Физиологические механизмы адаптивных функций в раннем онтогенезе русского осетра Acipenser Gueldenstaedtii Brandt

5. Проявлением развивающихся адаптивных изменений в результате воздействия тиреоидных гормонов во второй половине предличиночного развития явилось перераспределение лейкоцитарного состава (увеличение относительной доли лимфоцитов) на фоне снижения патологических изменений в целом организме и на клеточном уровне. Одной из наиболее вероятных причин, вызывавших эти изменения, может являться ускорение созревания клеток белой крови, отвечающих за противодействие процессам воспаления и аллергизации организма, что тестировано нами по увеличению доли зрелых форм гранулоцитов. Тиреоидные гормоны и кортизол оказывали одинаковый эффект на личинок в отношении клеточной устойчивости организма, но их выживаемость при переходе их к активному питанию зависела только от тиреоидных гормонов. Одной из наиболее вероятных причин снижения смертности у осетра на начальном этапе питания после гормональной обработки является более успешная адаптация к пище, поскольку тиреоидные гормоны у личинок рыб стимулируют активность пищеварительных ферментов (Кim, Brown, 1997, 2002), а их активность у осетра резко увеличивается к началу питания (Плотников, Проскуряков, 1984). Гипертрофия энтероцитов пилорического отдела, наблюдаемая у молоди осетра после кратковременной стимуляции тиреоидными гормонами, является косвенным подтверждением того, что последние стимулируют созревание пищеварительной функции [4-6, 8, 15, 16, 23, 24].

6. Установлено, что у особей осетра с незавершенным морфогенезом и неразвитой сенсорной системой возникает функциональная адаптация поведенческого уровня - запечатление химического фона среды. Адаптация связана с критическим или «чувствительным» периодом и рассматривалась нами в рамках импринтинга химических стимулов. Импринтинг зависел от второй половины предличиночного развития и был синхронизирован с периодом нейрогенеза в обонятельном органе и оформлением его связей с обонятельной луковицей (Винников, Титова. 1957; Пяткина, 1991). Способность различать концентрации запечатленного стимула появлялась позднее, в период, когда личинки начинают активно питаться, что совпадало по срокам с созреванием центральных отделов (Девицина, Кажлаев, 1995). Таким образом, на поведенческом уровне установлено, что система, отвечающая за восприятие химического фона среды, начинает функционировать задолго до того, как в целом получит окончательное развитие [1, 9, 10, 13,14].

7. У осетра проявление импринтинга на уровне поведения зависело от специфических (тиреоидные гормоны, тиомочевина) и неспецифических (токсические вещества) воздействий, влияющих на концентрацию тиреоидных гормонов в организме. Чувствительный период импринтинга мог меняться по продолжительности и увеличиваться у осетра вплоть до стадии малька в случае, если адаптация проходила на фоне высоких показателей тиреоидных гормонов в тканях. Поскольку морфология обонятельной системы у рыб зависит от тиреоидных гормонов (Kudo et al., 1994; Nevitt et al., 1994), импринтинг химических стимулов у осетра является объективным поведенческим коррелятом пластичности хемосенсорной системы и интегральным показателем ее функционального состояния. Так как период импринтинга совпадает с переходом личинок осетровых рыб на другой тип активности и в естественных условиях обитания сопровождается покатной миграцией, не исключено, что запоминание химических стимулов в этот период имеет адаптивное значение как механизм хемосенсорной идентификации, контролирующий привязанность к биотопу «родного» водоёма [2, 13,14, 22].

8. Измерение концентраций в организме у осетра лабильного клеточного компонента - циклического аденозинмонофосфата (сAMP), образование которого контролируется тиреоидными гормонами, показало, что сроки, когда у предличинок наблюдаются максимальные концентрации сAMP в целом организме, совпадает с периодом наибольшего содержания тироксина и кортизола. Более чем 10-ти кратное приращение параметра с возрастом предличинок (от 38 к 44 стадии), дифференцированная, зависимая от возраста, реакция на обработку гормонами, явились доказательствами того, что период, в который регистрируется у личинок наибольшее содержание тиреоидных гормонов и кортизола в организме, одновременно является и периодом функционального действия этих гормонов. Уровень зрелости регуляторных механизмов, к которым в том числе, принадлежит и система, обеспечивающая образование сAMP, возможно, является одним из факторов, позволяющим реализовать гормональную модификацию адаптивных процессов, в том числе, зависящих от созревания нервной и кроветворных тканей, лишь в конце предличиночного этапа развития [7].

