Гравічутливіcть одноклітинних організмів

Таким чином, на основі порівняльного цитологічного аналізу клітин Chlorella, які протягом різної тривалості часу вирощували як у вигляді монокультури, так і в складі полікомпонентних систем на різних поживних середовищах в авто- та гетеротрофному режимах в умовах мікрогравітації, стаціонарних лабораторних та транспортних контролів, встановлено певні відмінності між варіантами в ультраструктурі клітинних органел та відносних об'ємах запасних поживних речовин, які, очевидно, відображають зміни метаболізму, перш за все, в енергетичному та вуглеводному обміні дослідних клітин. Вівмічені перебудови органел дослідних клітин безумовно свідчать про чутливість клітин до зміни гравітаційної сили.

Розділ 7. Cтруктурно-функціональні особливості клітин Chlorella vulgaris в умовах кліностатування. Одержані результати про зміни структурно-функціональної організації клітин, які росли протягом різної тривалості часу на борту космічних літальних апаратів, свідчили про вплив на одноклітинні організми факторів космічного польоту. Для вичленення ефектів мікрогравітації, яка, згідно загальноприйнятій думці гравітаційних біологів, викликає суттєві зміни організмів, були проведені модельні експерименти з використанням повільних горизонтальних кліностатів, за допомогою яких частково відтворюються ефекти мікрогравітації (Brown, Сhapmen, 1988).

7.1. Ростові показники культури Chlorella за різної тривалості кліностатування. На основі підрахунку кількості клітин штаму ЛАРГ-1 у колоніях однакового діаметра, що виросли в умовах кліностатування, горизонтального та вертикального контролів встановлено незначне інгібування ростових показників культури на початку дії даного фактора, тобто виявлені зміни в ростових характеристиках лише частково подібні до тих, які реєструються в умовах космічного польоту.

7.2. Ультраструктура клітин Chlorella в умовах кліностатування. Проведений ультраструктурний аналіз показав, що під впливом нетривалого кліностатувания (від 1 до 5 діб), коли культура знаходилася в логарифмічній фазі росту, ультраструктура клітин Chlorella, в основному, не відрізнялася від такої у контролі. Збільшення терміну кліностатування (від 10 до 20 діб) приводило до посилення проліферації мітохондрій в клітинах; появи окремих великих органел (до 1,5 мкм в діаметрі), підвищення електронної щільності матриксу та збільшення розміру крист, зменшення кількості та розміру зерен крохмалю в хлоропластах та в амілогенній обкладці, а також зниження електронної щільності строми хлоропластів. Зміни мембранної системи хлоропластів проявлялися у формуванні згинів тилакоїдів та розширенні інтратилакоїдного простору, а також у везикуляції мембранної системи хлоропласта. В умовах тривалого кліностатування загальний об'єм мітохондріому зростав (5.1±.0.4%, контроль - 2.3±.0.2%), суттєво знижувалася кількість крохмалю в хлоропластах та електронна щільність їх строми. Затяжне кліностатування (до 45-50 діб) викликало зміни топографії тилакоїдів, формування згинів, майже повну відсутність зерен крохмалю; зменшення майже в 2.2 рази загального об'єму хлоропласта, збільшення загального об'єму мітохондріому та розміру окремих мітохондрій, впорядкування топографії крист, підвищення частки конденсованого хроматину (у 9-17% дослідних клітин).

Таким чином, характер ультраструктурних перебудов клітинних органел в умовах кліностатування виявляв значну подібність до таких, що зареєстровані у клітинах під час космічного польоту, проте часові характеристики виникнення певних змін, перш за все, у енергетичних органелах, не співпадали з тими, що відбувалися в умовах мікрогравітації.

7.3. Електронно-цитохімічне дослідження активності Mg2+-активованих АТФаз показало наявість високої інтенсивності реакції у мітохондріях клітин Chlorella в умовах кліностатування, в тому числі, і в органелах великого розміру з упорядкованим розташуванням крист, які утворювалися у клітинах Chlorella під дією мікрогравітації і кліностатування, що може свідчити про високу функціональну активність мітохондріому в умовах кліностатування.

7.4. Вміст аденілатів. Встановлено підвищення в дослідних клітинах Chlorella вмісту АТФ впродовж кліностатування, особливо при тривалішій його діі, що може корелювати з появою більших за розміром, порівняно з ортодоксальними, мітохондрій. Рівнь вмісту АДФ до певної міри співпадав з рівнем АТФ. Нижчий коефіцієнт співвідношення рівнів АТФ і АДФ на початковому етапі кліностатування може свідчити про певне зниження енергетичного статусу клітин у цей період, не дивлячись на суттєве збільшення загального пулу аденілатів. Відмічено зростання коефіцієнту співвідношення АТФ/АДФ з подовженням тривалості кліностатування, що, імовірно, може свідчити про вищий рівень енергетичних витрат клітин у цих умовах. Вважають (Maresca, Carratu, 1990), що підвищення коефіцієнта співвідношення аденілатів є загальним феноменом неспецифічної фізіолого-біохімічної відповіді клітини на екстремальні впливи і кореляції активності АТФ-синтезуючих систем відповідно до зміни умов функціонування організму.

