close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Морфогенез тканей малоазиатской лягушки в условиях качественно и количественно измененного магнитного поля

код для вставкиСкачать
На правах рукописи
Гацалова Инга Тазретовна
МОРФОГЕНЕЗ ТКАНЕЙ МАЛОАЗИАТСКОЙ ЛЯГУШКИ
В УСЛОВИЯХ КАЧЕСТВЕННО И КОЛИЧЕСТВЕННО
ИЗМЕНЕННОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ
03.03.04 – клеточная биология, цитология, гистология
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата биологических наук
АСТРАХАНЬ – 2018
Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном
образовательном учреждении высшего образования «Северо-Осетинский
государственный университет имени Коста Левановича Хетагурова»
Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор
Калабеков Артур Лазарович
Официальные оппоненты:
Ложниченко Ольга Владимировна, доктор биологических наук, доцент,
Войсковая часть 84841, кафедра №31, доцент кафедры
Северцова Елена Алексеевна, кандидат биологических наук, профессор,
ФГБОУ ВО «Московский государственный университет им. М.В.
Ломоносова», кафедра биологической эволюции, старший научный
сотрудник
Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное
учреждение науки «Институт проблем экологии и эволюции имени А.Н.
Северцова РАН», г. Москва
Защита состоится « 08 » июня 2018 г. в 14:00 часов на заседании
объединенного диссертационного совета Д 999.149.03 в ФГБОУ ВО
«Астраханский государственный университет» по адресу: 414000,
г. Астрахань, пл. Шаумяна, 1, ауд. 101.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ
«Астраханский государственный университет» по адресу: 414056,
г. Астрахань, ул. Татищева, 20а и на сайте: http://www.asu.edu.ru.
ВО
Автореферат разослан «_____» __________ 2018 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета
Курьянова Е.В.
2
1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность исследования. На протяжении десятилетий многие
ученые изучают влияние магнитных полей на живые организмы, которые
оказывают разностороннее воздействие на биообъекты и их системы
(Стрекова, 1973; Дубров, 1974; Брагин, 1986; Фролов, 1986; Баскирк, 1989;
Прести, 1989; Григорьев, 1995; Пальцев, 1999; Овечкина, 2001; Бинги, 2002;
Крылов, 2006; Дунаев, 2007; Гагиева, 2008; Неман, 2011; Таликина, 2013;
Калабеков, 2014; Горбунова, 2014).
Живые организмы приспосабливались в филогенезе к магнитному
полю Земли, присутствие которого является для них необходимым условием
нормального существования и функционирования. Однако, с развитием
науки и техники появляются магнитные поля искусственной генерации,
которые могут накладываться на естественный магнитный фон и значительно
повышать значения его параметров. Действие магнитного поля зависит не
только от его характеристик, но и от состояния систем организма (Присный,
2011; Тирас, 2014; Калабеков, 2015).Таким образом, динамика соотношения в
окружающей среде естественных и искусственных магнитных полей, их
показателей может вызвать дестабилизацию в системе адаптации организмов
(Темурьянц, 1988; Баскирк, 1989). Известно, что при отклонении параметров
естественного магнитного поля от нормальных значений, появляются
различные аномалии (Рябов, 2013; Ломаев, 2014). Так, например, воздействие
геомагнитных полей на водных животных вызывает дистрофию и снижение
функциональной активности клеток (Коломийцев, 1998), изменение
содержания в крови форменных элементов, приводит к снижению количества
белка и глюкозы (Горбунова, 2014), деструкцию поверхности половых
клеток и изменение метаболизма аминокислот (Koldaev, 1997). У
млекопитающих установлено угнетение репродуктивной функции,
повышение смертности, изменение уровней транскрипции ДНК, кальциевого
обмена, уменьшение массы плодов, аномалии скелета (Сидоренко, 2001;
Hueskonen, 1998).
В период раннего онтогенеза организмы наиболее чувствительны к
различным воздействиям, что может приводить кроме изменений
физиологических и биохимических показателей к формированию новых
фенотипов (Крылов, 2010 а).
Исходя из вышеизложенного, морфологические исследования
развивающихся живых объектов, представляют большую научную ценность,
так как вариабельность признаков на фоне влияния анормальных магнитных
полей, зачастую, определяет особенности строения взрослых организмов.
В то же время недостаточно изученными остаются эффекты влияния
искусственных постоянных магнитных полей неодинаковой напряженности и
вектора направления на морфогенез амфибий на разных уровнях
организации: клеточном, тканевом, органном, организменном, с
привлечением такого современного высокоинформативного метода
морфологического исследования как атомно-силовая микроскопия и
3
адаптированных для биологических исследований прецизионных методов
математической статистики.
Целью работы явилось изучение влияния на морфогенез тканей
личинок малоазиатской лягушки (Rana macrocnemis Boulenger) постоянных
магнитных полей разной напряженности и вектора направления.
Задачи исследования:
1. Разработать и создать экспериментальную модель влияния на
морфогенез малоазиатской лягушки постоянных магнитных полей
различного направления и напряженности на организменном, тканевом и
клеточном уровнях.
2. Изучить особенности морфогенеза тканей головастиков
малоазиатской лягушки в условиях искусственно сниженной напряженности
постоянного магнитного поля (0,4 мТл).
3. Исследовать развитие тканей головастиков в условиях
экспериментально созданных возрастающих градаций напряженности
горизонтально ориентированного постоянного гипермагнитного поля –
слабой (8 мТл), средней (11,5 мТл) и большой (18 мТл) интенсивности.
4. Определить особенности морфогенеза тканей головастиков при их
развитии под действием искусственно смоделированного постоянного
магнитного поля вертикального вектора и средней напряженности (11,5 мТл).
Научная новизна работы. Впервые изучено влияние постоянного
магнитного поля разной интенсивности и направления на морфогенез
головастиков малоазиатской лягушки - на организменном, органном,
тканевом и клеточном уровнях организации живого.
В результате проведенного исследования показано, что влияние любого
аномального постоянного магнитного поля отрицательно влияет на
морфогенез головастиков малоазиатской лягушки на различных уровнях
организации - от организменного до клеточного.
