подписано в печать 18.07.11 г. Формат 60×84/16. Усл. печ. л. 1.2. Тираж 100 экз.
Зак. 433. 460000, г. Оренбург, ул. Коммунаров, 57. Оренбургский государственный педагогический университет