7.5. CДГ. Порівняння ізоферметних спектрів ММФ СДГ культури штаму ЛАРГ-1 протягом різної тривалості кліностатування показало гетерогенність ізоферментного складу в процесі росту культури та наявність відмінностей у складі структурно-зв'язаних ММФ, які мали ширший спектр мінливості в умовах кліностатування. Отримані нами дані про мінливість спектру ММФ СДГ, збільшення кількості структурно-зв'язаних форм та підвищення загальної активності даного ферменту в клітинах Сhlorella під впливом кліностатування, очевидно, свідчать, що вказані зміни були спричинені підвищенням загального об'єму крист внаслідок зростання загального об'єму мітохондріому під дією вказаного фактора. Зважаючи, що структурно-зв'язані форми СДГ асоційовані з мембранами мітохондріальних крист, можна припустити, що збільшення кількості останніх в умовах кліностатування і зумовило збільшення ММФ даної фракції, що узгоджується з уявленнями про посилення активності ферментів, яке забезпечує підвищення енергозабезпечення клітин при зміні умов оточуючого середовища (Гетман, 1996).

7.6. Рівень дихання клітин Chlorella за різної тривалості кліностатування. Встановлено, що в умовах кліностатування на всіх фазах росту культури інтенсивність дихання була вищою, ніж у контролі. Відмічені два піки підйому інтенсивності дихання - у перші дні кліностатування та в середині логарифмічної фази росту культури (10 -14 діб з моменту кліностатування), що, можливо, зумовлено перерозподілом клітин у дослідній популяції за стадіями їх розвитку, а саме, переважанням у популяції сформованих вегетативних клітин, які характеризуються майже у 3 рази вищим рівнем вживання кисню (Акоев, Цоглин, 1991) порівняно з автоспорами, кількість яких була більшою у контрольній популяції. Другий пік підвищення інтенсивності дихання в умовах збільшення терміну кліностатування культури пов'язаний, очевидно, з перебудовами мітохондріому в цей період. Розвинутіший мітохондріом дослідних клітин дозволяє підтримувати вищу інтенсивність дихання клітин, причому інтенсифікація дихання у кліностатованих клітинах, можливо, забезпечується вищим, порівняно з контролем, вмістом моно- та дицукрів, які можуть служити субстратом для окислення.

7.7. Локалізація іонізованого та слабко зв'язаного кальцію в клітинах Chlorella в умовах кліностатування. Наявність продукту електронно-цитохімічної реакції у клітинах Chlorella на різних фазах росту культури в умовах кліностатування характеризувалася певною гетерогенністю за формою преципітату, розміром та кількістю гранул піроантимонату кальцію в більшості клітинних органел, що, до певної міри, співпадало з контрольним варіантом. Найсуттєвішою відмінністю локалізації прецицітату є наявність продукту реакції в гіалоплазмі дослідних клітин в протилежніть до контрольних. Одержані дані про певний перерозподіл локалізації іонів вільного та слабко зв'язаного кальцію, виявлені за допомогою електронно-цитохімічної реакції, демонструють наявність змін кальцієвого балансу в цих умовах. Поява численних Са2+-сайтів на мембранах багатьох клітинних органел, переважно в клітинах Chlorella, які виросли в умовах космічного польоту, свідчить, що зміни кальцієвого балансу та його перерозподіл у клітині в умовах мікрогравітації є, очевидно, суттєвішими порівняно з умовами кліностатування.

7.8. Вміст білка в клітинах Chlorella в умовах кліностатування. Відомо, що одним із біологічних ефектів мікрогравітації, зареєстрованих як у рослинних, так і в тваринних організмах, є порушення білкового обміну. Визначення вмісту білка в клітинах Chlorella, вирощених в умовах різної тривалості кліностатування та стаціонарного лабораторного контролю, показало наявність достовірної різниці між варіантами, що проявлялося у зниженні вмісту білка в дослідних клітинах на початку дії вказаного фактора та в середині логарифмічної фази росту культури за умов кліностатування. Отже, відмічені зміни в структурі хлоропластів, значне зниження електронної щільності строми хлороплатів, поява в ній електронно-прозорих зон та зменшення кількості рибосом на одиницю площі порівняно з контролем можуть бути результатом порушення білкового синтезу під впливом мікрогравітації.

7.9. Питома активність та характеристика множинних молекулярних форм амілаз клітин Chlorella в умовах кліностатуванні та космічного польоту

7.9.1. Питома активність і характеристика множинних молекулярних форм амілаз клітин Chlorella в умовах кліностатування. На основі аналізу електрофоретичного спектру ММФ амілаз на різних фазах росту культури Chlorella в умовах кліностатування та стаціонарного вирощування в контролі виявлено взаємозв'язок співвідношення розчинних і структурно-зв'язаних форм, який корелює з рівнем питомої активності даного ферменту та кількістю запасних полісахаридів у хлоропластах клітин. Встановлено значне підвищення питомої активності амілаз у клітинах Chlorella (майже в 3,6 рази) в умовах кліностатування, особливо в середині логарифмічної фази росту культури, що чітко корелює з розширенням спектру фракції розчинних форм амілаз і зменшенням кількості запасних полісахаридів у хлоропластах дослідних клітин, тоді як у контролі у цей період відбувається процес інтенсивного накопичення крохмалю. У стаціонарній фазі росту культури в умовах кліностатувания, коли, очевидно, вже вичерпався резерв запасних поліглюканів, відбувається зворотний процес, перехід ферментів у структурно-зв'язаний стан, про що свідчить збільшення кількості форм даної фракції амілаз у цей період.