Доказана тератогенность постоянных искусственных (техногенных)
магнитных полей для амфибий, как представителей позвоночных животных,
выражающаяся в изменении нормальных размеров тела, органов и дефектах
их строения.
Показана высокая информативность исследований с помощью атомносилового микроскопа (АСМ-исследования) для решения задач в области
цитологии и гистологии.
Научно-практическая значимость. Проведен анализ влияния
искусственных постоянных магнитных полей разной интенсивности и
направления на личинок малоазиатской лягушки. Результаты проведенного
исследования на различных уровнях организации живого (организменном,
органном, клеточном) являются фундаментальным материалом для изучения
воздействия магнитных полей на живые организмы. Результаты
исследования используются
в учебном процессе при проведении
практических и лекционных занятий по биологическим дисциплинам:
гистология, биология индивидуального развития, экология эмбриогенеза.
4
Разработанная нами модель влияния магнитного поля на морфогенез
амфибий может применяться для диагностики адаптации клеточных и
тканевых структур к действию различных факторов, в том числе
техногенных. Выявленные морфологические нарушения являются
эффективным маркером адаптации организма к действию разнообразных
факторов. Выбранные нами объекты - амфибии являются удобной моделью
исследования, так как они осваивают в своем онтогенезе последовательно
водную и наземно-воздушную среды обитания. Полученные данные в
определенной степени можно экстраполировать на другие виды
позвоночных животных и человека.
Материалы и методы исследования
Объектами исследования служили личинки малоазиатской лягушки
(Rana macrocnemis Boulenger). В соответствии с задачами работы в течение
2013 - 2017 гг. на 300 личинках малоазиатской лягушки определялись
особенности морфогенеза
головастиков малоазиатской лягушки после
воздействия магнитных полей разной интенсивности.
Условия опытов. Магнитные условия в опытах различались по
степени напряженности постоянного гипермагнитного поля, которая была
обозначена как слабая (8 мТл), средняя (11,5 мТл) и сильная (18 мТл). Для
достижения данных условий чашку Петри с фрагментами кладки икры
размещали на равном расстоянии (9 см) между противоположными
полюсами двух постоянных магнитов цилиндрической формы. В этом случае
величина магнитной индукции в зависимости от используемых магнитов
составляла искомые 8 мТл (слабая интенсивность), 11,5 мТл (средняя
интенсивность), 18 мТл (сильная интенсивность). Для создания
вертикального вектора постоянного магнитного поля с интенсивностью 11,5
мТл (средняя интенсивность) использовали систему двух магнитов таким
образом, что северный магнитный полюс был сверху, а южный снизу чашки
Петри с фрагментами кладки.
Для создания постоянного гипомагнитого поля использовалась
экранировка от внешних магнитных полей в месте эксперимента, которые
имели напряженность 0,9 мТл. Для этого чашку Петри с фрагментами кладок
икры помещали в контейнер размерами 20,5 х 17 х 9 см со стенками из
низкоуглеродистой стали (марка 10864), толщиной 0,5 см., так что
напряженность внешних магнитных полей внутри контейнера снижалась до
значения 0,4 мТл. Снаружи контейнер был покрыт оболочкой из листовой
меди, предназначенной для экранирования от электромагнитных полей.
Измерения напряженности магнитного поля в вариантах опытов
проведены сотрудниками научно-образовательного центра естественных наук
ФГБОУ ВО «Северо-Осетинский государственный университет имени Коста
Левановича Хетагурова» с помощью датчика Холла.
В первом опыте оплодотворенные яйцеклетки помещали в постоянное
гипомагнитное поле (ГпМП, 0,4 мТл), т.е. в магнитное поле с
напряженностью в 2,25 раза меньшей по сравнению с магнитным полем в
месте эксперимента (0,9 мТл). Во втором опыте оплодотворенные
5
яйцеклетки испытывали воздействие горизонтального постоянного
гипермагнитного поля (ГрМП, 8 мТл) слабой интенсивности. В третьем
опыте – оплодотворенные яйцеклетки находились в горизонтальном
гипермагнитном поле (ГрМП, 11,5 мТл) средней интенсивности; в четвертом
варианте опыта – оплодотворенные яйцеклетки находились в горизонтальном
гипермагнитном поле сильной интенсивности (ГрМП, 18 мТл). В пятом
опыте оплодотворенные яйцеклетки развивались в вертикальном
гипермагнитном поле (ГрМП, 11,5 мТл).
Сбор и получение материала. Свежеотложенные кладки икры
малоазиатской лягушки собирали в местах икрометания из водоемов
окрестностей г. Владикавказ. Икринки, как контрольные, так и
подвергающиеся воздействию магнитных полей, развивались в отстоянной
водопроводной воде. Сразу после выклева головастиков фиксировали в 10%
нейтральном (рН 7,4) водном растворе формалина.
Измерение линейных морфологических параметров личинок
проводили с помощью стереоскопического микроскопа МБС-3 с
микрометрической шкалой, вмонтированной в окуляр микроскопа. У
головастиков измеряли длину тела (от начала головы до кончика хвоста),
длину туловища (от начала головы до начала хвоста), длину хвоста (от
начала хвоста до конца хвоста), высоту хвоста у корня.
Для гистологического исследования экспериментальный материал
фиксировали в 10 % формалине, приготовленном на фосфатном буфере (рН
7,4) и заливали в парафин по стандартной методике (Лили Р., 1969). Срезы
окрашивали кислым гематоксилином Карацци и эозином. Изучение срезов
проводилось при помощи микроскопа «PrimoStarZeiss» под увеличением
80х200х800, со встроенной камерой «AxioCamERc5Zeiss». Для создания
фотографий использовалась программа «ZEN2012 (blueedition)».
Исследования с помощью метода атомно-силовой микроскопии
поводились на установке "Интегра-Аура" (НТ-МДТ, Россия). Установка
входит в комплекс оборудования центра коллективного пользования "Физика
и
технологии
наноструктур"
ФГБОУ
ВО
«Северо-Осетинский
государственный университет имени Коста Левановича Хетагурова» (г.
Владикавказ).Исследование топографии поверхностей образцов проводились
в полуконтактном режиме сканирования кантилевером NSG01 покрытом
золотом с радиусом закругления иглы 10 нм в физиологическом растворе.
