О роли глюкокортикоидов при адаптации к стрессовым условиям у гидробионтов

О роли глюкокортикоидов при адаптации к стрессовым условиям у гидробионтов

С.М. Никитина

Установлено, что экзогенные глюкокортикоиды (гидрокортизон и преднизолон) уменьшают токсическое действие среды в условиях химического стресса у гидробионтов разного таксономического уровня (инфузории, губки, гидры, планарии, мшанки, моллюски, дафнии).

В воздушной среде метаболиты, в том числе и производные гормонов, ограничено используются животными в информационном обмене. В водной среде все метаболиты выделяются гидробионтами в воду. В местах с большой плотностью гидробионтов (устричные, мидиевые банки, нерестовые скопления и др.) биологически активные вещества, входящие в состав метаболитов, не могут не оказывать влияния на состояние экосистем, которое зависит от возможности гидробионтов проявлять свои адаптивные и репродуктивные свойства, регулируемые эндокринным аппаратом. Подавление этих свойств является одним из главных показателей интоксикации у ряда гидробионтов в условиях всё возрастающего антропогенного пресса на водоемы.

В настоящее время не вызывает сомнения наличие эндокринной регуляции у беспозвоночных различных структурных и филогенетических уровней. Широко признана гипотеза универсальных блоков. Доказана идентичность у беспозвоночных и позвоночных животных стероидных гормонов, обеспечивающих как индивидуальное (глюкокортикоиды) так и видовое (половые стероиды) выживание у позвоночных.

Относительно полно изучена роль половых гормонов в осуществлении репродуктивной стратегии у беспозвоночных разных таксонов. Накоплены данные о физиологической активности ряда нейрогормонов и комплекса стероидных гормонов позвоночных у беспозвоночных, которые позволяют предполагать отсутствие принципиальных функциональных отличий этих соединений в животном мире. Существенно менее полный анализ, по сравнению с анализом роли половых стероидов, можно провести, рассматривая данные о возможном компенсаторном воздействии глюкокортикоидов у гидробионтов разных систематических групп в условиях антропогенного пресса на водоемы.

В нашем регионе водоёмы загружаются различными стоками: промышленными (ЦБЗ, портовые службы и др.), бытовыми, а также стоками сельскохозяйственных предприятий, в которых среди многих опознаваемых и неопознаваемых компонентов содержатся сульфат натрия (Na2SO4), сульфид натрия (Na2S) и тетрагидрат парамолибдата аммония (ТПА).

Отсутствие массовых видов гидробионтов (инфузории, гидры, планарии, моллюски, дафнии и др.) в особо загрязнённых зонах водоёма свидетельствует, на наш взгляд, о том, что эндогенные системы обеспечения выживания и размножения гидробионтов оказались не в состоянии противостоять антропогенному прессу. В связи с этим представляет интерес изучение реакции гидробионтов на экзогенные биологически активные вещества (Na2SO4, Na2S, ТПА, гидрокортизон или его синтетический аналог – преднизолон, гонадотропин) и сточные воды ЦБЗ.

Экзогенные глюкокортикоиды существенно ускоряют размножение и соответственно обеспечивают рост численности инфузорий (Parаmecium caudatum). Стоки ЦБЗ и их разведения, разные концентрации сульфида и сульфата натрия, а также тетрагидрат парамолибдата аммония оказывают острое токсическое действие на жизнестойкость, поведение, двигательную активность (ДА) и репродуктивную функцию инфузорий. Внесение в среду с угнетённой культурой гидрокортизона (Гк) приводит к незначительному повышению жизнестойкости, нормализации ДА и увеличению численности инфузорий.

Губки – показатели чистой воды – не выживают при химических и других загрязнениях водоёмов, а также не выдерживают и пресса собственных метаболитов – необходим проток. Стероидогенез описан, но сведений о синтезе глюкокортикоидов и половых стероидов нет. Однако соматический эмбриогенез (развитие из группы соматических клеток) и бластогенез (развитие из геммул) пресноводных губок гормонозависимы (нейрогормоны и преднизолон) до завершения стадии агрегации диссоциированных клеток и образования устойчивых конгломератов.

У морских стрекающих кишечнополостных установлено наличие комплекса стероидных гормонов. Достоверно известно влияние гонадотропина (Гтр), группы гормональных препаратов окситоцинового ряда и особенно преднизолона (с уровнем значимости 0,01) на почкование пресноводной гидры. Гтр провоцирует начало бесполого размножения. При закладке одновременно двух почек, Гтр стимулирует их развитие при наличии даже одного сформированного головного отдела развивающихся почек. Образование у них хотя бы одного подошвенного отдела усиливает влияние гонадотропина и включает влияние преднизолона на скорость развития почек.

В контрольной группе гидр (при 22 С) гибель животных не наблюдалась. Добавление в среду гонадотропина привело к 100%-ной гибели гидр к 17-м суткам эксперимента, 50 % – погибли на четвёртые сутки, что может быть связано с переходом их к половому размножению, после которого родительские особи погибают. Сульфид натрия и ТПА вызвали гибель 50 % особей в первые сутки эксперимента. При сочетании Na2S и ТПА 50 % гидр погибли на третьи сутки и 100 % – на четвёртые сутки опыта. Добавление в среду с Na2S, ТПА и их сочетаний с Гтр увеличило продолжительность жизни гидр (при 50%-ной гибели к четвёртым – пятым суткам эксперимента) до 8 – 10 суток.

