Морфологические особенности зародышей амфибий при УФ облучении

Морфологические особенности зародышей амфибий при УФ облучении

Хабаева З. Г.1, Бадтиев А. К.2, Газзаева Р. А.3, Гаглоева М. Т.4

Бабаева Зинаида Григорьевна /Habaeva Zinaida Grigor'evna - кандидат биологических наук, доцент;

2Бадтиев Алибек Кириллович / Badtiev Alibek Kirillovich - кандидат биологических наук, заведующий лабораторией;

3Газзаева Римма Александровна / Gazzaeva Rimma Aleksandrovna - доктор химических наук, профессор; 4Гаглоева Мариам Тамазиевна / Gagloeva Mariam Tamazievna - аспирант, химико-биологический факультет,

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение Высшего образования Северо-Осетинский государственный университет им. К. Л. Хетагурова, г. Владикавказ, Республика Северная Осетия-Алания

Аннотация: осуществлен морфологический анализ состояния зародышей амфибий при воздействии на них УФ излучением средневолнового диапазона. Описаны особенности дефектов их развития и состояния зародышевых оболочек в этих условиях. Выявлены деструктивные изменения оболочек, способные вызвать нарушения в ходе эмбрионального развития амфибий.

Ключевые слова: УФ излучение средневолнового диапазона, зародыши амфибий, дефекты развития.

УДК57.041; 57.043; 575.2.084

Введение. Зародыши амфибий в условиях воздействия внешних факторов среды, нередко экстремального характера, должны обладать достаточным уровнем защитно-компенсаторных реакций, широким диапазоном адаптивных возможностей. К числу этих факторов следует отнести экологические и физиологические адаптации, проявляющиеся в избирательности среды обитания, форме и способе откладывания яиц, наличии яйцевых оболочек и слизи, ферментативного аппарата, пигментной системы и т. д. [Ankley et al., 2002; Palen et al., 2002]. Характер этих приспособительных возможностей обеспечивает защиту и адаптацию животных при изменении условий среды, обусловленных, в частности, изменениями состояния озонового слоя [Kerr, McElroy, 1993; Schindler et al., 1996; Yagura T. et al., 2011] и, как следствие, увеличением мощности УФ излучения средневолнового диапазона (УФВ). Хорошо известно, что прямые УФВ лучи вызывают гибель зародышей амфибий или аномалии их развития [Anzalone at al., 1998; Ankley et al., 2002; Blaustein, Belden , 2003; Хабаева, Бадтиев, 2008 и мн. др.].

Цель исследования. Ранее нами было показано, что УФВ облучение мощностью от 120 с. до 420 с. вызывает различного рода эффекты - от гибели зародышей до дефектов их развития. Обнаружено проявление индивидуальной вариабельности в чувствительности зародышей амфибий к действующему раздражителю [Хабаева и др., 2008; Бадтиев и др., 2008]. В рамках реализации вопроса о причинах индивидуальной чувствительности зародышей амфибий к УФ облучению, была поставлена задача определения состояния барьерных механизмов зародышей при прямом воздействии на них УФ лучей различной интенсивности.

Материал и методы исследования. В качестве объектов исследования были использованы зародыши двух видов представителей класса Земноводных (Amphibia) отряда Бесхвостых амфибий (Anira), наиболее распространенных на территории Республики Северная Осетия-Алания: лягушки малоазиатской (Rana macrocnemis Boulenger) и лягушки озерной (Rana ridibunda Pallas). В работе было использовано 8 кладок, поставлено 27 опытов, общее количество икринок в которых составило около 2000. Сбор эмбрионального материала осуществляли в естественной среде обитания амфибий. При облучении зародышей соблюдали условия, препятствующие перегреву эмбрионов: температура воды в чашке Петри была не более 16-180 С. Интенсивность облучения определялась продолжительностью УФ облучения. Облучали зародышей на разных стадиях их развития (бластула, гаструла, нейрула). В качестве источника УФ лучей использовали лампу ДРТ 240-1С с длиной волны излучения 280-320 нм. Характер патологических изменений оценивали на личиночной стадии развития (30-31 стадия). Для регистрации наблюдаемых дефектов развития применялся метод фотографирования, через оптическую систему бинокулярного микроскопа цифровыми фотоаппаратами (SAMSUNG и Nikon COOLPIX L12).

Результаты и обсуждение. В предыдущих работах было показано, что УФ облучение зародышей продолжительностью от 120 с. до 420 с. вызывало аномалии их развития, проявляющиеся в форме бугристости поверхности тела, недоразвитых жабр, различных типов деформаций тела. Чаще всего наблюдались различного рода аномалии в области хвоста, при повышении продолжительности облучения возникали опухолевидные образования. Характер и степень выраженности наблюдаемых аномалий зависели от экспозиции УФ фактора и стадии, на которой осуществляли облучение, и не проявляли видоспецифичности [Хабаева и др., 2008; Бадтиев и др., 2008]. В настоящей работе наряду с указанными типами патологий были обнаружены изменения положения зародышей в чашке Петри. Пределы вариабельности наблюдаемых поворотов составляли от 900 до 1800 и возникали, по всей видимости, из-за смещения центра тяжести тела зародыша.

Гистологический контроль состояния зародышей амфибий проводили на базе лаборатории гистологии Северо-Кавказского медицинского центра. Зародыши контрольной и опытной групп находились на одной стадии развития. Продолжительность облучения составляла 120 и 360 с. В контрольной группе на срезе

были видны достаточно чётко дифференцированные ткани зародыша, можно выделить отдельные зачатки органов, в частности, отделы кишечной и нервной трубки (рис. 1а). Облучение продолжительностью 120 с. вызвало нарушение части тканей и органов (рис. 1б). Этот процесс усугублялся при повышении интенсивности облучения (360 с). На рисунке видны фрагменты разрушенных тканей, органы невозможно дифференцировать (рис. 1в).