Результаты, полученные в результате сканирования на "Интегра-Аура",
обработаны модулем ImageAnalysis (программный пакет Nova).
Методы статистического
анализа.
Обработку
полученных
результатов проводили с помощью статистической программы «Stadia»
(Кулаичев А.П., 2002).
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Искусственные постоянные анормальные магнитные поля являются
негативным фактором для морфогенеза головастиков малоазиатской
лягушки.
6
2. Нарушения морфогенеза головастиков под воздействием
аномальных постоянных магнитных полей выражаются изменением
нормальных размеров тела и органов, замедлением органогенеза и дефектами
структуры тканей.
3. Воздействие на развитие головастиков различающихся по
параметрам искусственных постоянных магнитных полей вызывает
качественные и количественные нарушения структуры тела.
Апробация диссертационного материала. Основные положения и
результаты докладывались на: Всероссийской научной конференции
«Актуальные проблемы экологии и сохранения биоразнообразия России»
(Владикавказ, 2012); Всероссийской научной интернет-конференции с
международным участием «Биоразнообразие наземных и водных животных»
(Казань, 2014); Всероссийской научной конференции «Актуальные проблемы
экологии и сохранения биоразнообразия России» (Владикавказ, 2013);
Всероссийской научной интернет-конференции с международным участием
«Современные проблемы анатомии, гистологии и эмбриологии животных»
(Казань, 2014); Всероссийской научно-практической конференции
«Актуальные проблемы региональной экологии и биодиагностики живых
систем (Киров, 2013); Всероссийской научной конференции «Актуальные
проблемы экологии и сохранения биоразнообразия России и сопредельных
стран
(Владикавказ,
2014);
Всероссийской
научно-практической
конференции «Экология родного края: проблемы и пути их решения»
(Киров, 2014).
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 3
глав, заключения, выводов, списка литературы и приложения. Материал
изложен на 124 страницах, 79 рисунка (включая диаграммы) и 14 таблиц.
Список литературы включает 148 источник, из которых 31 - иностранный.
Публикации. По материалам исследований опубликовано 15 работ,
отражающие основные результаты. В их числе 7 – в журналах,
рекомендованных ВАК, 2 – в материалах международных конференций,
остальные – 6 во Всероссийских конференциях.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
1. Влияние гипомагнитного поля (ГпМП, 0,4 мТл) на морфогенез
малоазиатской лягушки (опыт №1)
Проводились
морфологические
исследования
только
что
вылупившихся головастиков, контрольных и подвергавшихся воздействию
искусственно минимизированного магнитного поля (ГпМП) которое было в
2,25 раза слабее магнитного поля присутствующего в месте эксперимента.
Последнее образуется как векторная сумма естественного магнитного поля
Земли и искусственных магнитных полей.
Данное воздействие осуществлялось в период онтогенеза головастиков
от стадии зиготы до момента выхода головастиков из яйцевых оболочек, т.е.
в течение 6 суток.
7
Анализ данных морфологического исследования показал большую
частоту встречаемости аномалий развития внутренних органов у опытных
головастиков и их органов чувств по сравнению с контрольными особями
(Рис.1,2), которые развивались в обычных условиях. Обращают на себя
внимание частые находки резко увеличенной печени (Рис.3) с рыхлым
расположением гепатоцитов.
У головастиков, которые развивались в условиях гипомагнитного поля
у 6 – 8 % исследованных особей определялись признаки недоразвития
хрусталика с фрагментацией его содержимого, Изредка встречаются находки
дефектов в строении глазного яблока головастиков, выражающиеся
участками разрежения клеточной структуры (Рис. 4) .
Примерно в 7 – 8 % исследованных особей отмечалось недостаточное
развитие почек, которое делает проблематичным самостоятельное
существование таких головастиков в окружающей среде.
Рис.1.Интактный
головастик
непосредственно после вылупления.
Гематоксилин-эозин. Ув. об.10, ок.8.
Рис.2. Нормальное развитие глаза у
контрольного
головастика.
Гематоксилин-эозин. Ув.об.10, ок.10
Рис.3. Резко увеличенная печень
головастика с дефектами строения и
рыхлой структурой после воздействия
ГпМП. Гематоксилин-эозин. Ув. об.10,
ок.8.
Рис.4.
Недоразвитие
структур
глазного яблока и хрусталика после
воздействия ГпМП. Гематоксилинэозин.
Ув.
об.10,
ок.10.
8
Рис.5. 3D АСМ-грамма эпителия дермы
головастика контрольной группы. Площадь
сканирования 600 х 600 нм.
Рис.6.3D АСМ-грамма эпителия дермы
головастика развивавшегося вГпМП.
Площадь сканирования 600 х 600 нм.
На рисунке 5 представлены результаты исследования с помощью
атомно-силовой микроскопии поверхности кожной эпителиальной ткани
личинок малоазиатской лягушки после их выхода из яйцевых оболочек,
которые развивались в естественных условиях. Результаты АСМисследования дермального эпителия головастика опытной группы, но
развивавшегося в условиях гипомагнитного поля представлены на рисунке
6. Визуально, поверхность дермы контрольных головастиков образована
правильно ориентированными одинаковой ширины рядами апикальных
поверхностей эпителиоцитов с достаточно выраженными ложбинами между
ними. Если же головастик развивался в условиях искусственно
уменьшенного магнитного поля, то его рельеф поверхности дермального
эпителия представляется значительно сглаженным по сравнению с
контрольными особями. Ряды апикальных поверхностей эпителиоцитов не
столь правильны и равномерны. Шероховатость поверхности эпителия,
отражает количество малых возвышений на поверхности эпителия,
представляющих собой, вероятно, небольшие выпячивания цитомембран на
апикальном конце эпителиоцитов, у головастиков, подверженных
воздействию ГпМП, превышает аналогичную величину у контрольных
головастиков.
Морфометрические исследования размеров тел контрольных
головастиков и особей, развивавшихся в условиях ГпМП (Опыт 1) и
последующая статистическая обработка данных этих исследований показали,
что в первом опыте и в контрольной группе распределение частот
встречаемости исследованных признаков отличается нормального, кроме
длины хвоста и длины тела. В контроле и опыте все признаки по
коэффициенту вариации изменчивы в слабой степени (Рис. 7; Табл. 1).