Понижение температуры до 10 C вызвало переход гидр контрольной группы к половому размножению с последующей 100%ной гибелью родительских особей. Через 39 – 40 суток произошло прорастание гидр из оплодотворённых яйцеклеток и через 10 – 12 суток началось активное почкование. Понижение температуры в эксперименте повысило устойчивость гидр к сульфиду натрия, но не явилось стимулом, даже в присутствии Гтр, к половому размножению. Добавление в среду с Na2S Гк увеличило продолжительность жизни 50 % гидр (в зависимости от концентрации Na2S) с 6 до 72 – 216 часов и с 72 до 288 часов. Аналогичный характер влияния наблюдался при использовании в эксперименте Na2SO4. В контрольной группе гидр незначительное почкование отмечено к 168 часам. В среде с Гк гидры активно почковались начиная с 72 – 96 часов эксперимента. Удвоение числа гидр в опыте произошло к 168 – 192 часам эксперимента. При возвращении гидр из среды с Гк в воду незначительное почкование продолжалось до 360 часов наблюдений. Перенос гидр из среды с Na2SO4 или Na2S в воду приводил к очень незначительному уменьшению численности, в среду с Гк – к не очень активному почкованию, начиная со 144 – 168 часов опыта. Результаты изучения влияния Na2SO4, Na2S и Гк на регенерацию гидр свидетельствуют о том, что к 7-м суткам после операции в контрольной группе произошла полная регенерация и оральных, и подошвенных регенерантов. Гк ускорил регенерацию орального регенеранта на сутки. Подошвенные регенеранты полностью восстановились одновременно с контрольной группой. На 2-е и 3-и сутки становится ярко выраженным влияние Гк, стимулирующее восстановительный процесс. У головных и подошвенных регенерантов, помещённых в среду с Na2SO4 или Na2S, процесс регенерации шёл более медленно и завершался на 2 – 3 суток позднее, чем в контроле. Следует отметить, что начиная с 4-х суток эксперимента появляются первые признаки лизиса щупалец орального регенеранта.

Сульфат натрия и ТПА в среде культивирования пресноводной мшанки приводили к 100%-ному прекращению бесполого размножения: статобласты, образованные в колониях, содержащихся в токсических средах, отличались по массе и размерам от контрольных статобластов, но в отличие от них были пустыми.

Анализ выживаемости и ДА двух видов планарий в воде различных участков реки Преголи, в том числе в районе стоков ЦБЗ, позволяют говорить о том, что в городской части акватории реки наиболее загрязнённым участком является участок морского порта. Установлена острая токсичность стоков ЦБЗ. Экзогенный гидрокортизон приближает ДА планарий к контрольным величинам при содержании их в воде с разной степенью загрязнённости. Наиболее выражена реакция на изменение среды содержания (вода реки Преголи и её нелетальные разведения, Гк) отмечается в первые минуты и часы эксперимента. К трём часам опыта ДА планарий в экспериментальных группах либо приближается к контрольным величинам, либо стабилизируется на новом уровне.

Изучено влияние ТПА, Гк и их сочетаний на регенерацию пресноводных планарий. Для оценки характера регенерации использован стандартный метод Тираса.

Суточный прирост бластемы у головных регенерантов в среде с Гк постоянно выше, чем в контрольной группе, при содержании их в среде ТПА с Гк – меньше, чем в контроле, но выше, чем в ТПА. Восстановление размеров тела (Кр) наиболее интенсивно происходит при содержании головных регенерантов в среде с Гк. Уменьшение интенсивности восстановления размеров тела отмечено в той же последовательности: контроль, ТПА + Гк и ТПА. Интенсивность морфогенетических процессов (СУСР) в среде с Гк больше, чем в контрольной группе в 1 – 4-е сутки опыта. В остальные сроки эксперимента СУСР регенерантов в контроле больше таковых в средах с Гк, ТПА с Гк и ТПА. Характер влияния Гк, ТПА с Гк и ТПА на восстановление туловищных регенерантов очень сходно с их влиянием на регенерацию головных регенерантов.

Таким образом, Гк стимулирует процессы регенерации, ТПА подавляет восстановительный процесс на протяжении всего эксперимента, Гк незначительно, но постоянно снижает отрицательный эффект ТПА.

Экзогенные глюкокортикоиды изменяли содержание и распределение в теле мидий всего комплекса стероидных гормонов и резко увеличивали активность фильтрации при содержании их в среде с низкой (12 ‰) и высокой (42 – 50 ‰) солёностью, в которой фильтрация у мидий, акклимированных к 24 ‰, не происходит. Почки самок перловиц, готовых к нересту, реагируют на дефицит кислорода увеличением содержания в них Гк более чем в два раза.

Наличие и динамика эндогенных гидрокортизона и кортикостерона в теле дафний и чувствительность дафний к широкому спектру экзогенных гормональных соединений отражают сезонные особенности их жизненного цикла. Острое токсическое действие сточных вод ЦБЗ и их разведений, сульфида натрия, ТПА и сочетания ТПА Na2S приводит к сокращению продолжительности жизни дафний, снижению темпа роста, уменьшению плодовитости и удлинению периода их постэмбрионального развития. Экзогенный Гк способствует повышению жизнестойкости и репродуктивной активности дафний, содержащихся в токсичной среде. Заслуживает внимания сходство характера ответной реакции дафний (в четырёх поколениях) на воздействие ТПА, Na2S, сточных вод ЦБЗ. Это сходство позволяет говорить о неспецифической реакции дафний на химический стресс. 

 Компенсаторное действие (в лабораторных условиях) экзогенных глюкокортекоидов у гидробионтов (от одноклеточных до моллюсков и ракообразных) является еще одним подтверждением гипотезы Селье об участии глюкокортикоидов в обеспечении адаптации к стрессовым условиям беспозвоночных животных, что можно рассматривать как ещё один пример универсальности регуляторных механизмов в животном мире.