РЫСКУЛОВ МАРАТ ФИРДАТОВИЧ ЭКОЛОГО-МОРФОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ОРГАНОВ РАЗМНОЖЕНИЯ МЕЛКИХ МЛЕКОПИТАЮЩИХ
advertisement
На правах рукописи РЫСКУЛОВ МАРАТ ФИРДАТОВИЧ ЭКОЛОГО-МОРФОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ОРГАНОВ РАЗМНОЖЕНИЯ МЕЛКИХ МЛЕКОПИТАЮЩИХ УРБАНИЗИРОВАННЫХ ТЕРРИТОРИЙ СТЕПНОЙ ЗОНЫ ЮЖНОГО УРАЛА 03.03.04 – Клеточная биология, цитология, гистология АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук Оренбург 2015 Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Оренбургский государственный педагогический университет» и государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Оренбургский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор Шевлюк Николай Николаевич Официальные оппоненты: доктор медицинских наук, профессор, заведующий кафедрой гистологии эмбриологии и цитологии ГБОУ ВПО «Южно-Уральский государственный медицинский университет» Минздрава РФ доктор биологических наук, профессор, заведующая кафедрой биологии, географии и методик обучения ФГБОУ ВПО "Мордовский государственный педагогический институт имени М.Е. Евсевьева" Минобрнауки РФ Брюхин Геннадий Васильевич Шубина Ольга Сергеевна Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Ульяновский государственный университет» Министерства образования и науки РФ. Защита диссертации состоится «02» марта 2016 г. в 1_.00 часов на заседании диссертационного совета Д 208.066.04 при государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Оренбургский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации (460000, г. Оренбург, ул. Советская, 6). С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке (460000, г. Оренбург, проспект Парковый, 7) и на сайте (http://www.orgma.ru) государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Оренбургский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации. Автореферат разослан «__» ______ 201_ г. Ученый секретарь диссертационного совета, доктор биологических наук, профессор Шевлюк Николай Николаевич 2 ВВЕДЕНИЕ Актуальность. В настоящее время в городах проживает уже более половины жителей планеты, при том, что все города занимают не более 1% площади суши. Рост численности городского населения, увеличение количества крупных городов являются неотъемлемыми чертами развития нашей цивилизации (Владимиров В.В., 1999; Быкова Е.А., Гашев С.Н., 2012). Процесс увеличения численности городских поселений, приводящий к росту и развитию городов, получил название урбанизации. Урбанизация – объективный процесс, обусловленный потребностями общества, производства, характером общественного строя (Брудный A.A. и соавт., 1981; Киселев В.Н., 2002). Городская среда представляет собой совокупность антропогенных объектов, компонентов природной среды, природно-антропогенных и природных объектов. В последние десятилетия обострились экологические проблемы городской среды. К ним относятся: химическое, физическое и биологическое загрязнение атмосферного воздуха, поверхностных и подземных вод, почв и растительного покрова. Причиной возникновения экологических проблем городской среды являются: территориальный рост городов, увеличение числа агломераций, появление огромных урбанизированных районов. Серьезной причиной для крупнейших городов мира является высокая плотность населения. Источниками загрязнения городской среды являются промышленные предприятия, теплоэнергетический комплекс, автомобильный транспорт. Основной загрязнитель городской среды – автомобильный транспорт (Хомич В.А., 2002; Большаков В.Н. и соавт., 2006; Ручин А.Б. и соавт., 2009). В последнее время экология городской среды интенсивно изучается исследователями разных специальностей: зоологами, экологами, эпидемиологами и другими (Nuorteva P., 1971; Elvers H., Elvers K.L., 1984; Dickman C.R., 1986; Карасева Е.В. и соавт., 1990; Obara Hideo, 1990; Baranauskas K. et al., 2005; Толкачев О.В., 2007; Gryz J. et al., 2008; Стариков В.П. и соавт., 2010; Андреевских А.В., 2012; Буракова А.В., 2012). Изучение особенностей биологии размножения позвоночных в антропогенно измененных экосистемах представляет несомненный интерес с позиций выяснения их адаптационных возможностей в условиях изменяющейся под воздействием антропогенной деятельности среды обитания (Lunstra D.D. et al., 1986; Weniger J.P., 1986; Sinha Нikim A.R. et al., 1988; Chevius P.E., 1989; Drummond A.E. et al.,1989; Werner G. et al., 1991; Faddy M., Gosden R., 1995; 3 Тихонова Г.Н. и соавт., 1997; Шевлюк Н.Н., 1998, 2002; Щипанов Н.А., 2000; McGee E.А., Hsueh A.J., 2000; Шевлюк Н.Н. и соавт., 2008). Исследования воздействия различных факторов на репродуктивную функцию мелких млекопитающих достаточно широко представлены в современной литературе, поскольку интенсивность размножения обуславливает популяционную приспособленность к условиям обитания (Christian J.J., 1955; Ковальский В.В., 1971; Bujalska G., 1973; Gondos B. et al., 1974; Шварева Н.В., 1980, 1982; Saitoh T., 1981; Bondrup-Nielsen S., Ims R.A., 1986; Ершов Ю.А., Плетнев Т.В., 1989; Гилязов А.С., Катаев Г.Д., 1990; Дмитриева Н.Г. и соавт., 1990; Безель В.С., Мухачева С.В., 1995; Saino N. et al., 2000; Хворенков А.В., 2003; Колчева Н.Е., 2004; Окулова Н.М. и соавт., 2005; Булатова Е.В., 2008; Григоркина Е.Б. и соавт., 2008; Гайдученко Е.