7.9.2. Питома активність амілаз та вміст моно- i дицукрів у клітинах Chlorella в умовах космічного польоту. Ультраструктурна організація клітин 9-добової культури, вирощеної в умовах космічного польоту, відрізнялася від контрольної, перш за все, зменшенням відносного об'єму зерен крохмалю в хлоропластах (47% - контроль; 21% - дослід). Проведені біохімічні дослідження показали, що питома активність амілаз у контрольному варіанті мала 0.9 од/г ліофільно висушеної біомаси, тоді як у досліді вона досягала 2.5 од /г. При цьому вміст моно- і дицукрів у контролі складав 0,48 %, у польотному варіанті - 1,08 %.

Отже, виявлене нами збільшення питомої активності амілаз у клітинах культури Chlorella в умовах космічного польоту порівняно з контролем збігається з отриманими нами даними про зростання питомої активності амілаз у клітинах даного штаму культури в умовах кліностатування.

Таким чином, результати проведених нами досліджень показали наявність змін субмікроскопічної організації ряду органел клітин Chlorella, вирощених в умовах повільного горизонтального кліностатування, багато в чому подібних до тих, що реєструвалися в умовах космічного польоту, проте часові характеристики появи таких перебудов часто не співпадали. Слід відмітити, що зміни в ультраструктурі як хлоропластів, так і мітохондрій, а також інших клітинних компартментів наступали дещо пізніше, ніж в умовах космічного польоту. Структурні перебудови енергетичних органел поряд з підвищенням активності як гідролітичних, так і ферментів енергетичного обміну, в тому числі дихального ланцюга, в дослідних клітинах Chlorella свідчать про посилення функціональної активності клітин, що веде до підвищення їх енергізації і, очевидно, компенсує енергетичні витрати клітини в процесії адаптації одноклітинних організмів до умов кліностатування.

Розділ 8. Обговорення одержаних результатів. У даному розділі обговорюються одержані нами експериментальні дані про можливі механізми перебудов пластид, мітохондрій, ядра, зміни спектрів ММФ СДГ і амілаз, а також зміни активності даних ферментів при тривалому культивуванні Chlorella, зміни ростових показників культур одноклітинних організмів в умовах мікрогравітації і кліностатування.

Аналіз власних результатів, отриманих за допомогою методів електронної мікроскопії, електронної цитохімії та ряду фізіолого-біохімічних методів, а також даних, про які повідомлялося в літературі, дозволив нам запропонувати концепцію гравічутливості одноклітинних організмів (що схематично представлено на рис 1), яка базується не на перерозподілі клітинних компонентів, як це спостерігається в спеціалізованих гравічутливих клітинах вищих рослин, а перш за все, на змінах структури цитоплазматичної мембрани. Остання з усіма притаманними їй особливостями і тонкими механізмами взаємодії білків між собою та з оточуючими їх ліпідами (Merz, Roux, 1996) може відігравати важливу роль у гравічутливості клітин Виявлені зміни фосфоліпідного та жирнокислотного складу цитоплазматичних мембран в умовах кліностатування (Poluylakh, 1996) та фотомембран у нижчих (Антонян и др., 1992) і вищих рослин (Румянцева и др., 1990) в умовах мікрогравітації, які проявлялися в зміні індексу ненасиченості, а також активації ПОЛ (Жадько, 1991), можуть призводити до зниження текучості мембрани в умовах мікрогравітації (Michailenko, Zolotareva, 1998). Подібні зміни, впливаючи на її мікровязкість (Кирилов, 1997), в свою чергу, можуть вести до активації механочутливих Са2+-каналів (Hedrich et al., 1990). Внаслідок вказаних змін, очевидно, порушується баланс іонів кальцію в клітині і змінюється проникність мембран, що впливає на активність деяких ферментів, у першу чергу, на активність їх мембранозв'язаних форм, зокрема у АТФаз (Morton et al., 1996). Відмічені перебудови мембран можуть модулювати, в свою чергу, вторинні структурні зміни клітинних органел, перш за все, мітохондрій та хлоропластів. Одержані нами результати про перебудови ультраструктури клітинних органел та цитоплазматичної мембрани, активності ряду ферментів, що характеризують окисно-відновні та гідролітичні процеси в клітині в цих умовах, свідчать на користь запропонованої схеми.

Таким чином, отримані нами електронно-мікроскопічні, електронно-цитохімічні та фізіолого-біохімічні дані про стан одноклітинних організмів, їх ростові показники, структурно-функціональні перебудови клітинних органел, зміни спектру молекулярних форм та активності деяких ферментів енергетичного та вуглеводного обміну в умовах мікрогравітації і кліностатування свідчать, що одноклітинні організми сприймають вплив мікрогравітації. Гравічутливість одноклітинних організмів проявляється в змінах структурно-функціональних особливостей клітинних органел і базується на зміні активності і направленості клітинного метаболізму, перш за все, в енергетичній системі клітин, що веде до підвищення енергизації клітин та посилення їх метаболічної активності, забезпечуючи функціонування одноклітинних організмів в умовах мікрогравітації.

