CC BY
51
УДК 591.463/.465.12:591.5:597.442(470.67)
МИКРОСТРУКТУРНЫЕ И ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ОСОБЕННОСТИ РЕПРОДУКТИВНОЙ СИСТЕМЫ СЕВРЮГИ (Acipenser Stellatus Pallas, 1771)
В МЕНЯЮЩИХСЯ УСЛОВИЯХ ДАГЕСТАНСКОГО ПОБЕРЕЖЬЯ КАСПИЯ
© 2008устарбеков А.К., Курбанов З.М., Устарбекова Д.А.
Прикаспийский институт биологических ресурсов ДНЦ РАН
В статье рассматриваются результаты сравнительного микро- и макроструктурного анализа процессов гаметогенеза севрюг из различных районов Дагестанского побережья Каспия. Установлено, что в результате неблагополучных гидрохимических условий среды обитания у рыб из северных районов происходит: 1) задержка развития и накопления более поздних генераций половых клеток; 2) замедление синтеза жира и желтка и более поздней генерации ооцитов.
Results of comparative micro- and macrostructural analysis of processes of gametogenesis of Acipenser stellatus from various areas of Daghestan coast of the Caspian sea are considered in the article. It was found, that under unfavourable hydrochemical habitat conditions fish from northern areas have: 1) delay in the development and accumulation of later sex cells’ generations; 2) delay in fat and yolk synthesis and later ovocytes’ generation.
Ключевые слова: гистология, севрюга, гонады, сперматогенез, оогенез.
Keywords: histology, Acipenser stellatus, honades, spermatogenesis, ovogenesis.
Морфофизиологические и
гистологические исследования гонад и половых продуктов рыб дают
возможность понять взаимосвязь между особенностями
воспроизводительной системы, с
одной стороны, и экологической обстановкой, складывающейся в
водной экосистеме, с другой.
Опубликовано много работ, где
описываются различные стороны функционирования семенников и
яичников рыб. Г. В. Никольский [9] писал, что плодовитость - это видовое приспособительное свойство,
обеспечивающее существование вида, определяющее численность
поколений в меняющихся условиях, то есть единство вида и среды. Для того
чтобы прогнозировать процветание или вымирание вида, необходимо учитывать огромное число факторов, характеризующих его в данных конкретных условиях среды обитания. Одним из таких факторов является состояние их гонад. Гистологические исследования были начаты еще в прошлом веке. В. А. Мейен [8] впервые показал, что гистологические исследования гонад позволяют объективно судить о состоянии воспроизводительной системы рыб.
Морфофизиологические и
гистологические особенности строения и функционирования яичников у рыб описаны Н. Л. Гербильским [4], Г. М. Персовым [9], И. А. Баранниковой [2], А. С. Гинзбургом [5]. Семенники рыб стали
объектами исследований В. З. Трусова [12], Г. М. Персова [10] и др. По гистологическому строению различают семенники: 1) перкоидного и 2)
ацинозного типов (осетровые, лососевые и карповые). Ацинозный тип характеризуется тем, что семенные канальцы берут начало у поверхности железы, многократно извиваясь и ветвясь, впадают в общий выводной проток [3]. В стенках канальцев из сперматогоний развиваются
сперматозоиды. Этот процесс у
осетровых очень растянут. От первичного до повторного созревания половых желез они живут в море, и этот период длится от 2-3 до 5-6 лет.
В морской период жизни на
осетровых рыб оказывает воздействие целый комплекс
естественных и антропогенных
факторов. Мы попытались выяснить, какие микро- и макроструктурные изменения возникают в
репродуктивной системе севрюг, обитающих в динамичном
гидрологическом режиме
дагестанского побережья Каспия.
Материал собирали в 2001-2003 годах в различных районах дагестанского побережья Каспия во время экспедиционных работ. При этом использовали моторную лодку «Казанка - 5». Рыб отлавливали сетями ячеей от 60 до 100 мм. Всего проанализировано 75 половозрелых рыб и 27 молоди севрюги. После полного биологического анализа из гонад рыб готовили гистологические препараты по общепринятым методикам [13, 14]. Возраст рыб определяли по поперечному спилу маргинального луча.
Гонадосоматический индекс (ГСИ) вычисляли как отношение веса гонад к весу тела (без кишечника), выраженное в процентах. Для установления количества спермиев в 1 мл эякулята использовали камеру Горяева. При этом единицу объема спермальной жидкости разбавляли 200 раз 4%-ным формалином. Число спермиев подсчитывали в 40
маленьких квадратиках камеры Горяева. Количество
сперматозоидов в 1 мл3 эякулята определяли по формуле N = М * 4000 Д/40, где М - количество спермиев в 40 квадратиках камеры; Д -кратность разбавления; 40 - число малых квадратиков.