У полученных в первом варианте опыта головастиков малоазиатской
лягушки, по сравнению с контролем, наблюдалось достоверное увеличение
длины хвоста и длины тела, по длине туловища и высоте хвоста у корня
статистически достоверных различий нет. Между дисперсиями признаков
9
контрольных экземпляров и первого варианта опыта
обнаружены
статистически достоверные различия только по длине хвоста и длине тела
(Табл. 1).Сравнение медиан распределений по критериям Вилкоксона и Вандер-Вардена показало, что есть достоверные отличия по длине туловища и
высоте хвоста у исследованных головастиков. При исследовании разброса
значений по критерию Ансари – Бредли статистически достоверные отличия
выявлены по длине туловища. Однако по высоте хвоста статистически
значимых различий между исследуемыми параметрами головастиков первого
опыта и контроля нет. По критерию Фишера длина хвоста и длина тела
головастиков опытной группы статистически значимо отличаются от
контрольной группы, и по критерию Стьюдента обнаружены значимые
различия (Табл.1).
Рис.7. Влияние гипомагнитного поля на вариабельность мерных параметров тела
головастиков малоазиатской лягушки.
Таблица 1
Сравнение статистических параметров линейных показателей тела личинок
малоазиатской лягушки в контроле и в опыте №1 под воздействием ГпМП
Сравниваем
Критерии
Критерии
Критерий
Критерий
ые
различия в
различия в
Фишера
Стьюдента
Параметры
сдвиге
масштабе
(положении)
(рассеянии)
выборок
выборок
Длина
W=3023,
Za=1460
туловища
Р<0,001;есть
Р<0,01
различия
Есть
X=15,94, Р<0,01
различия
есть различия
Длина
F=0,381,Р<0,001
t= 18,5,Р<0,001
хвоста
есть различия
есть различия
Длина тела
F=0,403,Р<0,001
t= 15,9,Р<0,001
есть различия
есть различия
Высота
W=1319, P<0,05
Za=1319
хвоста у
есть различия
Р>0,05
корня
X=-36,9, P<0,05
нет
есть различия
различий
10
2. Влияние гипермагнитного поля (ГрМП) малой интенсивности
(8 мТл) на морфогенез малоазиатской лягушки (опыт №2)
Гистологическое исследование личинок (головастиков) малоазиатской
лягушки непосредственно после выхода личинок из яйцевых оболочек, где
они развивались в условиях влияния гипермагнитного поля
малой
интенсивности (8 мТл), продемонстрировало некоторые признаки нарушения
их нормального морфогенеза.
В частности, частыми находками были такие аномалии как
увеличенная бочкообразная печень (Рис.8) с нарушением архитектоники
расположения гепатоцитов или, наоборот, недоразвитая печень плоской
формы, также с дефектами строения. Подобные варианты строения такого
важного органа как печень не могут не сказаться отрицательно на обмене
веществ вылупившегося головастика.
Примерно у 13 – 15 % исследованных во втором опыте головастиков
наблюдалось неправильное развитие головной части тела (Рис.9). Такое
строение головной части и челюстей, в частности, по нашему мнению, делает
проблематичным самостоятельное питание головастика во внешней среде.
Следующими по частоте встречаемости у зародышей малоазиатской
лягушки, осуществлявшими свой эмбриогенез под воздействием
гипермагнитного поля малой интенсивности, являются аномалии строения
глаза (Рис.10). Они могут состоять или в неправильной форме хрусталика,
или в недоразвитии окружающих хрусталик тканей глазного яблока, так что
на каком-то участке своей поверхности хрусталик теряет контакт с этими
тканями. Несомненно, неправильное развитие такого важнейшего органа
чувств, как глаз, будет отрицательно сказываться на жизнеспособности
головастиков.
На рисунке 11
представлены результаты АСМ-исследования
поверхности дермального эпителия только что вышедших из яйцевых
оболочек головастиков, развивавшихся от стадии зиготы до вылупления в
условиях воздействия горизонтально ориентированного искусственно
созданного гипермагнитного поля с напряженностью 8 мТл. Можно
отметить что она, хотя и напоминает аналогичную поверхность контрольного
головастика, все же заметно отличается от неё. Гребни апикальных концов
эпителиоцитов не расположены так же упорядоченно как в контроле, высота
и ширина их разнообразна, часто гребень может разделиться на несколько.
Так же в отличии и от контроля и от предыдущего эксперимента с
гипомагнитным полем можно отметить большую глубину ложбин между
гребнями.
Суммационное измерение колебаний кантилевера свидетельствует о
том, что максимальная высота и размах высот на образце более чем в 3 раза
меньше, чем аналогичные параметры и в контроле, и в случае воздействия
гипомагнитного поля.
11
Рис.8.
Гипертрофированная
бочкообразная печень головастика,
который развивался в условиях
гипермагнитного
поля
малой
интенсивности. Гематоксилин-эозин.
Ув.об.10, ок.10.
Рис.10.
Асферическая
форма
хрусталика
головастика,
который
развивался
в
условиях
гипермагнитного
поля
малой
интенсивности. Гематоксилин-эозин.
Ув.об.20, ок.10.
Рис.9. Аномалии развития передней
части тела и челюстей головастика,
который развивался в условиях
гипермагнитного
поля
малой
интенсивности. Гематоксилин-эозин.
Ув.об.10, ок.8.
Рис.11. 3D АСМ-грамма эпителия дермы
головастика развивавшегося в условиях
слабого ГрМП. Площадь сканирования
1,5 х 1,5 мкм.
Рис.12. Влияние гипермагнитного поля слабой интенсивности на вариабельность
мерных параметров тела головастиков малоазиатской лягушки.
12
Значения шероховатости, т.е. неоднородности по высоте апикальных
концов эпителиоцитов, в данном случае также более чем в 4 раза уступают
по величине аналогичным показателям и в контроле, и при воздействии
гипомагнитного поля.
Во втором опыте, где эмбрионы с зиготы до выхода из яйцевых
оболочек испытывали воздействие ГрМП слабой интенсивности и в
контрольной группе распределение частот всех исследованных признаков
отличается от статистически нормального. И в контроле и опыте все
признаки по коэффициенту вариации изменчивы в слабой степени (Рис. 12).