Підсумкова частина. Розпочаті нами дослідження на організмах, які знаходилися в умовах космічного польоту в фізіологічно-активному стані, умовно відносяться до другого, найбільш інформативного етапу розвитку космічної фітобіології, оскільки саме дослідження організмів, що росли в умовах мікрогравітації, в протилежність до досліджень на культурах у стані спокою, показали принципову можливість довготривалого розвитку одноклітинних організмів у цих умовах та післяпольотного збереження їх життєздатності. Незважаючи на те, що вивчення одноклітинних стосувалося різних аспектів їх життєдіяльності в умовах мікрогравітації, зокрема закономірностей росту, форми клітин і колоній, генетичних ефектів, модифікації клітинної репродукції, циркадних ритмів, граві- та фототропізму, кальцієвого балансу, морфологічних особливостей та ультраструктурної організації клітин, пізнання глибинних механізмів впливу мікрогравітації та з'ясування особливостей адаптації клітин до зміни гравітації залишаються на сьогодні найважливішими проблемами гравітаційної біології. Існують декілька напрямків у сучасній космічній клітинній фітобіології, актуальність яких зумовлена необхідністю подальших досліджень ефектів мікрогравітації на клітинному та субклітинному рівнях. Це, насамперед, стосується вивчення кальцієвого балансу і його ролі в механізмах сприйняття організмами гравітації, а також регуляції різних ланок їх метаболізму в умовах мікрогравітації. Одержані експериментальні дані про зміни вмісту кальцію в рослинних і тваринних організмах, включаючи людину, в тому числі і у одноклітинних організмах (Антонян и др., 1992), безумовно свідчать про його важливу роль у цих процесах, тому вимагають подальшої перевірки гіпотези про перебудову метаболічних процесів за домогою змін концентрації і перерозподілу іонів кальцію в клітині в умовах мікрогравітації з урахуванням сучасних уявлень про роль кальцію як вторинного месенджера клітинного метаболізму.

Безперечний інтерес представляють також дослідження структурно-функціональної організації та фізико-хімічних властивостей мембран різних клітинних компонентів, у тому числі і цитоплазматичної мембрани як індуктора перебудов метаболізму клітин в умовах мікрогравітації. Виявлені на сьогодні зміни мікров'язкості, ліпідного та жирнокислотного складу мембран, інтенсифікації перекисного окислення ліпідів, що проявляється у підвищенні рівня продуктів тіобарбітурової кислоти, а також вмісту мембранозв'язаного кальцію в клітинах в умовах мікрогравітації (що, в першу чергу, може впливати на проникність мембран у цих умовах), свідчать про перспективність і важливість досліджень стану мембрани в умовах мікрогравітації, оскільки згідно сучасним уявленням про мембрану (Merz, Roux, 1996), вона може відігравати ключову роль у гравічутливості клітин.

Виcновки

1. Вперше встановлена гравічутливість одноклітинних організмів, яка проявляється в зміні ростових, структурних та метаболічних показників клітин в умовах мікрогравітації та кліностатування (16 космічних експериментів на борту біологічних супутників, космічних кораблів та орбітальних станцій "Салют" і "Мир" та 45 експериментів в умовах горизонтального кліностатування ).

2. Прокаріотичні бактеріальні клітини P. vulgaris реагують на зміну гравітаційної сили посиленням складчастості цитоплазматичної мембрани, збільшенням гірозності клітинної оболонки, появою зон фібрилярно-гранулярного матеріалу та формуванням компактних нуклеоїдів. Характер зміни локалізації дегідрогеназ як важливого показника рівня біологічного окислення в умовах космічного польоту свідчить про посилення проникності цитоплазматичної мембрани та перебудову метаболізму клітин P. vulgaris в цих умовах.

3. Реакції-відповіді на дію мікрогравітації і кліностатування еукаріотичних клітин Chlorella, які протягом різної тривалості часу вирощувалися як монокультура або у складі полікомпонентних систем на різних поживних середовищах в авто- та гетеротрофному режимах, проявляються у збільшенні відносного об'єму клітинних компартментів (мітохондрій, вакуолей, ліпідних крапель, каналів ендоплазматичного ретикулуму), так і в перебудовах ультраструктури певних клітинних органел: хлоропласта (деградація крохмалю, зменшення амілогенної зони піреноїдів, перебудови мембранної системи, зміна щільності строми та поява електронно-прозорих зон), мітохондрій (збільшення популяції, розміру органел, ущільнення матриксу, впорядкування топографії крист), ядра (збільшення об'єму конденсованого хроматину, розширення перинуклеарного простору), вакуолей (збільшення загального об'єму вакуома, поява мієліноподібних структур), ендоплазматичного ретикулуму (проліферація каналів, поява дрібно-гранулярного матеріалу в порожнинах каналів) та цитоплазматичної мембрани (посилення складчастості).

4. Показана чітка залежність розмаху спектру структурно-фукнціональних перебудов органел від тривалості (від 4.5 діб до 12 міс) культивування Сhlorella в умовах космічного польоту.

5. Встановлене збільшення приросту біомаси культури Сhlorella в умовах мікрогравітації, що супроводжувалося появою ознак прискореного старіння клітин.