Продолжительность и характер движения сперматозоидов в воде фиксировали с помощью
секундомера. Все измерения проводили при одинаковой температуре воды, с одним и тем же эякулятом, при трехкратном повторе. Для наблюдения выбирали участок, где не было большой скученности живчиков и можно было проследить за движением единичного сперматозоида.
У самцов севрюг с размером тела 50-60 см и массой 700 г в течение весенне-летнего и осеннего сезонов 2001 г. ГСИ изменился незначительно (от 0,2 до 0,3%) (табл.1). Гонады их в виде тонких тяжей светло-розового цвета располагались под позвоночным столбом и имели размеры от 8 до 14 мм в ширину и 10-13 см в длину. В микроструктуре семенников
обнаруживаются семенные канальцы, плотно упакованные в
соединительнотканные оболочки. Генеративная часть их представлена недифференцированным сперматогенным эпителием. Наряду с ними в отдельных канальцах имелись более крупные округлой формы клетки от 8 до 12 мкм в диаметре -сперматоциты синаптической стадии. Такое состояние семенника соответствует 1-й стадии развития. У рыб с дербентско-каспийского участка семенные канальцы содержали большее количество сперматоцитов первого порядка, чем у рыб крайновского улова и сперматогенный эпителий занимал не более 20% толщи стенки канальца. У трех севрюжат из района Кривой Балки в канальцах сперматоциты не обнаружились, у них были только гониальные клетки. Таким образом, по количеству сперматоцитов,
толщине слоя эпителиальных клеток и расположению их в стенке канальца видно, что у рыб дербентского участка моря созревание протекало более
интенсивно,
сородичей.
чем у их северных
Таблица 7
Гонадо-соматический индекс молоди севрюг в различных районах в западной части Среднего Каспия, (%)
Место отлова Каспийско-Крайновский район Каспийско-Караманский район Каспийско-Дербентский район
Пол и стад. зр. Весна Осень Весна Осень Весна Осень
-ІІІУ 02 0,12-0,35 0.25 0,17-0,33 0.28 0.15-0.4 (У 0.2-0.38 (У 0,19-0,41 0.31 0,2-0,37
9 (і-іі) Щз 0,51-0,72 0.64 0,28-1,0 0.58 0,35-0,7 0.68 0,4-0,8 0.64 0,5-0,9 0.75 0,6-0,85
<?(0 0,5 0,28-0,72 0.52 0,26-0,74 0.52 0,2-0,8 0.54 0,29-0,86 0.55 0,3-0,85 Щз 0,4-0,91
Примечание: над чертой - среднее значение ГСИ, под чертой - пределы колебаний
У самок аналогичными показателями имели вид
молоди севрюг с размерно-весовыми половые железы уплощенных тяжей
беловато-розового цвета шириной 9-16 мм и длиной 10-15 см. По середине их проходила продольная борозда (отличительный признак принадлежности к самкам). ГСИ их по мере продвижения с севера на юг менялся от 0,6% до 0,75% (табл. 1).
Во внешнем строении гонад различий в зависимости от мест отлова не отмечалось. В микроструктуре «северных» рыб поздняя генерация половых клеток (ооциты протоплазматического
роста) были представлены в очень небольшом количестве - не более 3-5 штук в 1 капсуле, остальная часть занята ооцитами синаптического ряда - 7-12 штук - и огониями, размер которых не превышал 9-12 мкм (их ядра имели в диаметре 5-6 мкм). У «южных» рыб в капсулах
ооцитов протоплазматического роста было по 8-9 шт. Их размеры (28-42 мкм) не зависят от места лова рыб. У ранневесенних (апрель) севрюжат из северных районов среди ооцитов протоплазматического роста на препаратах оказались клетки, чья цитоплазма сильно закрашена гематоксилином. Подобная картина повторилась и в следующем году также у рыб ранневесенних уловов. Видимо, это связано с температурным режимом воды, ни у летних, ни у осенних севрюг, так же как и у южных рыб, этого явления не наблюдалось.
Среди половозрелых самок с длиной тела 90-137 см и весом 5,8-8,0 кг были особи, находящиеся на Ш-\/ стадиях развития (табл. 2). У рыб с гонадами более поздних стадий развития ГСИ выше, чем более ранних стадий развитий на 2-3%.