С., 2010). Однако, несмотря на большое количество работ, посвященных биологии размножения мелких млекопитающих в антропогенно измененных экосистемах, непосредственно данных по биологии репродукции этой группы животных на городских территориях недостаточно и они нуждаются в дальнейшем углублении и дополнении. Перечисленное определяет актуальность нашего исследования по выявлению эколого-морфологических особенностей органов размножения мелких млекопитающих на урбанизированных территориях степной зоны Южного Урала. Цель и задачи исследования. Цель работы состояла в установлении эколого-морфологических особенностей органов размножения мелких млекопитающих на урбанизированных территориях степной зоны Южного Урала на примере города Оренбурга. Для достижения цели были выдвинуты следующие задачи: - дать характеристику сообществ мелких млекопитающих, населяющих урбанизированные территории в сравнении с экологически благополучными регионами; - исследовать морфофункциональное состояние семенников мелких млекопитающих, обитающих на урбанизированных территориях и экологически благополучных регионах степной зоны Южного Урала; - исследовать морфофункциональное состояние яичников мелких млекопитающих, обитающих на урбанизированных территориях и экологически благополучных регионах степной зоны Южного Урала; - выявить адаптивные и реактивные морфофункциональные изменения эндокринных и герминативных структур половых желез мелких млекопитающих, обитающих на городских территориях. Научная новизна. На основе анализа биологии репродукции мелких 4 млекопитающих, обитающих на урбанизированных территориях степной зоны Южного Урала на примере г. Оренбурга выявлены адаптивные и реактивные особенности органов размножения мелких млекопитающих в зоне воздействия условий урбанизированной среды. Определены адаптивные реакции популяций мелких млекопитающих к условиям урбанизированной среды, ориентированные на выживание видов и поддержание численности на оптимальном уровне. Выявлены структурные эквиваленты адаптивных, реактивных и репаративных изменений в гонадах. Представлен спектр структурнофункциональных адаптаций органов размножения мелких млекопитающих к условиям урбанизированной среды. Обнаружено, что генеративный компартмент семенников является более уязвимым к действию негативных факторов урбанизированной среды по сравнению с эндокринным. В семенниках самцов, населяющих урбанизированные территории наблюдается возрастание доли извитых семенных канальцев с деструкцией сперматогенного эпителия, происходит уменьшение диаметра извитых семенных канальцев, увеличение площади интерстициальной соединительной ткани, изменение количества и доли функционально активных клеток Лейдига. Проведен сравнительный анализ устойчивости репродуктивной системы разных видов к действию неблагоприятных факторов среды обитания. Установлена более высокая чувствительность женских половых желез к действию негативных факторов городской среды. В яичниках самок из урбанизированных территорий отмечается увеличение атретических тел в корковом веществе, появление кистоподобных образований на месте погибших фолликулов, возрастание доли соединительной ткани, более быстрое истощение резерва фолликулов в корковом веществе. Теоретическая и практическая значимость. Диссертационное исследование относится к фундаментальным. Полученные результаты расширяют и дополняют представления о негативном воздействии факторов урбанизированной среды на морфофункциональную характеристику гонад мелких млекопитающих. Полученные в ходе исследования результаты по морфофункциональным особенностям органов репродуктивной системы самцов и самок мелких млекопитающих, населяющих урбанизированные и экологически благополучные территории могут быть использованы в качестве критериев при оценке уровня воздействия условий урбанизированной среды на органы размножения. 5 Реализация результатов исследования. Материалы настоящей диссертационной работы применяются в образовательном процессе Оренбургского государственного педагогического университета, Оренбургского государственного медицинского университета при проведении лекционных и лабораторно-практических занятий по следующим дисциплинам: «Общая экология», «Физиология человека и животных», «Гистология, цитология и эмбриология», «Зоология позвоночных». Положения, выносимые на защиту: 1. В условиях неблагоприятного воздействия факторов урбанизированной среды в популяциях мелких млекопитающих отмечается интенсификация репродуктивной активности, проявляющаяся в повышении доли особей, участвующих в размножении, а также в включении в репродукцию животных более раннего возраста. 2. В органах мужской половой системы исследованных животных наблюдаются возрастание доли извитых семенных канальцев с деструкцией сперматогенного эпителия, уменьшение диаметра извитых семенных канальцев, увеличение площади интерстициальной соединительной ткани, изменение количества и доли функционально активных клеток Лейдига. Полученные факты свидетельствуют о большей устойчивости эндокринных структур семенников к негативным факторам урбанизированной среды. 3. В органах женской половой системы исследованных животных городских территорий обнаруживается увеличение атретических тел в корковом веществе, появление кистоподобных образований на месте погибших фолликулов, возрастание доли соединительной ткани, более быстрое истощение резерва фолликулов в корковом веществе. 