6. Загальною особливістю клітин Chlorella, вирощених в умовах мікрогравітації та кліностатування, є зміни в ультраструктурі енергетичних органел та їх функціональній активності. В умовах симульованої мікрогравітації виявлено збільшення популяції мітохондрій та перебудови їх ультраструктурної організації, підвищення коефіцієнту співвідношення аденілатів, активності Mg2+-активованих АТФаз і СДГ та рівня дихання клітин, а також розширення спектру ММФ СДГ, що свідчить про підвищення енергетичного статусу клітин Chlorella в цих умовах.

7. Встановлена інтенсифікація гідролізу запасних полісахаридів у хлоропластах клітин Chlorella в умовах мікрогравітації і кліностатування, яка проявлялася в посиленні активності та розширенні спектру переважно розчинної фракції множинних молекулярних форм амілаз, що приводить до збільшення рівня моно- і дицукрів і свідчить про перебудову вуглеводного обміну клітин.

8. Зареєстровано явище посилення в умовах космічного польоту інфікування клітин Chlorella бактеріями Pseudomonas sp., що може свідчити про підвищення рівня патогенності бактерій і/або зниження стійкості водоростевих клітин в умовах мікрогравітації.

9. Одержано пріоритетні дані про можливість довготривалого (до 1 року) збереження життєздатності культури Chlorella в умовах мікрогравітації.

10. Незважаючи на досить широкий спектр перебудов субмікроскопічної організації органел клітин культури Chlorella в процесі тривалого її вирощуванні в умовах космічного польоту, який відображає зміни рівня та направленості метаболізму в цих умовах, одноклітинна водорість Chlorella показала високі адаптаційні можливості до зміни гравітації в межах, що охоплюють весь цикл її розвитку.

11. На основі вивчення ультраструктурних та метаболічних особливостей клітин Proteus i Chlorella в умовах мікрогравітації запропонована концепція про роль мембрани в гравічутливості одноклітинних організмів, які не мають спеціалізованих гравірецепторних органел.

12. Встановлена висока життєздатність культури Chlorella протягом тривалого періоду її культивування в умовах мікрогравітації зумовлює придатність використання її як компонента автотрофної ланки контрольованих екологічних систем життєзабезпечення людини на космічних літальних апаратах.

13. Розроблені та випробувані нами методи фіксації для електронно-мікроскопічних досліджень клітин Proteus та Chlorella на борту космічних літальних апаратів та обробки матеріалу, зокрема в умовах обмеженої його кількості, рекомендовано для використання в майбутніх космічних експериментах з одноклітинними організмами.

Перелік оcновних публікацій за темою диceртації

1. Попова А.Ф., Кордюм Е.Л. Водоросли. // Шляпочные грибы и водоросли - объекты космической биологии. М.: Наука, 1991. - 158 - 228с.

2. Сытник К.М., Кордюм В.А., Кордюм Е.Л., Бабский В.Г., Манько В.Г., Недуха Е.М., Попова А.Ф. Микроорганизмы в космическом полете. К.: Наук. думка, 1983. - 154 с.

3. Ваулина Э.Н., Винников Я.А., Дубинин Н.П, Изупак Э.А.,Иорданишвили Е.К.,Коньшин Н.И., Кордюм В.А., Кордюм Е.Л., Машинский А.Л., Пальмбах Л.Р., Паливода Л.В., Попова А.Ф. Влияние космического полета на развивающиеся организмы. К.: Наук. думка, 1978.- 150 с.

4. Сытник К.М., Гречко Г.М., Коньшин Н.И., Кордюм Е.Л., Машинский А.Л., Мелешко Г.Й., Нечитайло Г.С., Поливода Л.В., Попова А.Ф., Шепелев Е.Я., Шетлик Н., Кордюм В.А. Биологические показатели хлореллы, выросшей в условиях космического полета // Биологические исследования на орбитальных станциях "Салют". М.: Наука, 1984. - С. 38-43.

5. Popova A.F. Chloroplast ultrastructure in Chlorella cells in microgravity and altered gravity // Альгология.- 1999.- Т. 9, N 9.- C. 13-18.

6. Попова А.Ф. Уровень дыхания и ультраструктура клеток Chlorella при длительном клиностатировании // Доп. НАНУ. Сер. Б. - 1999. - N 5. - C. 183-187.

7. Popova A.F. Effects of altered gravity on the mitochondria ultrastructure, activity anf fractional composition of succinatedehydrogenase // J. Gravit. Physiol. - 1999. - V. 6, N 1. - P. 145-146.

8. Попова А.Ф. Ультраструктура митохондрий и уровень дыхания клеток Chlorella в условиях клиностатирования // Цитология и генетика. - 1999. - Т.33, № 6. - С. 8-14..

9. Попова А.Ф., Мушак П.О. Ультраструктура хлоропластів та вміст білку в клітинах Chlorella при кліностатуванні // Доп. НАН України. Сер. Б. - 1998. - № 5. - С. 179-182.

10. Sytnik K.M, Popova A.F. Changes of plant mitochondria ultrastructure and respiration intensity in altered gravity // J. Gravit. Physiol. - 1998.- V. 5, N 1. - P. 169-170.