У полученных во втором варианте опыта головастиков малоазиатской
лягушки, по сравнению с контролем, по длине туловища различий нет, а по
длине хвоста, длине тела и высоте хвоста у корня происходит уменьшение
размеров.
По этим же непараметрическим критериям у исследованных
головастиков малоазиатской лягушки в данном опыте обнаружены отличия
по следующим признакам: длина хвоста, длина тела, высота хвоста у корня.
3. Влияние гипермагнитного поля (ГрМП) средней интенсивности
(11,5 мТл) на морфогенез малоазиатской лягушки (опыт №3)
Воздействие гипермагнитного поля средней интенсивности в опыте
№3, как и в предыдущем опыте №2 с влиянием гипермагнитного поля малой
интенсивности,
вызывает
многочисленные
негативные
изменения
нормального строения тела головастика и его структуры, представленные на
рисунках 13 – 16. Встречаются особи с сочетанными аномалиями развития. У
18% исследованных головастиков отмечаются те или иные дефекты развития
органа зрения. Это могут быть и случаи незаращения глазного яблока с
контактом клеток, образующих хрусталик, с прилежащими тканями (Рис.13)
и находки детрита от погибших клеток в центре самого хрусталика (Рис. 16).
Примерно у 23 – 37 % головастиков, развившихся в условиях
гипермагнитного поля, наблюдается неправильное развитие передней части
тела и, особенно, челюстей (Рис.15).
Обращает не себя внимание в этом опыте, особенно если сравнивать с
опытом №2, большая частота встречаемости аномалий развития печени.
Наряду с гипертрофированностью и бочкообразностью формы, печень у
головастиков, развившихся в условиях действия гипермагнитного поля
средней интенсивности, характеризуется рыхлостью своей структуры
(Рис.14).
В опыте №3 стала проявляться такая аномалия развития головастиков
как недоразвитие кишечника, что в предыдущих экспериментах практически
не отмечалось. Несомненно, это весьма тяжелое нарушение нормального
морфогенеза,
которое
делает
маловероятным
самостоятельное
существование головастика с таким дефектом.
У полученных в третьем варианте опыта головастиков малоазиатской
лягушки, по сравнению с контролем, наблюдалось достоверное увеличение
длины туловища, а по длине хвоста, длине тела и высоте хвоста у корня
13
различий нет. Между дисперсиями признаков контрольных экземпляров и
третьего варианта опыта не обнаружены достоверные различия. В контроле
и опыте все признаки по коэффициенту вариации изменчивы в слабой
степени (Рис.17).
Сравнение медиан распределений по непараметрическим критериям
Вилкоксона и Ван-дер-Вардена показало, что есть достоверные отличия по
длине туловища, а по длине хвоста, длине и высоте хвоста у исследованных
головастиков не обнаружено отличий. Разброс значений по критерию
Ансари - Бредли достоверных отличий между исследуемыми параметрами
головастиков второго опыта и контроля не показал.
Рис.13. Незаращение глазного яблока у
головастика, который развивался в
условиях
гипермагнитного
поля
средней интенсивности. Гематоксилинэозин. Ув.об.20, ок.10.
Рис.14.
Гипертрофированная
бочкообразная печень головастика,
который развивался в условиях
гипермагнитного
поля
средней
интенсивности. Гематоксилин-эозин.
Ув.об.10, ок.8.
Рис.15. Аномалии передней части тела,
челюстей и печени у головастика,
который развивался в условиях
гипермагнитного
поля
средней
интенсивности. Гематоксилин-эозин.
Ув.об.10, ок.10.
Рис.16. Незаращение глазного яблока,
детрит в центре хрусталика у
головастика, который развивался в
условиях
гипермагнитного
поля
средней
интенсивности.
Гематоксилин-эозин. Ув.об.20, ок.20.
14
Рис.17. Влияние гипермагнитного поля средней интенсивности на вариабельность
морфологических параметров (Cv) головастиков малоазиатской лягушки.
4. Влияние гипермагнитного поля (ГрМП) большой интенсивности
(18 мТл) на морфогенез малоазиатской лягушки (опыт №4)
Результаты гистологического исследования головастиков малоазиатской
лягушки, развившиеся под действием гипермагнитного поля большой
интенсивности, от зиготы до выхода из яйцевых оболочек представлены на
рисунках 18 – 21.
Как и в предыдущих опытах, в данном случае выявляются
разнообразные нарушения нормального строения головастиков, но, около
полутора раз чаще по сравнению, например, с опытом №3.
Отмечаются: недоразвитие передней части тела и челюстей, аномальное
строение глаза с недоразвитием закладки хрусталика (Рис.18).
Как и в предыдущих опытах с искусственно измененным магнитным
полем, но значительно чаще, встречаются находки резко увеличенной печени
с рыхлой структурой (Рис.19). Из интересных найденных аномалий развития
головастиков в данном опыте, которые практически не встречались в других
рассмотренных случаях воздействия искусственно измененного магнитного
поля на зародыши малоазиатской лягушки, можно отметить недостаточное
развитие их почек (Рис.20), гипоплазивные канальцы которых наполнены
клеточными элементами. На наш взгляд, подобное строение данного
выделительного органа не позволит ему в дальнейшем выполнять свою
важнейшую функцию освобождения головастика от балластных и
токсических веществ, при самостоятельном существовании.
На рисунке 21 представлены результаты АСМ-исследования
поверхности эпителия дермы головастиков малоазиатской лягушки, которые
развивались от стадии зиготы до момента выхода из яйцевых оболочек в
условиях воздействия сильного гипермагнитного поля с напряженностью 18
мТл вертикального вектора направленности.
Уже визуально на 3D АСМ-грамме поверхности эпителия головастика
из опыта №4 можно отметить, что она практически потеряла правильную
ребристую структуру, которая присутствует в той или иной степени в опытах
15
№ 2 и 3, а также в контроле. Нерегулярные возвышения на поверхности
дермы также значительно уступают по высоте таковым при воздействии на
морфогенез головастиков магнитных полей меньшей интенсивности и в
случае нормального развития зародышей.