4. Преобразования, происходящие в семенниках и яичниках исследованных животных из популяций, подверженных влиянию условий урбанизированной среды указывают на напряженный ритм функционирования органов репродуктивной системы. Апробация работы. Материалы диссертации доложены и обсуждены на VIII Международной (XVII Всероссийской) Пироговской научной медицинской конференции студентов и молодых ученых (Москва, 2013), Всероссийской научной конференции «Актуальные проблемы морфологии, адаптогенеза и репаративных гистогенезов» (Оренбург, 2013), Научно-практической конференции с международным участием «Актуальные вопросы экспериментальной и клинической морфологии», посвященной 75-летию академика АМН РК, д.м.н., профессора Т.Ж. Умбетова (Актобе, 2013), Всероссийской научно-практической конференции студентов и молодых 6 ученых с международным участием в рамках «Дней молодежной медицинской науки» (Оренбург, 2015). Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 работ, из них 4 в изданиях, рекомендованных ВАК Минобразования РФ для публикации материалов докторских и кандидатских диссертаций. Структура диссертации. Диссертационная работа изложена на 171 страницах машинописного текста и включает введение, обзор литературы, главу по материалам и методам исследования, главы, содержащие результаты собственных исследований и их обсуждение, выводы и список использованной литературы, состоящий из 323 источников, из которых 68 являются иностранными. Диссертация иллюстрирована 6 таблицами, 45 рисунками. МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ Основу работы составляют материалы, полученные во время полевых исследований, проводившихся в весенне-летне-осенний период (май, июнь, сентябрь) 2011-2014 гг. на территории г. Оренбурга и контрольных (фоновых) участках, расположенных в Саракташском районе. Объектом исследования служили мелкие млекопитающие из популяций, населяющих урбанизированные экосистемы г. Оренбурга, а также экологически благополучные регионы. Выбор данного объекта объясняется широкой распространенностью, массовостью, доступностью, экологической лабильностью и высоким значением как компонента наземных экосистем. Для проведения исследования в черте города было выделено 7 наиболее часто встречающихся типов биотопов с разной антропогенной нагрузкой: 1) частный жилой сектор; 2) складские помещения хлебоперерабатывающей промышленности; 3) лесные полосы; 4) парки; 5) скверы; 6) полосы отчуждения железных дорог; 7) дачные массивы. Параллельно были исследованы локалитеты в экологически благополучных регионах, расположенных в окрестностях с. Желтое Саракташского района. В ходе полевых исследований нами было отловлено 7 видов мелких млекопитающих, относящихся к двум отрядам: грызуны и насекомоядные – домовая мышь (Mus musculus Linnaeus, 1758); малая лесная мышь (Apodemus uralensis Pallas, 1811); полевая мышь (Apodemus agrarius Pallas, 1834); степная пеструшка (Lagurus lagurus Pallas, 1773); обыкновенная полевка (Microtus arvalis Pallas, 1779); рыжая полевка (Clethrionomys glareolus Schreber, 1780); обыкновенная бурозубка (Sorex araneus Linnaeus, 1758). Общими для изученных территорий являются 6 видов, рыжая полевка 7 была отловлена исключительно в экологически благополучных регионах. Пойманных мелких млекопитающих идентифицировали до вида согласно стандартным идентификационным ключам (Аргиропуло А.И., 1940; Сержанин И.Н., 1955; Бобринский Н.А. и соавт., 1965; Флинт В.Е., 1970; Кузнецов Б.А., 1975; Громов И.М., Ербаева М.А., 1995). Относительный учет мелких млекопитающих осуществляли стандартным методом ловушко-линий (ловушек Геро), которые расставлялись по 50-100 штук во второй половине дня на расстоянии 5 м друг от друга. Обход линий и смену приманки производили каждый день в первой половине дня (Коренберг Э.Н., Кучерук В.В., 1964; Гашев С.Н., 1995; Карасева Е.В., Телицына А.Ю., 1996). В качестве приманки использовали кусочки хлеба, смоченные в подсолнечном нерафинированном масле. В ходе полевых исследований было отработано 9450 ловушко-суток, из них 7250 ловушко-суток в пределах городской территории и 2200 ловушкосуток на контрольных участках. Всего отловлено 589 особей мелких млекопитающих (437 – на урбанизированных экосистемах и 152 – на фоновых территориях). Все животные исследовались по классической зоологической методике (Новиков Г.А., 1953; Кошкина Т.В., 1955; Тупикова Н.В., 1964). О генеративном состоянии самцов судили по размерам семенников и состоянию сперматогенеза в извитых семенных канальцах, а также по присутствию зрелых сперматозоидов в канальцах придатка семенника. Участие в размножении самок оценивали по наличию зрелых фолликулов и желтых тел беременности в яичниках, присутствию эмбрионов и послеродовых темных пятен в матках, а также по состоянию молочных желез (Кучерук В.В., 1963; Тупикова Н.В., 1964; Артемьев Ю.Т., Окулова С.М., 1981). Статистическая обработка материала осуществлена с применением методов биологической статистики (Плохинский И.А., 1970; Рокицкий П.Ф., 1973; Лакин Г.Ф., 1980; Уиттекер Р., 1980; Петухов В.Л. и соавт., 1985; Ивантер Э.В., Коросов Н.С., 1992). Для определения состояния сообществ мелких млекопитающих на урбанизированных и фоновых территориях использовались следующие показатели: видовой состав, суммарное обилие на 100 ловушко-суток, долевое участие видов, видовое разнообразие и доля редких видов (Животовский Л.А., 1980; Песенко Ю.А.,1982; Одум Ю., 1986; Мэгарран Э., 1992; Лебедева Н.В. и соавт., 1999). 