11. Попова А.Ф., Кордюм Е.Л. Особенности структурной организации клеток Chlorella, культивируеиых в течение года в условиях космического полета // Цитология и генетика.- 1997.- Т. 31, № 3. - С. 3-9.

12. Popova A.F., Sytnik K.M. Peculiarities of ultrastructure of Chlorella cells growing aboard the BION-10 during 12 days // Adv. Space Res. - 1996. - V. 17, N 6/7. - P. 99-102.

13. Vasilenko A.I., Popova A.F. Energetic metabolism response in algae and higher plants species from simularity experiments with clinostat // Adv. Space Res.- 1996. - V.17, N 6/7. - P. 103-106.

14. Popova A.F., Kordyum E.L., Shnyukova E.I., Sytnik K.M. Plastid ultrastructure, fractional composition and activity of amylases in Chlorella cells in microgravity // J. Gravit. Physiol.- 1995.- V.2, N 1.- P. 159-160.

15. Попова А.Ф., Василенко А.В. Ультраструктура митохондрий и содержание аденилатов в клетках Chlorella при различных сpоках клиностатирования // Цитология и генетика.- 1995.- Т.29, № 1.- С. 3-8.

16. Попова А.Ф., Кордюм Е.Л., Сытник К.М. Ультраструктурные показатели клеток Chlorella в поликомпонентной системе при кратковременном их выращивании в условиях космического полета // Доп. НАН України. Сер. Б. - 1995. - № 5. -С. 106-108.

17. Попова А.Ф., Шнюкова Е.И. Ультраструктура хлоропластов и активность амилаз клеток Chlorella в условиях космического полета // Цитология и генетика. - 1995. - Т. 29, № 2. - С. 41-45.

18. Попова А.Ф. Особенности локализации Mg2+-активируемых АТФаз в клетках хлореллы в условиях клиностатирования // Цитология и генетика. - 1994. - Т 28, № 2. - C. 3-7.

19. Попова А.Ф., Кордюм Є.Л., Шнюкова Є.І. Ультраструктура хлоропластів і питома активність амілаз клітин хлорели в умовах космічного польоту // Доп. АН УРСР. - 1993. - № 11. - С. 153-156.

20. Sidorenko P.G., Popova A.F., Klimchuk D.A., Martin G.M., Ivanenko G.F. Single cells algae and higher plant cell cultures using in space biology // Preprint Congress IAF, Budapesht, 1993. - P. 1-4.

21. Popova A.F., Sytnik K.M., Nechitailo G.S., Mashinsky A.L. The submicroscopic organization of Chlorella cells cultivated in solid medium under microgravity // Adv. Space Res.- 1992. - V.12, N 1. - P. 141-146.

22. Sytnik K.M., Popova A.F., Nechitailo G.M., Mashinsky A.L. Peculiarities of the submicroscopic organization of Chlorella cells cultived on a solid medium in microgravity // Adv. Space Res. - 1992.- V. 12, N 1. - P. 41-46.

23. Попова А.Ф., Кордюм Е.Л., Сытник К.М. Ультраструктура клеток хлореллы, растущей в трехкомпонентной водной системе в условиях космического польота // Результаты исследований на биоспутниках., М.: Наука. - 1992. - С. 306-309.

24. Попова А.Ф., Сытник К.М., Кордюм Е.Л., Нечитайло Г.С., Машинский А.Л. Ультраструктурная организация клеток хлореллы, культивируемых на твердой среде в условиях микрогравитации // Док. АН УССР. Сер. Б. - 1991. - № 8. - C. 161-164.

25. Попова А.Ф., Іваненко Г.Ф. Ріст культури хлорели в умовах кліностатування // Укр. бот. журн. - 1990.- Т 47, № 4. - С. 35-37.

26. Popova A.F., Kordyum E.L., Sytnik K.M., Nechitailo G.S. The structural-functional organization of Chlorella vulgaris cells grown on different media in microgravity // Preprint 41th Congress IAF, Dresden, 1989. - P. 1-7.

27. Попова А.Ф., Шнюкова Е.И. Ультраструктура пластид, фракционный состав и удельная активность амилаз клеток хлореллы в условиях клиностатирования // Цитология и генетика.- 1989. - Т. 24, № 3. - С. 11-16.

28. Попова А.Ф., Кордюм Е.Д., Сытник К.М. Субмикроскопическа организация клеток хлореллы в поликомпонентной системе в условиях космического полета // Докл.. АН УССР. Сер. Б. - 1989. - № 8. - С. 74-77.

29. Popova A.F., Sytnik K.M., Kordyum E.L, Meleshko G.I., Sychov V.V., Levinskykh M.A. Ultrastructural and growth indices of Chlorella culture in multicomponents aquatic system in space flight conditions // Adv. Space Res.- 1989.- V. 9, N 11.- P. 79-82.

30. Попова А.Ф., Шнюкова Е.И,.Кордюм Е.Л. Ультраструктура хлоропластов, фракционный состав амилаз и удельная их активность в клетках хлореллы при клиностатировании // Докл. АН УССР. Сер.Б. - 1988. - № 7. - С. 78-82.