Рис. 5. Модулирующий эффект тиреоидных гормонов у предличинок осетра в критический период перехода к активному питанию. Стрелки со знаком плюс указывают на факторы, усиливающие, со знаком минус - ограничивающие адаптивный потенциал

Таким образом, у осетра проявление комплекса признаков различного уровня, от тканевого до поведенческого, связано с возрастом, когда у личинок завершается желточный этап питания. Это характеризует его как период функциональной пластичности. Во всех случаях в регуляции особенностей выражения комплекса морфологических и функциональных признаков принимали участие тиреоидные гормоны. Любой способ увеличения концентрации тиреоидных гормонов, как и любой способ, ограничивающий негативное влияние на тиреоидный статус (снижение качества половых продуктов, токсическое воздействие) в этот период развития направлен на повышение адаптивного потенциала организма (Рис. 5). Следовательно, такие манипуляции на начальных стадиях развития, как обогащение тиреоидными гормонами искусственного стартового корма, а также корректирующая гормональная обработка не должны вступать в противоречие с нормальной физиологической моделью обмена осетровых рыб.

Период, в который определяется направленность и интенсивность процессов развития, в физиологии обозначается как «критический». Но, как известно, функциональные изменения, составляющие содержание «критических» периодов, представляют собой цепь усложнений и проявляются на всех уровнях биологической организации (Уголев, 1990; Уголев, Кузьмина, 1993; Browman, 1989). Гормонозависимые функциональные изменения, выявленные нами в исследуемый отрезок онтогенеза биохимическими и физиологическими методами на организменном уровне, в конечном итоге должны проявиться на популяционном уровне, где термин «критический период» обозначает ограниченный период раннего онтогенеза, в течение которого наблюдается наибольшая смертность рыб. Это событие обычно считается главным фактором, контролирующим размер взрослой популяции. В естественных условиях среды смертность определяется возможностями питания личинок или доступности пищевых объектов и в первую очередь, зависит от высокого темпа стартового роста, хотя скорость роста в последующий период может быть обусловлена вмешательством других факторов. Рыбы одного возраста, но меньшего размера (массы) выживают в наименьшем количестве (Дементьева, 1976). В современных условиях вклад в пополнение популяций осетровых рыб в Азовском бассейне зависит не от естественного нереста, а от объемов выпуска заводской молоди и ее морфофункциональных параметров. Выживаемость молоди зависит от ее массы, что и является обоснованием для определения ее весовых стандартов при выпуске (Бойко, Калинкина, 1961; Бойко, 1963).

В рыбоводно-физиологических исследованиях, как и в ихтиологии, «критические периоды» онтогенеза рыб также относят к популяционным признакам, а не к индивидуальным и ассоциируют с периодами массовой гибели личинок (реализация морфофизиологических дефектов), наблюдаемой в потомствах низкого качества в начале активного питания (Владимиров, 1975). При этом широко известно, что параллельно со снижением качества потомства увеличивается не только доля особей с уклонениями в развитии, но и разнокачественность по параметрам массы (Емельянов, 1965; Горюнова, 2000). В тех случаях, где имеет место начальное отставание по массе, оно сохраняется в последующий период независимо от условий выращивания (Корнеева, Титарева, 1969; Гершанович, и др., 1985; Крылова, Гершанович, 1991; Горбачева, 1996; Brawn, 1957).

Наши исследования показали, что свойства, характеризующие «критические периоды» на уровне популяции, обусловлены индивидуальной изменчивостью и имеют гормонозависимый характер. Скорость начального роста, повышение резистентности организма к паразитарной инфекции, формирование адекватного условиям данного биотопа поведения - все эти разнообразные функции, в комплексе способствующие увеличению популяционной плодовитости, чувствительны к тиреоидным гормонам в «критический период» развития. В свою очередь, зависимая от повышения кортизола стратегия на активную мобилизацию неспецифических форм защиты, в ущерб росту, становится биологически оправданной в заведомо неблагоприятных условиях, о чем сигнализирует повышение содержания кортизола в организме и снижение уровня тиреоидных гормонов. Торможение начального роста неизбежно, видимо, еще и в силу невозможности одновременного поддержания всех функций организма на оптимальном уровне, поскольку система защиты от инфекций требует значительных энергетических затрат. Картину этой адаптационной пластичности дополняет ограничение в неблагоприятных условиях признаков поведенческого уровня, необходимых для долговременной адаптации к химическому фону среды.