8 Полученный материал (семенники, яичники) исследовали с использованием обзорных гистологических, гистохимических (ШИК-реакция) и морфометрических методов. Для светооптических исследований материал фиксировали в 12% водном растворе нейтрального формалина, спирт-формоле, жидкости Буэна. Зафиксированные образцы подвергали обезвоживанию путем помещения исследуемого материала в спирты возрастающей концентрации и заливали в парафин по общепринятой методике. В качестве промежуточной среды использовали абсолютный хлороформ. Парафиновые срезы толщиной 5-7 мкм окрашивали гематоксилином Майера и эозином, перйодатом калия и реактивом Шиффа по Мак Манусу с докраской ядер гематоксилином Герриса (Пирс Э., 1962; Семченко В.В. и соавт., 2006). В целях дифференциального анализа гликогена и нейтральных полисахаридов срезы обрабатывали амилазой слюны при +37°С в течение 30 минут. Для подтверждения нейтральной природы ШИК-позитивных веществ проводили обработку срезов фенилгидразином (Семченко В.В. и соавт., 2006). На срезах семенников определяли площадь среза, занимаемую извитыми семенными канальцами и интерстициальной соединительной тканью. На гистологических препаратах проводили подсчет интерстициальных эндокриноцитов на единице площади (на площади квадрата со стороной 35 мкм); на той же условной единице площади срезов подсчитывали количество клеток Лейдига, проявляющих морфологические эквиваленты высокой функциональной активности (функционально высоко активными считали эндокриноциты средних и крупных размеров с развитой цитоплазмой, имеющие светлые крупные ядра с выраженным эухроматином в ядре). Измеряли линейные и объемные показатели ядер интерстициальных эндокриноцитов. В зависимости от формы клеток и их ядер объемы клеток Лейдига вычисляли по формуле эллипса или шара (Хесин А.Е., 1967; Ухов Ю.И., Астраханцев А.Ф., 1983). Также осуществляли измерение диаметров извитых семенных канальцев (на строго поперечных срезах). Морфометрию эндокринных и герминативных структур семенника осуществляли с применением стандартных окулярных сеток Г.Г. Автандилова и С.Б. Стефанова, а также окулярного винтового микрометра МОВ-1-15 x У 4,2. На микропрепаратах яичников выявляли площади, приходящиеся на корковое и мозговое вещество, подсчитывали фолликулы разной степени сформированности в корковом веществе, а также количество деструктивно измененных фолликулов. 9 Полученные результаты обрабатывали на персональном компьютере согласно правилам параметрической статистики с помощью лицензированного пакета прикладных программ «Statistica 6.0» («StatSoft, Inc.») с применением критериев оценки достоверности результатов по Стьюденту, с учетом вариабельности первичных измеряемых объектов и индивидуальной изменчивости (Ташкэ К., 1980; Автандилов Г.Г., 1990). РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ Эколого-морфологическая характеристика размножения мелких млекопитающих, населяющих урбанизированные и фоновые территории На основе анализа специфики формирования сообществ мелких млекопитающих в условиях урбанизированной среды г. Оренбурга было выявлено, что на городских территориях показатели видового разнообразия и численности населения мелких млекопитающих были ниже таковых в экологически благополучных биоценозах. Результаты нашего исследования показали, что численность населения мелких млекопитающих была минимальной в рекреационных зонах (скверы, парки), а в зданиях частного жилого сектора, в дачных массивах, на территории хлебоприемного предприятия, полосах отчуждения железных дорог, в лесополосах – существенная. В сравнении с экологически благополучными экосистемами уровень биоразнообразия на урбанизированных территориях снижался в направлении от периферии к центру. Наши результаты согласуются с данными Большакова В.Н. и соавт. (2001), которые изучая особенности формирования сообществ животных в техногенных и урбанизированных ландшафтах установили, что с увеличением антропогенного прессинга происходит снижение численности и видового разнообразия животных. Домовая мышь по долевому участию на урбанизированных территориях является доминантным видом; обыкновенная полевка и малая лесная мышь являются содоминантами; полевая мышь и обыкновенная бурозубка принимают роль второстепенных видов; степная пеструшка является третьестепенным видом. В экологически благополучных регионах положение несколько меняется. Здесь в качестве доминанта выступает малая лесная мышь; обыкновенная полевка и полевая мышь – содоминанты; степная пеструшка и домовая мышь приобретают статус второстепенных видов; обыкновенная бурозубка занимает положение третьестепенного вида. 10 Нами было обнаружено, что на урбанизированных территориях наблюдается тенденция к снижению веса тела и половых желез размножающихся мелких млекопитающих, что косвенно указывает на их ускоренное половое созревание и более раннее вступление в процесс размножения. Данные факты свидетельствуют о проявлении приспособительных возможностей организмов к влиянию негативных факторов окружающей среды. Сходные данные получили Земляной А.А. и Шульман М.В. (2003), исследуя морфофизиологические и биохимические особенности адаптации Apodemus sylvaticus (Mammalia, Rodentia) к техногенной трансформации среды. Авторы отмечают, что у животных из нарушенных биотопов происходит уменьшение таких параметров, как вес (в 1,01-1,04 раз) и длина тела (в 1,031,05 раз). Структурно-функциональная характеристика органов репродуктивной системы самцов мелких млекопитающих, населяющих урбанизированные и фоновые территории Гистологическая картина микроструктуры семенников мелких млекопитающих, населяющих урбанизированные территории показала, что по состоянию сперматогенного эпителия доля животных, которые могли принимать участие в воспроизводстве на территории города, значительно повышена по сравнению с животными из антропогенно ненарушенных экосистем. Это говорит о том, что в условиях урбанизированной среды происходит интенсификация размножения. Полученные данные согласуются с данными Обуховой Н.