Динамика показателей устойчивости жаберного эпителия беломорских мидий из разных мест обитания Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»

2004 ВЕСТНИК САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО УНИВЕРСИТЕТА. Сер 3. Вып. 4

ФИЗИОЛОГИЯ, БИОХИМИЯ, БИОФИЗИКА

УДК 576.33.04

А. П. Миронова, В. В. Матвеев, Н. В. Кулева

ДИНАМИКА ПОКАЗАТЕЛЕЙ УСТОЙЧИВОСТИ ЖАБЕРНОГО ЭПИТЕЛИЯ БЕЛОМОРСКИХ МИДИЙ ИЗ РАЗНЫХ МЕСТ ОБИТАНИЯ

Ранее нами было показано, что выдерживание мышц лягушки в субтоксических концентрациях этилового спирта вызывает адаптивный ответ: при кратковременной экспозиции наблюдается увеличение среднего уровня устойчивости мышц к тестирующему воздействию этого вещества. При более длительной экспозиции происходит снижение среднего уровня устойчивости. Адаптивный ответ сопровождается уменьшением вариабельности уровня устойчивости. При этом наблюдается отрицательная корреляция между исходным, индивидуальным уровнем устойчивости мышц и его реактивным сдвигом. Снижению среднего уровня устойчивости при более длительном воздействии соответствует увеличение вариабельности уровня устойчивости мышц и нарушение отрицательной корреляции между исходной индивидуальной устойчивостью и ее реактивным сдвигом [6]. Можно полагать, что уменьшение вариабельности и наличие отрицательной корреляции свидетельствуют о соответствии условий существования данной популяции ее адаптивным возможностям, и эти показатели являются более адекватными для оценки адаптивных возможностей животные чем средний уровень устойчивости [9].

Действительно, в другой системе изучение теплоустойчивости изолированного мер- . .цательного эпителия жабр черноморской мидии из относительно чистого и загрязненного сливами завода биотопов показало различие в реакции на сернокислый кадмий. Хотя снижение среднего уровня теплоустойчивости в присутствии сернокислого кадмия было оди-. наковым, эти группы различались по коэффициентам корреляции между исходным индивидуальным уровнем теплоустойчивости и этим уровнем в присутствии сернокислого кадмия и по вариабельности уровня теплоустойчивости. У мидий из загрязненного биотопа наблюдалась меньшая вариабельность уровня устойчивости [5]. В связи с вышеизложенным можно полагать, что вариабельность уровня функциональной устойчивости, коэффициент корреляции между устойчивостью идентичных образцов ткани и знак коэффициента корреляции между исходным индивидуальным уровнем устойчивости и его реактивным сдвигом являются более чувствительными показателями для анализа реакции изолированной ткани животных, чем средний уровень устойчивости. Таким образом, исследование динамики указанных статистических показателей является удобным подходом для получения информации о состоянии популяции в определенном местообитании.

Целью настоящей работы было исследование динамики указанных статистических показателей по отношению к устойчивости к этиловому спирту мерцательного эпителия жабр двух популяций беломорских мидий из разных мест обитания.

© А. П. Миронова, В. В. Матвеев, Н. В. Кулева, 2004

Материал и методика. Исследованы две выборки беломорских мидий из разных биотопов (л = 16—17). -Длина раковин составляла 3,0-3,7 см. Объектом исследования служил краевой участок жаберного эпителия. Перед опытом жабры вырезали,' и слой мерцательного эпителия делили на множество кусочков, шириной 2-3 мм, и выдерживали в морской воде не менее 30 мин. Определяли исходный уровень устойчивости эпителия к 13%-ному этиловому спирту и его изменение после выдерживания в течение 2,5 ч в 3%-ном этиловом спирте (субтоксическая концентрация), приготовленном на морской воде. Уровень устойчивости в 13%-ном этиловом, спирте тестировали через 15, 30, 60, 90, 120 и 150 мин. За мерцанием ресничек наблюдали с помощью микроскопа (увеличение 150. раз). Критерием устойчивости служило время (в минутах) от момента помещения препаратов эпителия в 13%-ный раствор этанола до прекращения биения ресничек. На каждое измерение брали по 2 кусочка эпителия. Полученные результаты логарифмировали, так как ранее было показано, что устойчивость мерцательного эпителия к гипотонии и устойчивость изолированных мышц к химическим агентам имеет логнормальное распределение [1,7]. •

Результаты обрабатывали методом Стьюдента-Фишера, различия считались достоверными при р < 0,05.