В заключение следует сказать, что функциональная пластичность раннего онтогенеза осетра, некоторые аспекты которой были рассмотрены, является продуктом длительного исторического развития, создавшего данную адаптивную «норму». В филогенетическом плане формирование адаптации (адаптивной нормы) предполагает первоначальную зависимость морфологических и функциональных событий онтогенеза от средовых воздействий, но которые в дальнейшем «автономизируются», а зависимость сохраняется в особые, критические периоды (Шишкин, 1984; 2005). Одним из наиболее вероятных путей изменений имеющейся «нормы» в эволюции могут быть преобразования тех функций, которые меняют эндокринный фон, модифицирующие, в том числе, синтез, регуляцию и/ или тканеспецифический ответ на гормоны (Masuda, 1987; Heyland, et al., 2004). Следовательно, рассмотрение проблемы адаптогенеза у рыб подразумевает, в том числе, и включение гормонального аспекта. У осетра изначальную зависимость адаптаций от внешних/гормональных воздействий можно увидеть в критический период раннего онтогенеза, когда изменение величин тиреоидных гормонов и кортизола играет важную роль в регуляции фенотипического выражения нескольких функциональных признаков. Сложившаяся в эволюции способность к поддержанию гормонального статуса личинок осетра на стадии активного питания не только за счет внутренних резервов (синтеза гормонов щитовидной железой), но и эволюционно более древним способом, за счет поступления из внешней среды, во- первых, направлена на поддержание высокого адаптивного потенциала и, следовательно, упрочение «нормы», а во- вторых, позволяет это сделать с меньшими энергозатратами. Можно сказать, что тиреоидные гормоны в дополнение к своей морфогенетической функции, в критический период развития осетра играют роль адаптогенов, повышающих устойчивость «воспроизведения» онтогенеза в поколениях, что оправдывает и расширяет смысл данного им определения как «благоприятствующих» гормонов (Eales, 1997). В этом отношении примером может быть поддерживаемая тиреоидными гормонами функция импринтинга химических сигналов среды. Как известно, у осетровых рыб жизненный цикл связан с протяженными миграциями, являющимися выражением их значительной адаптационной пластичности (Баранникова, 1975). «Ограждая» популяцию от экстремальных воздействий стабилизацией условий размножения, они, тем самым, ослабляют давление отбора на геном, что позволяет сохранить ее монолитность (Марти, 1980). Поведенческая пластичность раннего онтогенеза, связанная с запечатлением «родной среды», может принадлежать к числу этих стабилизирующих факторов.

Выводы

1. Физиологическая роль тиреоидных гормонов в метаболическом балансе организма изучалась на ранних этапах развития осетровых рыб. Показано, что различия в характере динамики тироксина (Т4), трийодтиронина (Т3) сопряжены с морфофункциональными показателями жизнестойкости в эмбриональный и в постэмбриональный периоды развития.

2. Содержание гормона тироксина в генеративной ткани самок осетра зависит от степени их зрелости. Наименьшее количество содержится в гонадах на стадии протоплазматического роста (5,4 нг/г), наибольшее - в яйцеклетках на стадии их конечного созревания и овуляции (до 31,1 нг/г).

3. У эмбрионов и предличинок осетровых рыб нормальный морфогенез обеспечивается колебаниями концентраций тиреоидных гормонов с наибольшими показателями на стадиях оплодотворенной яйцеклетки (стадия 1), выклева личинок (стадия 36) и периода смешанного питания (стадии 43-44).

4. У потомства с наименьшим количеством дефектов развития в эмбриональный и постэмбриональный период и более высоким темпом роста после перехода на активное питание достоверно установлены более высокие показатели тироксина в яйцах на стадии оплодотворения (в 1, 4- 2 раза) и до 2,6 раз большая его продукция на этапе смешанного питания.

5. Во второй половине предличиночного этапа тироксин и кортизол вносят коррекцию в морфофункциональные показатели развития: выживаемость, скорость начального роста и устойчивость к паразитарной инфекции. Однократное воздействие тироксином и кортизолом (1,5 / 1мг/л) позволило снизить смертность личинок в первые дни активного питания на 38% и увеличить прирост массы при выращивании до стадии малька на 59%. При поражении сапролегниозом тиреоидные гормоны обеспечивают протекторную функцию в физиологических (1,5 мг/л) а кортизол - в фармакологических концентрациях (30-100 мг/л).