В. и соавт. (2010), Шевлюка Н.Н. и соавт. (2012, 2013), полученными при исследовании гонад позвоночных в условиях техногенной трансформации экосистем. Морфофункциональные характеристики гонад животных, отловленных на территориях города, значительно различались, однако свидетельствовали об удовлетворительном состоянии репродуктивной системы животных. У животных, отловленных в складских помещениях хлебоприемного предприятия состояние органов мужской половой системы варьировало в широких пределах. Так, например, в семенниках самцов домовой мыши выявлялись как интенсивно идущие процессы сперматогенеза в извитых семенных канальцах, так и состояние глубокого подавления процесса сперматогенеза (Рис. 1-2). Данное явление, на наш взгляд, обуславливается периодическим проведением комплексных мер, направленных на уничтожение грызунов в складах. 11 Рисунок 1. Извитые семенные канальцы (1) и интерстициальная соединительная ткань (2) семенника половозрелой домовой мыши Mus musculus L. Животное отловлено на территории хлебоприемного предприятия (апрель). Фиксация: 12% водный р-р формалина. Окраска: гематоксилин Майера и эозин. Увеличение: объектив х 40; окуляр х 10. В извитых семенных канальцах протекает активный сперматогенез. Рисунок 2. Извитые семенные канальцы (1) и интерстициальная соединительная ткань (2) семенника половозрелой домовой мыши Mus musculus L. Животное отловлено на территории хлебоприемного предприятия (апрель). Фиксация: 12% водный р-р формалина. Окраска: гематоксилин Майера и эозин. Увеличение: объектив х 40; окуляр х 10. Препарат демонстрирует угнетение процесса сперматогенеза в извитых семенных канальцах и возрастание доли интерстициальной ткани. Механизм угасания сперматогенеза у части половозрелых особей, с нашей точки зрения, обуславливается состоянием регуляторной активности в 12 центральных регуляторных структурах. Данное обстоятельство, очевидно, является отражением внутрипопуляционных механизмов регуляции плотности популяций исследуемых животных. Проведенный морфофункциональный анализ семенников изученных видов животных установил, что интенсификация репродуктивного процесса как на урбанизированных территориях, так и в природных экосистемах приходилась на теплый период года, достигая максимума в мае-июне и затем прогрессивно снижалась, уменьшаясь к осени примерно в 1,5 раза. Следует отметить, что на территории частного жилого сектора, в дачных массивах, складских помещениях размножение мелких млекопитающих может осуществляться в течение не только весенне-летнего сезона, но также и в холодный период года, хотя и на сниженном уровне (Шевлюк Н.Н., Стадников А.А., 2010; Левых А.Ю., Бажина А.Н., 2012; Стариков В.П. и соавт., 2012). Сравнительный анализ морфофункциональных характеристик герминативных и эндокринных структур семенников установил динамику перестроек органов репродуктивной системы, которая позволила прийти к заключению о том, что в целом период репродуктивной активности у животных, населяющих городские территории проходит в более напряженном режиме. В семенниках исследованных мелких млекопитающих, обитающих на урбанизированных территориях было выявлено наличие деструктивных изменений в извитых семенных канальцах и в интерстиции органа (Рис. 3-4). Рисунок 3. Извитые семенные канальцы (1) и интерстициальная соединительная ткань (2) семенника половозрелой малой лесной мыши Apodemus uralensis P. Животное отловлено в сквере (июнь). Фиксация: 12% водный р-р формалина. Окраска: гематоксилин Майера и эозин. Увеличение: объектив х 40; окуляр х 10. Препарат демонстрирует явление дезорганизации сперматогенеза. 13 Однако степень устойчивости интерстициальных эндокриноцитов семенников (клеток Лейдига) является более высокой, в связи с этим степень деструктивных изменений в них менее выражена по сравнению со сперматогенным эпителием. В семенниках половозрелых мелких млекопитающих из парков, скверов и складских помещений отмечается незначительное уменьшение диаметра извитых семенных канальцев (в пределах 3-10%) по сравнению с животными, обитающими в экологически благополучных регионах. Так, в популяции домовой мыши из парков и скверов диаметр извитых семенных канальцев в исследуемые весенне-летние периоды колеблется в переделах 166±4,0-182,6±6,0 мкм, в природных экосистемах данный показатель составляет 186,2±3,1-190,0±4,2 мкм. В сентябре наблюдается уменьшение диаметра извитых семенных канальцев. Сниженные диаметры извитых семенных канальцев интерпретируются нами как свидетельство вовлечения в размножение животных с меньшей массой и меньшего возраста. Наиболее часто встречающимися нарушениями в сперматогенном эпителии являлись: деструкция сперматогенных клеток (сперматоцитов, сперматид, сперматозоидов), присутствие в извитых семенных канальцах большого числа гигантских одно- или многоядерных клеток, дезорганизация сперматогенного пласта, отслоение сперматогенных клеток от базальной мембраны и их слущивание в просвет извитых канальцев, повышение процента клеток с пикнотическими ядрами. При этом нарушается целостность клеточных и неклеточных структур гематотестикулярного барьера, что может приводить к аутоиммунным повреждениям развивающихся половых клеток в сперматогенном эпителии. Морфологическими признаками этого служат утолщение и извилистость неклеточных слоев стенки извитых семенных канальцев, утрата контактов между элементами клеточных слоев стенки канальца (миоидные и фибробластоподобные клетки). Особенно манифестно эта извилистость неклеточных слоев демонстрируется на препаратах, окрашенных ШИКреакцией. Степень выраженности нарушений целостности гематотестикулярного барьера значительно отличалась у животных различных городских биотопов. Наиболее рельефно нарушения целостности гематотестикулярного барьера проявлялись у животных из парков, скверов, а также складских помещений. В совокупности эти явления свидетельствуют о существенном снижении целостности стенки извитых семенных канальцев в семенниках. 