Исследовали динамику следующих показателей: 1) среднего уровня устойчивости (Л/); 2) коэффициента корреляции между исходной устойчивостью препаратов жабр к 13%-ному этанолу и устойчивостью идентичных препаратов, выдерживаемых в морской воде (контроль) либо в морской воде с добавлением 3%-ного этилового спирта (г); 3) коэффициента корреляции между исходным индивидуальным уровнем устойчивости в 13%-ном спирте и его изменением после выдерживания либо в контрольных условиях, либо в растворе с 3%-ным этанолом (г6); 4) диапазона индивидуальной изменчивости уровня устойчивости (а, СУ). На рис. 1 представлена динамика этих показателей во времени (с интервалом в 15-30 мин). Пустые кружки соответствуют инкубации в морской воде, зачерненные кружки - инкубации в 3%-ном этиловом спирте.

Результаты исследований и их обсуждение. У жаберного эпителия из биотопа С. средний уровень устойчивости к 13%-нОму этанолу составлял 22 мин; а из биотопа К. -18 мин. Диапазон изменчивости был практически одинаков - около 0,22 ед. 1§ (ст). В контрольных условиях в течение 2,5 ч практически не было отмечено изменений указанных выше показателей (рис. 1, а, а', г, г% Наблюдалось лишь некоторое уменьшение коэффициента корреляции между устойчивостью идентичных образцов эпителия при увеличении срока инкубации от 15 до 30 мин, а в дальнейшем он колебался в обеих исследуемых выборках (рис. 1, б, б'). Коэффициент корреляции между исходным уровнем устойчивости к 13%-ному этанолу и его изменением после выдерживания в морской воде увеличивался через 30 мин экспозиции и достигал у мидий из биотопа С. -0,34, а у мидий из биотопа К. -0,42. Далее он для биотопа К. практически не менялся и падал у мидий из биотопа С. до -0,07 через 2,5 ч экспозиции в морской воде. Диапазон изменчивости у обеих выборок животных при выдерживании эпителия в морской воде колебался в пределах от 20,8 до 25,1% (СУ) у мидий из биотопа С. и с 19,8 до 22,2% у мидий из биотопа К., т. е. практически не менялся в течение 2,5 ч (см. рис. 1, г, г'). Ранее на изолированном жаберном эпителии черноморских мидий в опытах по изучению динамики уровня теплоустойчивости нами были получены другие результаты. В этих опытах наблюдалось сужение диапазона изменчивости устойчивости ткани при ее выдерживании в морской воде при комнатной температуре [3].

Несколько иную картину мы наблюдали при выдерживании жабр в 3%-ном этиловом спирте: у мидий из биотопа С. уже через 15 мин выдерживания в этаноле наблюдали увеличение среднего уровня устойчивости к 13%-ному этанолу на 46% (рис. 1, левая половина). У мидий из биотопа К. этот эффект в это время составлял всего 14% (рис. 1, правая половина). Через 2,5 ч устойчивость эпителия мидий из биотопа С. падала на 30%, а у мидий из биотопа К. практически не отличалась от исходной (рис. 1, а, а'). Увеличение устойчивости к химическим агентам было получено и ранее на мерцательном эпителии нёба и изолированных мышцах лягушек [2, 4, 6, 8].

Коэффициент корреляции уровня устойчивости к этанолу между идентичными образцами эпителия падал в течение 30—6( мин наблюдения и так же, как в морской воде, в дальнейшем испытывал колебания у обеих исследованных выборках мидий (рис. 1, б, б').

Динамика коэффициента корреляции между исходным уровнем устойчивости жабр и его изменением различалась у мидий из двух биотопов. У мидий из биотопа С. вначале наблюдалась его позитивация (до 0,24). Затем через 60 мин экспозиции в 3%-ном этаноле наблюдался переход к отрицательной корреляции этого коэффициента до -0,50 на последних

2

1 90

л

Биотоп С.