6. Чувствительный период, формирующий предпочтение химического стимула совпадает с завершением предличиночного этапа развития и началом питания (от 4-го до 18-го дня после выклева) и выглядит как положительная двигательная реакция молоди в ответ на примененный стимул. Интенсивность реакции определяется длительностью адаптации личинок к химическому фону среды в пределах чувствительного периода. У молоди реакция сохраняется длительный период (до 1,5 месяцев) и имеет признаки импринтинга.

7. Токсические вещества на уровне хронического и сублетального воздействий (линдан, нефть), а также ингибитор функции щитовидной железы (тиомочевина), снижающие продукцию тироксина во второй половине предличиночного периода, подавляют импринтинг, в то время как заместительное воздействие тиреоидными гормонами восстанавливает импринтинг.

8. Результаты наблюдений и экспериментальные данные позволяют сделать заключение о том, что тиреоидные гормоны у русского осетра являются центральным звеном в реализации комплекса cAMP- зависимых функций, таких как: начальный рост массы, резистентность к инфекции, поведение адекватное внешним условиям, определяющие жизнестойкость при изменении типа питания и отношений со средой обитания. В этой связи можно считать, что период завершения желточного и начала активного питания у осетра является преадаптивным.

Список основных публикаций соискателя

Статьи в изданиях, в которых рекомендуется публикация основных результатов диссертаций на соискание ученой степени доктора наук

Статьи в журналах

1. Бойко Н.Е., Григорьян Р.А., Чихачев А.С. Обонятельный импринтинг молоди осетра // Ж. эвол. биохим. и физиол. - 1993.- T.29. - №5-6. - С.509-514.

2. Бойко Н.Е., Григорьян Р.А. Влияние тиреоидных гормонов на запечатление химических сигналов в раннем онтогенезе осетра Acipenser gueldenstaedtii Brandt // Ж. эвол. биохим. и физиол.- 2002. - Т. 38. - №2.- С.169 -172.

3. Бойко Н.Е., Воробьева О.А., Григорьян Р.А., Корниенко Г.Г. Динамика тиреоидных гормонов на ранних стадиях развития осетра Acipenser gueldenstaedtii Brandt // Ж. эвол. биохим. и физиол. 2004. - Т.40. -№2.- С.142-146.

4. Бойко Н.Е. Влияние тиреоидных гормонов и кортизола на рост, тиреоидный статус и показатели крови молоди осетра Acipenser gueldenstaedtii Brandt // Известия вузов. Северо-Кавказский регион. Естественные науки. - 2004. - №12(24). - С.38-48.

5. Бойко Н.Е., Рудницкая О.А.. Реакция клеток крови личинок осетра на стимуляцию тиреоидными гормонами и кортизолом // Известия вузов. Северо-Кавказский регион. Естественные науки. - 2005. - №4(132).- С.55-58.

6. Бойко Н.Е. Влияет ли тиреоидный статус предличинок осетра на их развитие? // Известия вузов. Северо-Кавказский регион. Естественные науки. - 2006. -№4 (40). - С.66 -73.

7. Ноздрачев А.Д., Бойко Н.Е., Григорьян Р.А. Изменение циклического аденозинмонофосфата в раннем онтогенезе осетра Acipenser gueldenstaedtii Brandt // Доклады РАН. - 2007. - Т.413. - №3. - С.1-3.

8. Бойко Н.Е. Тиреоидные гормоны на ранних стадиях развития рыб и их использование в рыбоводстве // Вопросы рыболовства. - 2008. - Т. 9. - №1(33).

Статьи в методических сборниках

9. Корниенко Г.Г., Бойко Н.Е., Бугаев Л.А., Дехта В.А., Дудкин С.И., Кузина, Ложичевская Т.В., В.Ф., Рудницкая О.А., Сергеева С.Г. Физиолого-биохимические и генетические исследования ихтиофауны Азово-Черноморского бассейна / Методическое руководство. - Ростов-на-Дону: Эверест, 2005. - C. 48-56.

Статьи в аналитических сборниках

10. Бойко Н.Е., Чихачев А.С. Обонятельный импринтинг и влияние антропогенных факторов на поведение молоди осетра // Сб. научн. тр. АзНИИРХ / Основные проблемы рыбного хозяйства и охраны рыбохозяйственных водоемов. - Ростов-на-Дону: Полиграф, 1996. - С. 278-289.