14 Следует отметить, что наибольшая степень повреждения сперматогенного эпителия проявлялась у животных из популяций, населяющих парки и скверы. Регрессивные изменения были менее выраженными у животных, населяющих дачные массивы, лесополосы и территории частного жилого сектора. Выявленные нами результаты согласуются с данными исследований Грикоркиной Е.Б. и соавт. (2006), Ермаковой О.В. и соавт. (2006), Маминой В.П. (2010), Шевлюка Н.Н. и соавт. (2013, 2014), которые установили наличие существенных нарушений в семенниках мелких млекопитающих антропогенно измененных территорий, среди которых превалировали дегенеративные изменения клеток сперматогенного эпителия, дезорганизация сперматогенного эпителия. Рисунок 4. Извитые семенные канальцы (1) и интерстициальная соединительная ткань (2) семенника половозрелой домовой мыши Mus musculus L. Животное отловлено в парке (июнь). Фиксация: 12% водный р-р формалина. Окраска: гематоксилин Майера и эозин. Увеличение: объектив х 40; окуляр х 10. Препарат показывает деструктивные изменения, затрагивающие сперматогенный эпителий извитых семенных канальцев. Если в семенниках животных из контрольных территорий доля канальцев с деструкцией сперматогенного эпителия варьировала в пределах 2-3%, то на городских стационарах число таких канальцев возрастало до 5-10%. При анализе гистологической структуры семенников исследованных животных, испытывающих воздействие урбанизации обращает на себя внимание увеличение площади интерстициальной соединительной ткани (Рис. 5-6). 15 В интерстициальной ткани исследованных животных урбоценозов выявлено изменение численности и доли функционально активных клеток Лейдига в сопоставлении с данными клетками мелких млекопитающих экологически благополучных регионов (Рис. 7-8). Максимальная численность данных клеток регистрировалась в апрелеиюне. Помимо этого отмечено усиление гетероморфности их популяции с возрастанием доли отросчатых и веретеновидных клеток, которым присущи уменьшенные объемы цитоплазмы и ядер. Изменение количества клеток Лейдига может быть сопряжено либо с гибелью данных клеток, либо с потерей ими функциональной активности и переходом в фазу покоя. Рисунок 5. Площадь интерстициальной соединительной ткани (%) в семенниках половозрелых особей домовой мыши Mus musculus L., участвующих в репродукции на урбанизированных и фоновых территориях за 2011-2014 гг. 16 Рисунок 6. Площадь интерстициальной соединительной ткани (%) в семенниках половозрелых особей малой лесной мыши Apodemus uralensis P., участвующих в репродукции на урбанизированных и фоновых территориях за 2011-2014 гг. Рисунок 7. Содержание интерстициальных эндокриноцитов (клеток Лейдига) (на единицу площади) в семенниках половозрелых особей степной пеструшки Lagurus lagurus P., участвующих в репродукции на урбанизированных и фоновых территориях за 2011-2014 гг. 17 Рисунок 8. Содержание интерстициальных эндокриноцитов (клеток Лейдига) (на единицу площади) в семенниках половозрелых особей полевой мыши Apodemus agrarius P., участвующих в репродукции на урбанизированных и фоновых территориях за 2011-2014 гг. Рисунок 9. Объем ядер интерстициальных эндокриноцитов (клеток Лейдига) (мкм³) в семенниках половозрелых особей обыкновенной полевки Microtus arvalis P., участвующих в репродукции на урбанизированных и фоновых территориях за 2011-2014 гг. 18 Рисунок 10. Объем ядер интерстициальных эндокриноцитов (клеток Лейдига) (мкм³) в семенниках половозрелых особей обыкновенной бурозубки Sorex araneus L., участвующих в репродукции на урбанизированных и фоновых территориях за 2011-2014 гг. Рассматривая зависимость морфофункциональной характеристики интерстициальных эндокриноцитов от их топографического положения в семенниках, следует подчеркнуть, что максимальным объемом ядер обладают клетки Лейдига, расположенные около канальцев с деструктивными изменениями сперматогенного эпителия, а также вокруг канальцев, в которых наблюдаются процессы высокой пролиферации сперматогоний. Функциональная активность перитубулярных клеток Лейдига, в условиях естественных биоценозов существенно варьирует, в зависимости от того, около канальца с какой стадией цикла сперматогенного эпителия находится клетка Лейдига. Акцентирует на себя внимание факт высокой функциональной активности клеток Лейдига, локализованных около канальцев с деструкцией сперматогенного эпителия. Этот факт свидетельствует о значительной роли продуктов секреции клеток Лейдига в регуляции деструктивных изменений в сперматогенном эпителии. Если степень деструктивных сдвигов в сперматогенном эпителии не превышает уровень адаптивных возможностей сперматогенного эпителия, то 19 такая активизация эндокринной функции семенников обычно приводит к нормализации морфофункциональной характеристики сперматогенного эпителия. Выявленные нами данные по влиянию негативных факторов городской среды на клетки Лейдига согласуются с данными Маминой В.