Таблица 2
Некоторые морфометрические показатели севрюг из различных районов дагестанского побережья Каспия
Место отлова Каспийско-Крайновский район Каспийско-Караманский район Каспийско-Дербентский район
стад. зр. Масса тела, кг Масса гонад, кг ГСИ N экз. Масса тела, кг Масса гонад, кг ГСИ N экз. Масса тела, кг Масса гонад, кг ГСИ N экз.
Самцы
III 6,3 0,46 со 5 7,4 0,81 10,9 6 7,2 0,85 11,8 7
IV 8,3 0,55 6,62 7 8,5 0,65 7,64 5 8,0 1,05 13,0 6
V 6,7 0,45 6,7 1 8,0 0,6 7,5 2 8,5 0,65 7,64 3
Сам к и
III 5,8 0,25 4,3 4 6,0 0,4 6,66 3 6,2 0,65 10,4 6
IV 6,2 0,68 12,0 7 7,1 0,53 7,46 5 8,0 1,0 12,5 4
V 7,0 12 12,1 2 6,8 0,75 11,0 1 7,5 0,9 12,0 2
У самок севрюг (III стадия) из южных районов накопление жира проходило более интенсивно, чем у северных. Генеративная часть яичников у первых полностью обросла жиром, а у вторых - только его незначительная часть. Кроме того, на желтом фоне половой железы у крайновских севрюг просматривалось небольшое
количество белых или слабожелтых икринок диаметром 0,5-0,9 мм, тогда как у рыб дербентского побережья обнаруживалось довольно большое количество темных икринок с диаметром 0,8-1,1 мм. На гистологических препаратах из гонад ооциты отличались по степени их поляризации желтка и жира. У рыб с караманских участков ядра ооцитов полностью смещены к оболочке и погружены в мелкозернистый желток, тогда как у рыб из других районов желток только начинает смещаться к полюсу. Таким образом, скорость созревания яичников зависит от
конкретных условий,
складывающихся в данном регионе. Такие рассуждения оказались
справедливыми и относительно половозрелых самцов. В районе караманского участка у севрюг на III-IV стадиях развития наблюдается
формирование сперматозоидов, тогда как у рыб Северного Каспия проходит митотическое размножение гониальных клеток. Подобная
разнокачественность в развитии семенников, видимо, связана с
интенсивностью питания, составом пищи и особенностями обмена
веществ в данных конкретных
условиях.
Сравнительное изучение
состояния гонад и качества икры в зависимости от района их обитания проводили путем определения
количества сперматозоидов в
эякулятах и продолжительности
времени активного движения
живчиков в экспериментальных
условиях. Нужно отметить, что
видовое различие по количеству вырабатываемой спермы весьма значительно (к примеру, у белого амура в 1 мл эякулята содержится до 30-40 млн сперматозоидов) [5]. У
осетровых рыб концентрация
спермиев невысокая. Наши подсчеты показали, что у севрюги в условиях Каспия эта величина может колебаться от 1,2 до 1,95 млн экз. в 1 мл эякулята.
Результаты наших подсчетов приведены в таблице 3. Концентрация спермиев зависит не только от места и условий обитания рыбы, но и от того, из какого участка семенника взята проба. По нашим подсчетам наиболее продуктивным оказался средний отдел гонады. Наибольшая продолжительность активного состояния живчиков отмечена при температуре воды 9-12°С. Понижение температуры привело к снижению активности, а повышение до 16-18°С - к резкому, но кратковременному всплеску и столь же резкому спаду активности и полному их обездвиженью.
Таблица 3
Концентрация сперматозоидов и продолжительность времени активного их движения у севрюг из различных районов Каспийского моря
Концентрация сперматозоидов, млн/мм3 Время активного движения спермиев, мин.
Район отлова Передний отдел семенников Средний отдел Задний отдел Передний отдел Средний отдел Задний отдел
Крайновское 1,26 1,51 1.2 6,52 7,5 5,5
побережье
Караманский участок Каспийско- 1,41 1,5 1,35 10,7 8,5 10,0 8,6
Дербентский р-н 1,55 1,95 1,43 14,2 10,7
Приведенные в статье различия в
развитии гонад у рыб можно
рассматривать в качестве результата воздействия на них неблагоприятных условий среды обитаний, как
правило, до пороговых значений. Однако нам приходилось
констатировать глубокие и подчас необратимые изменения
репродуктивной системы осетровых, вызванные тяжелым отравлением химическими реагентами. В мае 2003 г. в устьевой зоне Терека в сети попались две севрюги и один осетр, в семенниках которых обнаружены плотные образования из
соединительных тканей, вокруг которых наблюдались очаги воспалительных процессов с небольшим количеством
некротизированной ткани. Неясно, что бы произошло с этим новообразованием, но, несомненно, оно оказало бы на генеративную часть самое негативное воздействие.