/ ч.._

V'

V—„

Биотоп К.

V-"

0.0 •0,2 ■0 4 -0.«

Л"

ч-

/

/

-----О "^-о.....М-

^—

в'

г-г:. .-----

\ Ч ¿-^ \ /

*

Л

О 20 «О № М И Я, 1« |К о ¿ГвоПв100 120 ' 140 100 180

ВремдГмин Время, мин

Рис. 1. Динамика среднего уровня устойчивости жаберного эпителия беломорских мидий из биотопов С и К. к 13%-ному этанолу (а, коэффициента корреляции г между уровнями устойчивости у идентичных образцов эпителия (б, 6' соответственно), коэффициента корреляции гЛ между исходным индивидуальным уровнем устойчивости эпителия и величиной и знаком его изменения (в, »'соответственно) и диапазона индивидуальной изменчивости уровня устойчивости эпителия (г, г'соответственно) после выдерживаниия в морской воде (.светлые кружки) и в растворе 3%-ного этанола (черные кружки).

Сдвиг диапазона индивидуальной изменчивости характеризуется отношением СРУСК», где С К - вариабельность исходного уровня устойчивости эпителия, СУ,- вариабельность'уровня устойчивости после воздействия ЛевшГ половина рисунков относится; к мидиям 13 биотопа С,, правая - к мидиям из биотопа К

сроках эксперимента. Напротив, у мидий из биотопа К. этот коэффициент практически сразу достигал достоверных отрицательных значений (-0,56, -0,65 через 15 и 30 мин соответственно). Затем у этих мидий наблюдалось некоторое стабильное понижение этого коэффициента (рис. 1, в, в')-

Соответственно коэффициенту корреляции между исходным уровнем устойчивости и его изменением менялась динамика диапазона «менчивости уровня устойчивости (рис. 1, г,, г'). Если у мидий из биотопа С. позитивация этого коэффициента сопровождалась расширением диапазона изменчивости на первых этапах эксперимента, то у мидий из биотопа К. достаточно высокая отрицательная корреляция соответствовала сужению диапазона изменчивости через 15 и 30 мин воздействия. Таким образом, реакция жаберного эпителия мидий из биотопа С. отличалась от таковой у мидий из биотопа К.

Ранее нами было показано, что соотношение между коэффициентом отрицательной корреляции (между исходным уровнем устойчивости и его изменением после выдерживания как в контрольных условиях, так и при действии различных химических агентов и диапазоном индивидуальной изменчивости может быть описано прямой с определенным углом наклона к оси абсцисс, на которой отложены коэффициенты корреляции [4, 6, 7, 8]. В настоящей работе соотношение между г5 и показателем диапазона изменчивости СЩСУИ (СУИ- исходная вариабельность показателя, СКЭ - ее значение после воздействия] при увеличении времени инкубации также может быть описано . соответствующими прямыми (рис. 2). Для мидий биотопа С. прямая соответствует уравнению, у = 1,262 + 0,694 х, для мидий биотопа К. уравнение имеет вид;/ = 1,246 + 0,352 х, где. х .соответствует . а у соответствует СУЭ/СУ„. Свободный член уравнения - А; начальная орди-" ната, коэффициент при х - В, значение тангенса угла наклона линии регрессии к оси абсцисс.

Из рис. 2 следует, что угол на-,, клона линии регрессии к оси абсцисс ; существенно меньше у мидий из биотопа С. (пунктирная прямая) по сравнению с мидиями из биотопа К.' Сравнение свободных членов у{)ав-. нения показало, что они статистически не различаются (р > 0,05). Сравнение коэффициентов В выявило их достоверное различие (р < 0,05). Из этого следует, что реакция жаберного эпителия у двух групп мидий на действие этилового спирта и выдерживания в контрольных условиях различается. Это, в свою очередь, свидетельствует о меньших адаптивных

Рис. 2. Зависимость сдвига диапазона индивидуальной изменчивости (СЩСК) уровня устойчивости эпителия от значения коэффициента корреляции между исходным индивидуальным уровнем устойчивости и величиной его изменения (гй).