П. (2010), Шевлюка Н.Н., Стадникова А.А. (2010) и др., согласно которым интерстициальные эндокриноциты более устойчивы к влиянию всевозможных негативных факторов среды по сравнению со сперматогенным эпителием. С наступлением осени в сентябре обнаруживалось снижение среднего объема интерстициальных эндокриноцитов как на урбанизированных, так и в природных экосистемах. Перечисленные обстоятельства свидетельствуют об уменьшении выработки мужских половых гормонов в гонадах изученных мелких млекопитающих (Рис. 9-10). Изменения со стороны интерстициальных эндокриноцитов (клеток Лейдига) были разнонаправленными у разных видов. У одних исследованных млекопитающих объемы клеток Лейдига и их ядер не отличались от животных, обитающих на фоновых территориях, у других объемы клеток Лейдига были снижены по сравнению с контролем. Некоторые особенности структурно-функциональной характеристики органов репродуктивной системы самок мелких млекопитающих, населяющих урбанизированные и фоновые территории К числу основных морфофункциональных характеристик женских половых желез относится состояние герминативных структур органа. Для молодых особей в яичниках характерно высокое содержание фолликулов различной степени зрелости (покоящиеся, растущие, граафовы пузырьки). Описанная морфологическая картина указывает о том, что практически все половозрелые самки, у которых изучалась микроструктура яичников, были готовы к размножению. Отталкиваясь от этого, следует предположить, что ограничивающими факторами, препятствующими всем самкам с нормальными эстральными циклами принимать участие в воспроизводстве, были факторы экстрагонадной природы. Результаты наших исследований установили, что в корковом веществе половых желез самок всех мелких млекопитающих были выявлены фолликулы различной степени развития как в природных экосистемах, так и в урбанизированных биоценозах. 20 Для половозрелых самок животных, населяющих городские территории, которые судя по морфофункциональному состоянию репродуктивной системы могли принимать участие в размножении было отмечено уменьшение массы тела и массы яичников по сравнению со зверьками, обитающими в экологически благополучных экосистемах. Процент самок, участвующих в репродукции, был максимальным в период весны-начала лета, а затем начинал постепенно уменьшаться, но у некоторых особей морфологические эквиваленты репродуктивной активности наблюдались и в начале осени. Наибольшие размеры яичников у большинства исследованных видов в городских экосистемах отмечаются в начале теплого периода года, затем происходит их уменьшение и в осенний период масса яичников минимальная. В связи с тем, что в течение теплого сезона у самок исследованных видов наблюдается несколько эстральных циклов, в течение весенне-летнего периода в яичниках обнаруживаются либо только покоящиеся фолликулы и фолликулы на стадии медленного роста, либо фолликулы всех стадий развития. Корреляция объема фолликулов к объему интерстициальной ткани в органе у разных особей различалась и зависела от возраста животных, а также от наличия или отсутствия в органе пузырчатых фолликулов. Количество и размеры желтых тел в яичниках беременных самок варьировали в широких пределах. Атретические тела выявлялись у разных особей в различных количествах, что, по нашему мнению, обусловлено как возрастом животного, так и их индивидуальными особенностями. В яичниках половозрелых самок деструктивные процессы проявлялись в большей мере, чем у самцов. В половых железах животных городских экосистем отмечен явно выраженный гетероморфизм. В яичниках исследованных самок отмечено увеличение атретических тел в корковом веществе, появление кистоподобных образований на месте погибших фолликулов, возрастание доли соединительной ткани. Подобные факты свидетельствуют о том, что в условиях крупного города происходит быстрое истощение запаса фолликулов, что является свидетельством процесса интенсификации репродуктивной активности (в ответ на влияние негативных антропогенных факторов большее количество фолликулов вступает в стадию быстрого роста и достигает зрелости), а также большее количество фолликулов подвергается атрезии. У самок, обитающих на территории частного жилого сектора и в дачных массивах структура яичников практически не отличалась от таковой 21 контрольных животных, не подвергнутых влиянию антропогенных факторов. Однако у ряда исследованных видов (за исключением домовой мыши и малой лесной мыши) в яичниках проявлялось сниженное число фолликулов (по сравнению с экологически благополучными экосистемами) (Рис. 11). Наибольшее число фолликулов с элементами деструкции отмечалось у грызунов, отловленных в парках и скверах. Рисунок 11. Яичник половозрелой домовой мыши Mus musculus L. Животное отловлено в сквере (май). Фиксация: 12% водный р-р формалина. Окраска: гематоксилин Майера и эозин. Увеличение: объектив х 40; окуляр х 10. Наблюдается истощение резерва примордиальных фолликулов в корковом веществе яичника. Резюмируя вышеизложенное можно констатировать, что в ходе эволюционного развития у животных сформировалась система компенсаторных механизмов, направленных на нивелирование негативных воздействий и позволяющая в условиях антропогенной трансформации ландшафтов успешно реализовывать репродуктивную стратегию и поддерживать оптимальный уровень численности. Установленные факты свидетельствуют также о том, что органы репродуктивной системы исследованных животных на большинстве городских территорий функционируют в максимально напряженном ритме. 