Однако, примечателен факт увеличения значения шероховатости в
случае воздействия на морфогенез головастиков гипомагнитного поля и
резкого его прогрессирующего снижения, когда начинают действовать поля,
превышающие нормальное значение.
В четвертом опыте, где зародыши со стадии зиготы до выхода из
яйцевых оболочек испытывали действие магнитного поля
высокой
интенсивности (18 мТл), распределение частот всех исследованных признаков
отличается от статистически нормального, кроме длины тела. По сравнению с
параметрами контрольных головастиков, наблюдалось достоверное
увеличение длины хвоста и длины тела, а по высоте хвоста у корня и длине
туловища статистически достоверных различий нет. Между дисперсиями
признаков
контрольных экземпляров и пятого варианта опыта не
обнаружены достоверные различия . Сравнение медиан распределений по
критериям Вилкоксона и Ван-дер-Вардена показало, что нет достоверных
отличий
по
высоте
хвоста,
по
длине
туловища
и
длине
хвоста. Разброс значений по непараметрическому критерию Ансари - Бредли
не показал достоверных отличий между исследуемыми параметрами
головастиков пятого опыта и контроля по длине хвоста и высоте хвоста у
корня, однако есть отличия по длине туловища. По коэффициенту вариации в
контроле и опыте все признаки изменчивы в слабой степени (Рис.22). По
параметрическому критерию Фишера длина тела головастиков опытной
группы не отличается от длины тела контрольной группы, а по критерию
Стьюдента существуют достоверные отличия.
Рис.18. Аномалии передней части тела,
челюстей и глаза у головастика, который
развивался в условиях гипермагнитного
поля
высокой
интенсивности.
Гематоксилин-эозин. Ув.об.20, ок.10.
Рис.19. Гипертрофия печени и
гипотрофия глаза у головастика,
который развивался в условиях
гипермагнитного
поля
высокой
интенсивности. Гематоксилин-эозин.
Ув.об.10, ок.8.
16
Рис.20. Недоразвитие канальцев почек у
головастика, который развивался в
условиях гипермагнитного поля высокой
интенсивности.
Гематоксилин-эозин.
Ув.об.20, ок.10.
Рис.21. Рисунок 3.26. 3D АСМграмма эпителия дермы головастика
развивавшегося в условиях сильного
(18
мТл)
ГрМП.
Площадь
сканирования 1,5 х 1,5 мкм.
Рис. 22. Влияние гипермагнитного поля большой интенсивности на вариабельность
морфологических параметров (Cv) головастиков малоазиатской лягушки.
5. Влияние вертикального гипермагнитного поля (ГрМП) средней
интенсивности (11,5 мТл) на морфогенез малоазиатской лягушки
(опыт №5)
Результаты гистологического изучения головастиков малоазиатской
лягушки, которые развивались от стадии зиготы до выхода из яйцевых
оболочек, т.е. весь зародышевый период, под действием гипермагнитного
поля средней напряженности с вертикальным вектором направленности.
В опыте №5 на гистологическом уровне встречаются такие же
аномалии развития головастиков, как и в предыдущих опытах. Частота этих
аномалий примерно соответствует таковой в опыте №3, а именно, при такой
же напряженности гипермагнитного поля в 11,5 мТл, но горизонтально
направленного.
17
У головастиков из опыта №5 отмечаются: недоразвитие головной части
туловища и челюстей
и сочетающиеся с ним аномалии развития
фрагментирование тканей глазного яблока, зачастую с отсутствием
хрусталика, причем последнее встречается в 1,5 раза чаще по сравнению с
опытом №3 (Рис.23).
Присутствует выраженная вариабельность форм и размеров печени – от
узкой протяженной до бочкообразной. Часто это сочетается с гипоплазией
кишечника (Рис.24 – 25).
Вообще бросается в глаза большая вариабельность выраженности всех
отмеченных аномалий развития головастиков из опыта №5 по сравнению с
предыдущими опытами по воздействию магнитного поля.
Результаты АСМ-исследования состояния поверхности эпителия дермы
головастиков малоазиатской лягушки, которые развивались со стадии зиготы
до момента выхода из яйцевых оболочек в условиях воздействия
гипермагнитного поля средней интенсивности (11,5 мТл) и с вертикальным
вектором направленности представлены на рисунке 26.
В данном случае (Опыт №5) характер поверхности эпителия
качественно отличается от всех предыдущих опытов. Вместо остроконечных
часто расположенных гребней, не всегда регулярно организованных,
визуализируются широкие параллельно расположенные покатые "валы" с
такими же широкими ложбинами между ними. Своей регулярностью и
параллельностью "валы" на поверхности дермы головастиков из опыта №5
напоминают параллельные гребни у контрольных особей, но "валы" гораздо
выше и шире.
Высота этих валов весьма значительна и даже несколько превышает
таковую в контроле, не говоря уже о возвышениях на поверхности дермы
головастиков, развившихся под воздействием гипомагнитного и всех
использованных гипермагнитных полей с горизонтальной направленностью.
Поверхность этих "валов" в опыте №5 имеет множественные
микровозвышения, т.е. она очень шероховата. Значения шероховатости
превосходят таковые и в контроле и во всех предыдущих опытах. Можно
предположить, что подобный феномен вызван большим разнообразием высот
эпителиоцитов на поверхности дермы этих головастиков.
В пятом опыте, в котором зародыши развивались с зиготы до выхода из
яйцевых оболочек в вертикальном ГрМП средней интенсивности (11,5 мТл),
и в контрольной группе распределение частот всех исследованных признаков
отличается от статистически нормального. У этих головастиков, по
сравнению с контролем, по длине туловища наблюдается увеличение
размеров, а по длине хвоста, длине тела и высоте хвоста у корня происходит
их уменьшение. В контроле и опыте все признаки по коэффициенту
вариации изменчивы в слабой степени. Между дисперсиями признаков
контрольных экземпляров и пятого варианта опыта не
обнаружены
достоверные различия (Рис.27;Табл.2).
18
Сравнение медиан распределений по непараметрическим критериям
Вилкоксона и Ван-дер-Вардена показало, что есть достоверные отличия по
длине туловища, длине хвоста и длине тела, по этим же статистическим
критериям по высоте хвоста различий нет.