Пунктирная прямая - эпителий мидий из биотопа С., сплошная прямая - эпителий мидий из биотопа К.

возможностях эпителия группы мидий из биотопа С., а возможно, нарушении механизмов, обеспечивающих гомеостаз клеток.

Таким образом, полученные данные свидетельствуют о меньшей стабильности эпителиальных клеток мидий из биотопа С. по сравнению с мидиями из биотопа К. Из данных' работы следует, что сопоставление динамики таких показателей, как коэффициент корреляции между исходным уровнем устойчивости и его изменением и диапазон индивидуальной изменчивости дают больше информации как о реакции клеток на воздействие, так и о соответствии их адаптивных возможностей условиям биотопа. Заметим, что изменения средних уровней устойчивости недостаточно отражают эти возможности. В наших опытах изменение среднего уровня устойчивости даже такое значительное, как у жаберного эпителия мидий из биотопа С., было статистически недостоверным. Это связано с исходно широким диапазоном индивидуальной изменчивости исследуемого показателя. Однако нетрадиционный подход к оценке реакции позволил выявить различия в реакции клеток исследованных групп животных. Вероятно, такой подход является наиболее адекватным и плодотворным при оценке и реакции, и функционального состояния клеток.

Summary ' *

MironovaA. P., Matveyev V. У., Kuleva N. V. Resistance parameters of ciliated epithelium dynamics for mussels living in different regions of the White sea.

Dynamics of resistance level of ciliated epithelium against alterating ethanol concentrations (13%) was analyzed for mussels living in two different regions of the White sea. The following parameters were studied: mean value of resistance for 16-17 animals, the correlation between the initial individual resistance level value, direction of this level shifting, and pattern of correlation between the resistance levels of identical preparations and variability of resistance level in epithelium preparations kept in sea water or in activating ethanol concentration (3%). Though the mean values of resistance did not change greatly, the other parameters revealed difference in resistance of the mussel tissues from different regions.

Литература

1. Дрегольская И. И. Сравнение двух методов исследования гипотонии на время переживания клеток мерцательного эпителия черноморской мидии // Цитология. 1976. Т. 18, №5. С. 580-584. 2. КироМ. Б. Увеличение времени переживания изолированных тканей под влиянием субтоксических концентраций химических агентов: Автореф. канд. дне. J1., 1964. 22 с. 3. Миронова А. П Реакция изолированного мерцательного эпителия жабр черноморской мидии на выдерживание в оптимальной и повреждающей температурах // Изв. РАН. Сер. биол. 1995. № 4. С.468-474. 4. Миронова А. П. Реакция изолированной мышечной ткани разных особей лягушек на последовательное воздействие субтоксического и токсического растворов хлоралгидрата II Изв. РАН. Сер. биол. 1998а. № 3. С. 395-403. 5. Миронова А. П. Изменение теплоустойчивости изолированного мерцательного эпителия жабр моллюска Mytilus galloprovincialis Lam. из разных по степени загрязнения участков Одесского залива под влиянием сернокислого кадмия // Цитология. 19986. Т. 40, №4. С. 282-289. 6. Миронова А. П. Динамика некоторых интегральных характеристик индивидуальных изменений спиртоустойчивости изолированных мышц лягушек // Цитология. 1999. Т.41, №2. С. 155-161. 7.МироноваА. П. Динамика статистических показателей при тестировании функциональной активности мышц химическим воздействием: Автореф. канд. дис. СПб, 2003 . 25 с. 8. Миронова А. П., КулеваН.В. Динамика устойчивости изолированных мышц к 2,4-динитрофенолу // Вестн. С-Петерб. ун-та. Сер. 3. 2003. Вып. 3 (№ 19). С. 61-65. 9. Миронова А. П., КулеваН. В. Динамика статистических показателей устойчивости жаберного эпителия беломорских мидий из разных мест обитания // Тез. докл. V научной сессии морской биологической станции Санкт-Петербургского государственного университета. С. 81-82.

Статья поступила в редакцию 17 июня 2004 г.