31. Попова А.Ф, Кордюм Е.Л., Сытник К.М., Мелешко Г.Й., Сычев В.Н., Левинских М.А. Ультраструктурные и ростовые показатели хлореллы в многокомпонентной системе в условиях космического полета // Результаты работ на биоспутнике "Космос-1887", М.: Наука.- 1988. - С. 58-59.

32. Попова А.Ф., Тупік Н.Д., Іваненко Г.Ф. Ультраструктура мітохондрій і фракційний склад сукцинатдегідрогенази Chlorella vulgaris Beijer. при кліностатуванні // Укр. бот. жур. - 1987. - Т. 43, № 3. - С. 11-15.

33. Сидоренко П.Г., Жадько С.И., Попова А.Ф., Карнаух И.М., Ильин В.П. Об адаптации одноклеточных водорослей и культур тканей высших растений к условиям гипогравитации // Микрорганизмы в искусственных экосистемах, Новосибирск: Наука. - 1985. - С. 61-66.

34. Попова А.Ф., Кордюм Е.Л., Нечитайло Г.С. Субмикроскопическая организация клеток хлореллы, растущих в течение 9 суток на борту НОС "Салют-6" // Микрорганизмы в искусственных экосистемах, Новосибирск: Наука. - 1985. - С. 66-71.

35. Попова А.Ф., Иваненко Г.Ф. Ультраструктурная организация клеток хлореллы при воздействии клиностатирования // Цитология и генетика. - 1983. - Т. 17, № 3. - С. 72-73.

36. Кордюм Є.Л., Попова А.Ф., Машинський О.Л. Ультраструктурна організація клітин Chlorella vulgaris Beijer., штам ЛАРГ-1, що виросли в автотрофних умовах на борту наукової орбітальної станції "Салют-6" // Укр. ботан. жур.- 1984. - Т.41, № 1. - С. 30-32..

37. Kordyum E. L., Nedukha E.M., Popova A.F., Sidorenko P.G., Fomichova V.M., Sytnik K.M. Prospects of autotrophic link functioning in biological life-support systems based on cell biology studies // Acta Astronomica. - 1983. - V. 10, N 4. - P. 225-228.

38. Kordyum V.A., Man'ko V.G., Popova A.F., Mashinsky A.L., Scherbak O.N.., Nguen-Hgue Thyok. Changes in symbiotic and associative interrelations in a higher plant-bacterial system during space flight // Adv. Space Res. - 1983. - V. 3, N 9. - P. 265-268.

39. Kordyum V.A., Shepelev E.E., Kordyum E.L., Popova A.F., Meleshko G..I., Sychov V.N. Biological studies of the Chlorella pyrenoidosa (strain g-11-1) culture grown under space flight conditions // Life Sci. and Space Res. - 1980. - V. 18. - P. 281-284.

40. Кордюм Е.Л., Сытник К.М., Машинский А.Л., Попова А.Ф. Ультраструктура клеток Chlorella pyrenoidosa (штамм g-11-1), растущих длительное время в условиях космического полета // ДАН УРСР. Сер. Б. - 1979. - N 4. - С. 311-315

41. Кордюм Є.Л., Машинський О.Л., Попова А.Ф., Ситник К.М. Ультраструктура клітин Chlorella vulgaris (штамм ЛАРГ-1, які росли протягом п'яти діб в умовах космічного польоту // Доп.. АН УРСР. Сер. Б. - 1979. - № 6. - С. 476-479.

42. Кордюм Є.Л., Попова А.Ф., Уварова С.А., Коньшин М.І. Ультраструктура клітин Proteus vulgaris, що виросли в анаеробних умовах в орбітальному польоті // Доп. АН УССР. Сер. Б. - 1979. - № 9. - С. 839-841.

43. Кордюм Є.Л., Попова А.Ф., Уварова С.А., Нечитайло Г.С. Ультраструктура клітин Proteus vulgaris, які виросли в аеробних умовах орбітального польоту // Доп. АН УССР. Сер. Б. - 1976. - № 12. - С. 1124-1126.

44. Кордюм В.А., Поливода Л.В., Кордюм Є.Л., Попова А.Ф, Манько В.Г., Машинський О.Л. Ріст і розвиток Proteus vulgaris в умовах космічного польоту // Доп. АН УССР. Сер. Б. - 1976. - № 11. - С. 1036-1039.

45. Кордюм Е.Л., Ваулина Э.Н., Гречко Г.М., Жадько С.И., Кордюм В.А., Машинский А.Л., Нечитайло Г.М., Попова А.Ф., Сытник К.М. Изменение скорости биологических процессов в условиях микрогравитации и клиностатирования. Препринт. Киев, Ин-т ботаники им. Н.Г.Холодного, 1989. - С. 1-38.

46. Кордюм Е.Л., Попова А.Ф. Водоросли - объекты космической ботаники: теоретические и прикладные аспекты // Тез. докл. 2-ой Междун. конф. "Актуальные пробл. совр. альгологии", Киев, май, 1999 // Альгология. - Т. 9, № 2. - С. 63-64.