22 ВЫВОДЫ 1. В условиях урбанизированной среды сообщества мелких млекопитающих характеризуются снижением обилия видов в среднем на 11%. В сравнении с экологически благополучными экосистемами уровень биоразнообразия на урбанизированных территориях снижался в направлении от периферии к центру. Максимальное видовое разнообразие выявлено в лесополосах на периферии города. 2. На урбанизированных территориях повышается интенсивность размножения изученных видов животных, проявляющаяся в увеличении доли мелких млекопитающих, которые по морфофункциональному состоянию репродуктивных органов могли участвовать в размножении в течение весеннелетнего сезона года, а также в участии в воспроизводстве животных с более низкой массой более раннего возраста, что косвенно свидетельствует об ускоренном их половом созревании. 3. Морфологические изменения в семенниках самцов, возникающие в условиях воздействия дестабилизирующих факторов урбанизированной среды характеризуются возрастанием доли извитых семенных канальцев с деструкцией сперматогенного эпителия, уменьшением диаметра извитых семенных канальцев, угнетением процесса сперматогенеза, увеличением площади интерстициальной соединительной ткани, изменением количества и доли функционально активных клеток Лейдига. 4. Основными нарушениями в сперматогенном эпителии являлись: деструкция половых клеток (сперматоцитов, сперматид, сперматозоидов), присутствие в извитых семенных канальцах большого числа гигантских одноили многоядерных клеток, дезорганизация сперматогенного пласта, отслоение сперматогенного эпителия от базальной мембраны, пикноз ядер сперматогенных клеток, нарушение целостности клеточных и неклеточных структур гематотестикулярного барьера. 5. В яичниках самок мелких млекопитающих из популяций, обитающих на городских территориях отмечается увеличение атретических тел в корковом веществе, появление кистоподобных образований на месте погибших фолликулов, возрастание доли соединительной ткани, наблюдается более быстрое истощение резерва фолликулов в корковом веществе. Уменьшение количества фолликулов в яичниках самок всех исследованных животных может служить свидетельством как интенсификации процесса репродуктивной активности (в ответ на влияние негативных антропогенных факторов большее количество фолликулов вступает в стадию быстрого роста и достигает 23 зрелости), так и указывать на повышенную элиминацию половых клеток. 6. Повышенная элиминация половых клеток может расцениваться в двоякой форме: с одной стороны как результат повреждающих воздействий на репродуктивную систему, а с другой - как защита генофонда популяции от возникших мутаций. 7. Напряженный режим функционирования репродуктивной системы может послужить причиной нарушения репродуктивного потенциала популяций, приводящей к уменьшению численности населения видов и к снижению биологического разнообразия в урбанизированных территориях. СПИСОК ДИССЕРТАЦИИ РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ 1. Филатова Е.А., Рыскулов М.Ф. Эколого-морфологическая характеристика семенников домовой мыши из популяций, населяющих урбанизированные территории (на примере г. Оренбурга) // Вестник Российского государственного медицинского университета, 2013. Специальный выпуск №1. С. 196. 2. Шевлюк Н.Н., Блинова Е.В., Боков Д.А., Демина Л.Л., Елина Е.Е., Мешкова О.А. и Рыскулов М.Ф. Сравнительная морфофункциональная характеристика органов репродуктивной системы мелких млекопитающих в условиях антропогенной трансформации степных экосистем Южного Урала // «Морфология». 2013, том 144, №5. С. 40-45. 3. Шевлюк Н.Н., Стадников А.А., Блинова Е.В., Боков Д.А., Демина Л.Л., Елина Е.Е., Рыскулов М.Ф. Морфофункциональная характеристика органов размножения позвоночных из популяций, обитающих в антропогенно измененных экосистемах // Медицинский журнал Западного Казахстана, 2013. №1 (37). С. 248-250. 4. Шевлюк Н.Н., Блинова Е.В., Боков Д.А., Обухова Н.В., Сивожелезова Н.А., Демина Л.Л., Рыскулов М.Ф. Морфофункциональные особенности размножения мелких млекопитающих в условиях урбанизированной среды обитания на примере г. Оренбурга. Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2014. №2. С. 201203. 5. Шевлюк Н.Н., Блинова Е.В., Боков Д.А., Демина Л.Л., Елина Е.Е., Мешкова О.А., Рыскулов М.Ф. Механизмы сезонного изменения активности сперматогенеза у животных с сезонным характером репродуктивной активности // «Морфология». 2014, том 145, №3. С. 221. 24 6. Рыскулов М.Ф. Эколого-морфологическая характеристика размножения мелких млекопитающих из популяций, испытывающих воздействие условий урбанизированной среды (на примере г. Оренбурга) // Альманах молодой науки, 2015. №1. С.9-13. 7. Рыскулов М.Ф., Бабиев Д.А. Эколого-морфологическая характеристика органов репродуктивной системы мелких млекопитающих, обитающих в экосистемах крупного города // Сборник материалов Всероссийской научнопрактической конференции студентов и молодых ученых с международным участием в рамках «Дней молодежной медицинской науки», 2015. С. 113. 8. Рыскулов М.Ф. Эколого-морфологическая характеристика яичников самок мелких млекопитающих, обитающих в антропогенно трансформированных экосистемах Южного Урала // Альманах молодой науки, 2015. №3. С.39-43. 25