В яичнике севрюги, пойманной у выхода из Сулакской бухты в июне 2003 г., обнаружен участок с поперечно-полосатой мышечной тканью, которая не выполняла сократительной функции. Ооциты, окружающие эту ткань, имели зернистость, что, по-видимому, является признаком дегенерации. У 5% исследованных половозрелых самок на V стадии развития наблюдались морфозы: истончение оболочки ооцита, разрушение
оболочки яйцеклетки в виде разрывов.
Объяснение подобных отклонений в развитии гонад осетровых мы находим в монографии Н.-К. К. Алиева и др. [1]: в северный Каспий с волжскими водами ежегодно поступают 110 тыс. тонн фенолов, 3,8 т ДДТ, с терскими водами - 16,3 млн тонн наносов, половина которых - токсиканты; с сулакскими - 1,6 млн тонн и т.д. Все эти речные наносы и загрязнения от нефтяных разработок в шельфе моря создают условия, которые, как в зеркале, отражаются на «благополучии» гидробионтов, и особенно в северных его районах.
Таким образом, у молоди севрюги в разных районах дагестанского побережья Каспия наблюдаются: 1) разнокачественность прохождения гаметогенеза, проявляющаяся в развитии и накоплении более поздних генераций половых клеток; 1) у половозрелых рыб опережающее развитие скорости накопления жира и желтка, поляризация ооцитов, а также формирование сперматозоидов у самцов; 3) различные аномалии
развития: инородные образования в виде опухолей, очаги с
воспалительными процессами,
приводящие к дегенерации обширных участков желез, и различные морфозы, поражающие всю генерацию яйцеклеток.
Примечания
1. Алиев Н.К., Абдурахманов Г.М., Мунгиев А.А., Гаджиев А.А. Экологические проблемы бассейна Каспия. Махачкала: Изд-во «Дагпресс», 1997. 159 с. 2. Баранникова И.А. Биологическая дифференциация стада Волго-Каспийского осетра//Ученые записки ЛГУ. № 228. Вып. 44. 1957. С. 57-72. 3. Белова Н.В. Эколого-физиологические особенности спермы прудовых карповых рыб.
Автореф. дис. ... канд. биол. наук. М. : МГУ, 1978. 24 с. 4. Гербильский Н.Л. Эколого-гистологическое направление в ихтиологических исследованиях//Всесоюзное совещание по биол. основам рыбного хозяйства. Томск, 1959. С. 31-36. 5. Гинзбург А.С., Детлаф Т.А. Развитие осетровых рыб: созревание яиц, оплодотворение и эмбриогенез. М., 1969. 134 с. 6. Крыхтин М.Л., Горбач Э.И. Экология размножения белого амура (Ctenorfharyn godon molitrix (Val) и белого толстолобика Nypphthalchthys molitrix (Val.) в бассейне Амура//Вопросы ихтиологии. Т.21. Вып. 2. 1981. С. 317-329. 7. Кошелев Б.В. Экология размножения рыб. М. : Издательство «Наука», 1984. 308 с. 8. Мейен В.А. К вопросу о годовом цикле изменения яичников костистых рыб. Изв. АН СССР. Вып. 3. 1939. С. 69-76. 9. Никольский Г.В. О некоторых закономерностях динамики плодовитости рыб. Очерки по общим вопросам ихтиологии. М.-Л.; Изд. АН СССР. 1963. С. 199-206. 10. Персов Г.М. Ранний период гаметогенеза у осетровых. Вопросы зоологии (Материалы III совещания зоологов Сибири). Томск, 1966. С. 27-28. 11. Персов Г.М. Сроки дифференцировки пола и темп полового созревания у осетровых. Труды центр, научно-исслед. инст-та осетрового хозяйства (ЦНИОРХ). T.III. М., 1971. С. 222-234. 12. Трусов В.З. Созревание половых желез самцов севрюги Acipenser stellatys Pallas в морской период жизни//Вопросы ихтиологии. Т.11. Вып.2 (07), 1971. С. 271-279. 13. Роскин Г.И., Левинсон Л.Б. Микроскопическая техника. М. : Высшая школа, 1957. 467 с. 14. Ромейс Б. Микроскопическая техника. - М.: Изд-во иностранной литературы, 1953. 717 с.
Статья поступила в редакцию 19.11.2008 г.