Анотація

Дисертацію присв'ячено вивченню гравічутливості одноклітинних прокарітичних (бактерії Proteus vulgaris) і еукаріотичних (два види одноклітинної зеленої водорості Chlorella) організмів. Досліджено ефекти факторів космічного польоту на ростові та структурно-функціональні особливості клітин у процесі вирощування їх в аеробних і анаеробних умовах (Proteus), а також за автотрофного та гетеротрофного режимів як монокультури або в складі полікомпонентних систем (Chlorella) протягом різної тривалості часу на борту штучних супутників Землі, космічних кораблів, орбітальних станцій "Салют" та "Мир". Встановлена наявність гравічутливості у цих клітин, яка проявлялася в змінах ростових, ультраструктурних та метаболічних показників клітин в умовах мікрогравітації та в модельних експериментах при кліностатуванні. На основі вивчення структурно-функціональних особливостей клітин Proteus i Chlorella в умовах мікрогравітації запропонована концепція про роль мембрани в гравічутливості одноклітинних організмів, які не мають спеціалізованих гравірецепторних органел. Виявлені високі адаптаційні можливості цієї культури до зміни гравітації в межах усього циклу її розвитку обумовлюють придатність використання культури як суттєвого компонента автотрофної ланки контрольованих екологічних систем життєзабезпечення людини на космічних літальних апаратах.

Ключові слова: Гравічутливість, бактерії, водорості, кліностатування, мікрогравітація, ультраструктура.

Аннотация

Диссертация посвящена изучению гравичувствительности одноклеточных прокариотических (Proteus vulgaris) и эукариотических (два вида одноклеточной зеленой водоросли Chlorella) организмов. Изучены эффекты факторов космического полета на ростовые и структурно-функциональные показатели клеток при выращивании их в аэробных и анаэробных условиях (Proteus), а также при автотрофном и гетеротрофном режимах как монокультуры или в составе поликомпонентных систем (Chlorella) на протяжении разного по длительности времени на борту искусственных спутников Земли, космических кораблей, орбитальных станций "Салют" и "Мир". Установлено наличие гравичувствительности у этих клеток, которая проявлялась в изменениях их ростовых, структурных и метаболических показателей в условиях микрогравитации. Выявлены четкие отличия ультраструктурных особенностей опытных клеток по сравнению с контрольными при оптимальных условиях роста культуры Р. vulgaris в условиях космического полета на фоне более ускоренного делення клеток. При изменении условий культивирования бактерий (анаэробиоз, добавление индикаторов роста) отмечалось ингибирование роста при микрогравитации и появление ультраструктурных перестроек клеток, которые не регистрировались в оптимальных условиях выращивания культуры. Впервые описаны перестройки субмикроскопической организации клеток зеленой водоросли при различных режимах ее культивирования в условиях микрогравитации. Установлено увеличение прироста биомассы культуры, которое сопровождалось более ускоренным ее старением в этих условиях. На основе изменений ультраструктуры и метаболизма клеток выявлена зависимость глубины перестроек клеточных органелл и широты их спектра от биологических особенностей объекта, предварительно заданных условий эксперимента и длительности выращивания организмов в условиях космического полета. Установлено, что общей особенностью клеток Chlorella при их культивировании в условиях космического полета и в модельных экспериментах при клиностатировании являются изменения в ультраструктуре энергетических органелл и их функцональной активности. Гравичувствительность одноклеточных организмов, базирующаяся на перестройках уровня и направленности клеточного метаболизма, прежде всего энергетической системы клетки в условиях микрогравитации, по-видимому, ведет к повышению энергизации и усилению ее метаболической активности, обеспечивая функционирование одноклеточных организмов в этих условиях. На основе изучения ультраструктурных та метаболических особенностей клеток Proteus и Chlorella в условиях микрогравитации предложена концепция о роли мембраны в гравичувствительности одноклеточных организмов, которые не имеют специализированных гравирецепторных органелл. Обнаруженные высокие адаптационные возможности культуры в пределах всего цикла ее развития к изменениям гравитации обуславливают пригодность использования культуры в качестве важного компонента автотрофного звена замкнутых экологических систем жизнеобеспечения человека на космических летательных аппаратах.

Ключевые слова: Гравичувствительность, бактерии, водоросли, клиностатирование, микрогравитация, ультраструктура.

Annotation

The dissertation is devoted to the study of gravisensitivity of unicellular procaryotic (bacteria Proteus vulgaris) and eucaryotic (two species of unicellular green alga Chlorella) organisms. The effects of the spaceflight factors on the growth and structural-functional indices of the cells growing under the aerobic and anaerobic conditions (Proteus) and also under the auto- and geterotrophic regims as monoculture and in polycomponent system (Chlorella) during differnt times on board of the artificial satellite of the Earth, the space ships and orbital station "Saluyt-6" and "Mir" were investigated. The presence of gravisensitivity of these cells, which was appeared in the changes of the growth, structural and metabolic indices of the cells in microgravity and model experiments under clinorotation, was established. On the base of the study of the structural-functional peculiarities of Proteus and Chlorella cells in microgravity the conception for a role of a membrane in gravisensitivity of unicellular organisms, which do not have specialised gravireceptive organells, is proposed. Revealed high adaptative possibilities of this culture alteration in the limits of a whole cycle of its development under microgravity promote the availabilities to use this culture as a significant component of the autotrophic link of the control ecological life support system on board of space vehicles.

Key words: Microgravitation, bacteria, algae, gravisensitivity, clinorotation, ultrastructure.

Размещено на Allbest.ru