11. Бойко Н.Е. Динамика тиреоидных гормонов в эмбриогенезе и раннем онтогенезе осетра // Сб. научн. тр. АзНИИРХ / Основные проблемы рыбного хозяйства и охраны рыбохозяйственных водоемов Азово-Черноморского бассейна.- Ростов-на-Дону: Молот, 1997. - С. 283-288.

12. Бойко Н.Е., Воробьева О.А. Кортизол и тиреоидные гормоны на ранних стадиях развития осетра // Сб. научн. тр. АзНИИРХ / Основные проблемы рыбного хозяйства и охраны рыбохозяйственных водоемов Азово-Черноморского бассейна. - Ростов-на-Дону: Медиаполис, 2000. - С. 131-136.

13. Бойко Н.Е., Корниенко Г.Г. Факторы пластичности поведения Азово-Кубанского осетра (на примере обонятельного импринтинга) // Сб. научн. тр. / Экологические проблемы Кубани. 2001.- С. 146-150.

14. Бойко Н.Е. Тиреоидные гормоны и адаптационная пластичность поведения русского осетра acipenser gьldenstдdtii brandt // Современные проблемы физиологии и экологии морских животных. - Апатиты, 2003. - с. 70-80.

15. Бойко Н.Е. Тиреоидные гормоны и кортизол участвуют в регуляции роста личинок осетра Acipenser gueldenstaedtii Brandt // Стратегия развития аквакультуры в условиях XXI века. Минск, 2004. - С. 24-28.

16. Бойко Н.Е., Рудницкая О.А. Реакция клеток крови личинок осетра на стимуляцию тиреоидными гормонами и кортизолом. // Современные проблемы физиологии и биохимии водных организмов. - Петрозаводск, 2005. - С. 13-17.

17. Бойко Н.Е., Воробьева О.А., Корниенко Г.Г., Рудницкая О.А., Ружинская Л.П. Дефекты развития предличинок осетра при гипо - и гипертиреозе // Сб. научн. тр. АзНИИРХ / Основные проблемы рыбного хозяйства и охраны рыбохозяйственных водоемов Азово-Черноморского бассейна. Ростов-на-Дону: Медиаполис, 2006. - С. 292-301.

Статьи в прочих периодических изданиях

18. Бойко Н.Е., Корниенко Г.Г. Тиреоидные гормоны в яйцеклетках и развивающихся эмбрионах азовского осетра, acipenser gueldenstaedtii // Наука Кубани.- 2000.- №5 (2). - С.31-36.

19. Корниенко Г.Г., Бойко Н.Е., Ковальчук Л.И. Преадаптивная роль гормонов (кортизол, тиреоидные гормоны) личинок осетровых Азово-Черноморского бассейна // Наука Кубани.- 2000.- Т. 5.- №12.- С. 38-39.

20. Boiko N.E., Kornienko G.G., Vorobyeva O.A. Cortisol and thyroid hormones at early stages of the development of the russion sturgeon, Acipenser guldenstadtii Brandt // J. Environmental Protection and Ecology.- 2002. Vol. 3.- №3. - P. 678-681.

21. Boiko N.E. The effect of hexachloran and mineral oil on the dynamics of thyroid hormones in larvae of the russian sturgeon, Acipenser gueldenstaedtii Brandt // J. Environmental Protection and Ecology. - 2003. Vol. 4.- №1.- P.128-133.

22. Boiko N.E. Hexachloran and oil contaminations alters memorisation of odors in sturgeon, Acipenser gьldenstдdtii Brandt. // J. Environmental Protection and Ecology.- 2003.- Vol. 4.- №1.- P.134-140.

23. Бойко Н.Е. Изучение последействия тиреоидных гормонов и кортизола на рост, тиреоидный статус и показатели крови молоди осетра // Вопросы рыболовства. - 2004. - Т. 5. - №3(19). - С. 500-513.

Патентные документы

24. А 01 К 61/00 RU 2260943 C2. Способ подращивания личинок осетровых рыб / Бойко Н.Е., Корниенко Г.Г., Рудницкая О.А. (ФГУП АзНИИРХ). - №2260943; Заявл. 18.08.2003 // Изобретения (Заявки и патенты). - 2005. - №27. - С. 45.

Размещено на Allbest.ru