Рис. 1. Гистологический срез тканей зародыша лягушки малоазиатской а) контроль; б) УФ - облучение

Для определения состояния барьерных механизмов зародышей амфибий осуществили анализ их оболочек. В контроле вторичная оболочка была всегда прозрачная, плотно прилегала к зародышу и росла вместе с ним. Облучение вызывало нарушение вторичной оболочки, прекращался её рост, что, в свою очередь, препятствовало нормальному развитию зародыша. Возможно, что наблюдаемые аномалии в виде скрюченности, загибов хвоста определяются механическим давлением вторичной оболочки на данном этапе развития. В последующем рост зародыша приводил к преждевременному разрыву вторичной оболочки, т. е. более ранним срокам вылупления зародышей. Понятно, что ранние сроки вылупления зародыша определяют его более низкие защитно-компенсаторные возможности, т. к. различные

морфофункциональные комплексы, созревающие именно в эти сроки, остаются незавершенными. Хотелось бы подчеркнуть различия внешнего вида вторичных оболочек зародышей амфибий. В отличие от контрольных особей, у облученных зародышей вторичная оболочка была непрозрачная, можно было разглядеть частички разрушенной ткани (рис. 2).

При анализе состояния студенистой оболочки, окружающей зародыши амфибий в естественной среде их обитания, также были выделены внешние изменения слизи при УФВ облучении. Визуально наблюдаемые изменения студенистой оболочки выявлялись уже при малых дозах облучения (63-378 Дж/см2): уменьшалась плотность оболочки, она становилась более рыхлой, разреженной. При повышении дозы облучения третичная оболочка практически разрушалась, невозможно было выделить ее четкие границы, она могла сохраняться в виде отдельных рыхлых островков небольших размеров (рис. 2).

Рис. 2. Зародыши лягушки малоазиатской, облучение на 20 стадии

Таким образом, УФВ излучение сопровождается разрушением как вторичной, так и студенистой оболочки, что приводит либо к гибели зародышей, либо к формированию разнообразных дефектов развития, в части случаев имеющих обратимый характер. Известно, что в естественной среде обитания именно зародышевые оболочки и слизь обеспечивают высокий уровень защитных возможностей развивающегося зародыша. Так, эластичность и гибкость оболочек яиц всех земноводных определяет их амортизирующие свойства при механических воздействиях на яйцо. Высокая прозрачность оболочек (собирательные линзы) способствует концентрации световых и тепловых лучей на яйце, что, наряду с их малой теплопроводностью, повышает температуру в кладке. Толщина оболочек препятствует сближению яиц между собой и тем самым способствует лучшей их аэрации. Водоросли, поселяющиеся на оболочках, улучшают кислородный режим яиц, а особенности их химического состава препятствуют росту на яйцах бактерий. Клейкость оболочек в ряде случаев обеспечивает возможность икринкам держаться на растениях, камнях и т. д. Именно многофункциональностью в обеспечении защиты и целостности развивающегося эмбриона и определяются многочисленные последствия нарушений зародышевых оболочек, возникающих при воздействии УФВ излучения.

Заключение. По всей видимости, в естественных условиях УФО может выступать в качестве одного из факторов регулирующих численность амфибий, при этом регуляция будет осуществляться путем гибели менее устойчивых особей. Полученные данные, на наш взгляд, приобретают большую актуальность в связи с существующими в литературе данными об уменьшении толщины озонового слоя и, как следствие, увеличением интенсивности ультрафиолетового воздействия.

Литература

1. Хабаева З. Г., Бадтиев А. К. Ультрафиолетовое излучение и эффекты его воздействия на жизнеспособность зародышей амфибий // Сб. статей II Всерос. научн. конф. «Актуальные проблемы экологии и сохранения биоразнообразия». Владикавказ, 2008. С. 95-101.

2. Бадтиев А. К., Хабаева З. Г., Калабеков А. Л. Об особенностях зародышевого развития амфибий как модельных объектов для оценки экологического влияния ультрафиолетового облучения // Сельскохозяйственная биология. 2008. № 2. С. 107-110.

3. Adams M. J., Hossack B. R., Knapp R. A. et al. Distribution Patterns of Lentic-Breeding Amphibians in Relation to Ultraviolet Radiation Exposure in Western North America // Ecosystems. 2005. V. 8. P. 488-500.

4. Ankley G. T., Diamond S. A., Tietge J. E. et al. Assessment of the risk of ultraviolet radiation to amphibians. I. Dose-dependent induction of hind limb malformations in the northern leopard frog (Rana pipens) // Environmental Science and Technology. 2002. V. 36. P. 2853-2858.

5. Blaustein A. R., Romansic J. M., Scheessele E. A. Ambient levels of ultraviolet-B radiationcause mortality in juvenile western toads, Bufo boreas // American Midland Naturalist. 2005. V. 154. P. 375-382.

6. Diamond S. A., Peterson G. S., Tietge J. E. et al. Assessment of the risk of solar ultraviolet radiation to amphibians. III. Prediction of impacts in selected northern mid-western wetlands // Environ Sci Technol., 2002. V. 36. P. 2866-2874.

7. Kerr J. B., McElroy C. J. Evidence for large upward trends of ultraviolet-b radiation linked to ozone depletion // Science. 1993. V. 262. P. 1032-1034.

8. Palen W. J., Schindler D. E., Adams M. J. et al. Optical characteristics of natural waters protect amphibians from UV-B in the U.S. Pacific Northwest // Ecology. 2002. V. 83. P. 2951-2957.