По
непараметрическому
критерию Ансари - Бредли разброс значений достоверных отличий не
показал между исследуемыми параметрами головастиков пятого опыта и
контроля (Табл.2).
Рис.23. Аномалии передней части тела,
челюстей и глаза у головастика,
который
развивался
в
условиях
вертикального гипермагнитного поля
средней интенсивности. Гематоксилинэозин. Ув.об.10, ок.8.
Рис.24. Гипертрофичная бочкообразная
печень с рыхлой структурой и
недоразвитие кишечника головастика,
который развивался в условиях
вертикального гипермагнитного поля
средней интенсивности. Гематоксилинэозин. Ув.об.10, ок.10.
Рис.25. Узкая гипотрофичная печень с
рыхлой структурой у головастика,
который
развивался
в
условиях
вертикального гипермагнитного поля
средней интенсивности. Гематоксилинэозин. Ув.об.10, ок.8.
Рис.26. 3D АСМ-грамма эпителия дермы
головастика развивавшегося в
условиях вертикального ГрМП средней
интенсивности (11,5 мТл). Площадь
сканирования 600х600 нм.
19
Таблица 2
Сравнение статистических параметров линейных показателей тела личинок
малоазиатской лягушки в контроле и в опыте № 5 под воздействием вертикального
ГрМП средней интенсивности
Сравниваемые Критерии различия в Критерии
Критерий
Критерий
Параметры
сдвиге выборок
различия
в Фишера
Стьюдента
масштабе
выборок
Длина
W=2075, Р<0,01;есть
Za=1322,Р>0,05
туловища
различия;X=-14,36,
нет различий
Р<0,01;есть различия
Длина хвоста
W=3114,Р<0,001;есть Za=1323,Р>0,05
различия;X=20,17,Р<0 нет различий
,001;есть различия
Длина тела
W=2865, Р<0,05;есть
Za=1321,Р>0,05
различия;X=11,39,
нет различий
Р<0,05;есть различия
Высота хвоста W=2710 Р>0,05,нет
Za=1412,Р>0,05
у корня
различий;X=4,424,
нет различий
Р>0,05,нет различий
Рис.27. Влияние вертикального гипермагнитного поля средней интенсивности на
вариабельность морфологических параметров (Cv) головастиков малоазиатской лягушки
ВЫВОДЫ
1.
Разработанная и реализованная модель влияния на развитие
головастиков малоазиатской лягушки постоянных магнитных полей
различного направления и напряженности на организменном, тканевом и
клеточном уровнях показала свою высокую эффективность.
2.
Морфогенез тканей головастиков в условиях искусственно
сниженной напряженности постоянного магнитного поля (0,4 мТл)
характеризуется наличием у 6 – 8% таких особей разнообразных аномалий
развития, в основном, в печени, органе зрения, почках, сомитах. По
сравнению с контролем ультраструктурный рельеф поверхности эпителия
20
дермы у них сглажен. Наблюдается статистически достоверное увеличение
длины хвоста и тела по сравнению с контрольными особями.
3.
Морфогенез тканей головастиков в условиях экспериментально
созданного постоянного гипермагнитного поля малой напряженности (8 мТл)
с горизонтальным вектором направленности отличается наличием у 13 – 15%
исследованных головастиков, кроме встречавшихся в предыдущем опыте
аномалий, еще и неправильного развития головной части и челюстей.
Ультраструктурный рельеф поверхности эпителия дермы отличается от
контрольного меньшей глубиной и упорядоченностью. Выявлено
статистически достоверное уменьшение длины хвоста, тела и высоты хвоста
у его корня.
4.
Морфогенез
головастиков
под
действием
постоянного
горизонтального гипермагнитного поля средней интенсивности (11,5 мТл)
характеризуется наличием 25 % особей с сочетанными пороками развития. У
18% исследованных головастиков отмечаются те или иные дефекты развития
глаза. У 23 – 37 % головастиков выявляется неправильное развитие передней
части тела и, особенно, челюстей, а также печени. В данном опыте стала
проявляться аномалия развития кишечника, сомитов и незначительное
увеличение длины туловища.
5.
Развитие
головастиков
под
влиянием
постоянного
гипермагнитного поля высокой интенсивности (18 мТл) и горизонтальной
направленности отличается наличием разнообразных нарушений их
нормального строения, встречающихся около полутора раз чаще по
сравнению, например, с опытом №3. Новыми являются аномалии развития
почек и кишечника, не встречавшиеся ранее. Микрорельеф эпителия дермы в
данном случае нерегулярен, сглажен, имеется уменьшение шероховатости, и
по мере возрастания напряженности постоянного горизонтального
гипермагнитного поля значения высот на поверхности эпителия
прогрессивно уменьшаются. Отмечается статистически достоверное
увеличение длины хвоста и тела головастиков.
6.
Морфогенез головастиков в условиях воздействия постоянного
гипермагнитного поля средней напряженности (11,5 мТл), вертикальной
направленности характеризуется качественно аналогичными аномалиями
развития, как и в предыдущих опытах, но имеющими бóльшую
вариабельность степени выраженности. Частота этих аномалий аналогична
таковой при действии гипермагнитного поля такой же напряженности, но
направленного горизонтально, за исключением отсутствия хрусталика,
встречающегося в 1,5 раза чаще. Ультраструктурный рельеф поверхности
эпителия дермы в опыте с вертикальным полем качественно отличается и от
контроля, и от других опытов и представляет собой широкие высокие
параллельно расположенные покатые "валы" с высокой шероховатостью и с
такими же широкими ложбинами между ними. Существуют статистически
достоверные различия между контролем и данным опытом по длине
туловища, длине хвоста и длине тела, по остальным мерным
макропараметрам статистических различий не наблюдается.
21
ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ
1. Модель влияния магнитного поля на морфогенез амфибий может
использоваться для эффективной диагностики адаптации клеточных и
тканевых структур к действию различных техногенных факторов.
2. Развитие личинок малоазиатской лягушки проходит в водной среде и
полученные данные в определенной степени можно экстраполировать на
морфогенез других водных животных.
3. При помощи изменения магнитных условий внешней среды можно
влиять на степень биоразнообразия.
СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
Статьи в изданиях, рекомендованных ВАК:
1. Гацалова, И.Т. Влияние водной вытяжки из глины на внутривидовое
биоразнообразие личинок озерной лягушки / А.И. Цховребова, А.Л. Калабеков,
И.Т. Гацалова, З.А. Гагиева // Журнал «В мире научных открытий». -№1.1.(37). –
Красноярск, 2013.- С.296-304.
2. Гацалова, И.Т. Изменчивость спинных левых и правых микро- и макромеров
зародышей обыкновенного тритона
Triturus vulgaris
в естественных и
искусственных магнитных условиях /А.Л. Калабеков, В.В. Гассиева, И.Т.
Гацалова// Известия ФГБО УВПО ГГАУ. - Т.50.- Ч.3. Владикавказ, 2014 .-С.306309.
3. Гацалова, И.Т. Совместное влияние глины и магнитного поля на эмбриогенез и
морфологическую
изменчивость
головастиков
малоазиатской
лягушки
(Ranamacrocnemis/boul) /А.Л. Калабеков, И.Т. Гацалова, А.И. Цховребова //
Известия ФГБО УВПО ГГАУ. - Т.52.- Ч.4. Владикавказ, 2015.-С.369-373.
4.
Гацалова, И.Т. Влияние магнитных полей разной интенсивности на
морфологическую изменчивость головастиков малоазиатской лягушки (rana
macrocnemis) после воздействия на период развития с нейрулы до выхода из
оболочек/ И.Т. Гацалова // Юг России: экология, развитие. Том 11, №1. Махачкала,
2016.-С.199-203.
5. Гацалова, И.Т. Морфологическая изменчивость малоазиатской лягушки (Rana
macrocnemis) под воздействием постоянного гипермагнитного поля на разные
стадии эмбрионального развития/ И.Т. Гацалова // Юг России: экология, развитие.
Том 11, №3. Махачкала, 2016.-С.248-254.
6. Гацалова, И.Т. морфогенез малоазиатской лягушки (rana macrocnemis/
Boulenger) в условиях гипермагнитного поля средней интенсивности / И.Т.
Гацалова, А.Л. Калабеков, Т.В. Закс // Известия ФГБО УВПО ГГАУ. - Т.54.- Ч.4.
Владикавказ, 2017.-С.138-142.
7. Гацалова, И.Т. Морфогенез тканей малоазиатской лягушки (rana macrocnemis/
Boulenger) в условиях измененного магнитного поля/ И.Т. Гацалова, А.Л.
Калабеков, А.Г. Рамонова// Естественные науки - №4 (61). Астрахань 2017.С.115127.
Статьи и тезисы в других изданиях:
1.Гацалова, И.Т. Влияние водной вытяжки из бентонитовой глины на сибсовое и
внутривидовое биоразнообразие личинок малоазиатской лягушки / А.Л. Калабеков,
А.И. Цховребова, И.Т. Гацалова // Материалы VI Всероссийской научной
22
конференции «Актуальные проблемы экологии и сохранения биоразнообразия
России». Владикавказ, 2012.- С.118-121.
2. Гацалова, И.Т. Преимущественная ориентация по направлениям стран света
первой борозды дробления икринок жабы зеленой (Bufo viridis) / А.И. Цховребова,
А.Л. Калабеков, И.Т.
Гацалова // Материалы VII Всероссийской научной
конференции «Актуальные проблемы экологии и сохранения биоразнообразия
России». Владикавказ, 2013.- С.161-164.
3.Гацалова, И.Т. Скорость прохождения ранних стадий эмбриогенеза озёрной
лягушки (Rana ridibunda Pall) в разных экологических условиях /И.Т. Гацалова,
А.И. Цховребова //Материалы XI Всероссийской научно-практической
конференции «Актуальные проблемы региональной экологии и биодиагностика
живых систем». - Киров, 2013.- С.56-58.
4. Гацалова, И.Т. Соотношение изменчивости второго деления дробления и
вариабельности
морфологии
головастиков
жабы
зеленой
(BUFOVIRIDISLAURENTI 1768) / А.И. Цховребова, И.Т. Гацалова // Материалы II
Всероссийской научной Интернет-конференции с международным участием
«Биоразнообразие наземных и водных животных». – Казань, 2014. - С.34-38.
5. Гацалова, И.Т. Изменчивость ориентации второй борозды дробления в разных
магнитных полях в эмбриогенезе малоазиатской лягушки / И.Т. Гацалова, А.И.
Цховребова // Материалы V Всероссийской научной Интернет-конференции с
международным участием «Современные проблемы анатомии, гистологии и
эмбриологии животных». - Казань, 2014.-С.64-66.
6.Гацалова, И.Т. Морфологическая изменчивость сибсов амфибий жабы зелёной
(Bufo viridis) и озёрной лягушки (Rana ridibunda) под влиянием водной вытяжки из
бентонитовой глины/ И. Т. Гацалова, А. Л. Калабеков, А. И.
Цховребова//Материалы Всероссийской научно-практической конференции с
международным участием. Киров 2014.-С.146-148.
7. Гацалова, И.Т.
Сопоставление геомагнитной обстановки с динамикой
ориентации первой борозды дробления малоазиатской лягушки (Rana
macrocnemis)Boul/ И.Т. Гацалова, А.Л. Калабеков, А.И. Цховребова//Актуальные
проблемы экологии и сохранения биоразнообразия России и сопредельных стран.
Владикавказ, 2014.-С.70-73.
8. Гацалова, И.Т. Малоазиатская лягушка (Rana macrocnemis/ Boul) в условиях
урбанизированной и природной среды в республике Северная - Осетия Алания/
И.Т. Гацалова//Материалы I Международной научной конференции. Владикавказ,
2013.-С.136-137.
АСМ-исследование
Кантилевер
мТл
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ
– исследование с помощью атомно-силового
микроскопа
- датчик атомно-силового микроскопа для
исследования объекта
– миллитесла (единица измерения величины
индукции магнитного поля)
23
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
10
Размер файла
1 043 Кб
Теги
условия, магнитное, качественное, морфогенез, малоазиатской, тканей, измененного, поля, лягушка, количественных
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа