На правах рукописи МЕШКОВА Олеся Александровна ЭКОЛОГО-МОРФОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАЗМНОЖЕНИЯ МЕЛКИХ

На правах рукописи
МЕШКОВА Олеся Александровна
ЭКОЛОГО-МОРФОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАЗМНОЖЕНИЯ МЕЛКИХ
МЛЕКОПИТАЮЩИХ ИЗ ПОПУЛЯЦИЙ, ИСПЫТЫВАЮЩИХ ВЛИЯНИЕ ПРЕДПРИЯТИЯ ЧЕРНОЙ
МЕТАЛЛУРГИИ В СТЕПНОЙ ЗОНЕ ЮЖНОГО УРАЛА
03.03.04 Клеточная биология, цитология, гистология
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата биологических наук
Оренбург – 2011
Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования
«Оренбургский государственный педагогический университет» и Государственном образовательном учреждении
высшего профессионального образования «Оренбургская государственная медицинская академия» Министерства
здравоохранения и социального развития Российской Федерации.
Научный руководитель:
доктор биологических наук, профессор
Шевлюк Николай Николаевич
Официальные оппоненты:
доктор биологических наук, профессор Суворова Галина Николаевна
доктор биологических наук, профессор Сеитов Марат Султанович
Ведущая организация:
Государственное образовательное учреждение высшего
профессионального образования «Мордовский государственный
университет им. Н.П. Огарёва»
Защита состоится «21» сентября 2011 г. в 1000 часов на заседании диссертационного
совета Д 208.066.04
при
Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Оренбургская
государственная медицинская академия» Министерства здравоохранения и социального развития Российской
федерации по адресу: 460000, г. Оренбург, ул. Советская, 6, зал заседаний Ученого совета.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Оренбургская государственная медицинская
академия» Министерства здравоохранения и социального развития Российской федерации.
Автореферат разослан «20» июля 2011 г.
Ученый секретарь диссертационного совета,
профессор
Шевлюк Н.Н.
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность исследования. В течение долгого времени изменения, вызываемые поступлением во
внешнюю среду продуктов хозяйственной деятельности человека, сравнительно легко компенсировались
естественными природными процессами. С начала XX века началось сначала незначительное, а затем все
усиливающееся загрязнение биосферы, обусловленное антропогенными факторами. Современное экологическое
состояние многих регионов России можно определить как неблагоприятное. Продолжается интенсивное
загрязнение природной среды. На территории нашей страны с каждым годом становится все больше регионов и
городов, являющихся опасными для проживания. Загрязнению подвергаются: атмосферный воздух, воды открытых
водоемов и подземных источников, почвы – буквально все среды жизни. Безусловно, что в сложившейся ситуации
все живое, начиная с микроорганизмов и заканчивая человеком, напрямую или опосредованно испытывает на себе
столь негативное воздействие загрязнения окружающей среды [Никитин А.И., 1998; Никитин А.И., 2005; Абаимов
В.Ф. и соавт., 2005].
Особое место в Российской Федерации по количеству экстремальных факторов техногенного происхождения
и влиянию их на живые организмы занимает Оренбургская область, которая вышла на одно из первых мест на
Южном Урале и на восьмое в Российской Федерации по выбросам загрязняющих веществ в атмосферу [Топурия
Г.М. и соавт., 2004]. В области одно из первых мест по степени техногенных влияний принадлежит ОрскоХалиловскому металлургическому комбинату (ОХМК «Уральская сталь»), где зона действия поллютантов
распространяется на большие расстояния.
В работах, появившихся за последние десятилетия, вопросам изучения влияния антропогенных факторов на
организм (различные системы, в том числе репродуктивную), вопросам формирования фаунистических комплексов
техногенных территорий в России уделяется большое внимание [Ильенко А.И., Крапивко Т.П., 1988; Ставровский
Д.Д., 1989; Попова М.Ф. и соавт., 1990; Гашев С.Н., 1990; Иноземцев А.А., 1998; Байтимирова Е.А. и соавт., 2008;
Шевлюк Н.Н. и соавт., 2008 и др.]. Вместе с тем, данных по исследованию влияния выбросов металлургических
предприятий на организм недостаточно [Лукьянова Л.Е., Лукьянов О.А., 1998; Шилова С.А., 1999; Катаев Г.Д.,
2005]. Особенно это касается данных по выяснению факторов и механизмов, негативно воздействующих на
размножение.
Сказанное определяет актуальность проблемы и выбор направления наших исследований по изучению
эколого-морфологической характеристики размножения мелких млекопитающих из популяций, испытывающих
влияние предприятия черной металлургии в степной зоне Южного Урала.
Цель и задачи исследования. Цель исследования: установление эколого-морфологических особенностей
размножения мелких млекопитающих из популяций, испытывающих влияние предприятия черной металлургии в
степной зоне Южного Урала.
Для достижения цели были поставлены следующие задачи:
- дать характеристику сообществ мелких млекопитающих из зоны влияния предприятия черной металлургии
и экологически благополучных экосистем;
- провести сравнительный морфофункциональный анализ семенников и яичников мелких млекопитающих,
обитающих в зоне влияния предприятия черной металлургии и экологически благополучных экосистемах в степной
зоне Южного Урала;
- выяснить особенности влияния комплекса загрязняющих веществ, выбрасываемых предприятием черной
металлургии, на репродукцию мелких млекопитающих;
- определить адаптивные и реактивные морфофункциональные изменения эндокринных и герминативных
структур гонад мелких млекопитающих в зоне влияния предприятия черной металлургии.
Научная новизна. Впервые проведен комплексный анализ размножения мелких млекопитающих из
популяций, испытывающих техногенное воздействие Орско-Халиловского металлургического комбината
«Уральская сталь». Выявлена интенсификация размножения мелких млекопитающих в условиях техногенной
трансформации экосистем.
Установлены структурные эквиваленты адаптивных и реактивных преобразований, а также исследован
диапазон структурно-функциональных адаптаций органов репродуктивной системы мелких млекопитающих в зоне
влияния металлургического производства. Выявлено, что у животных, населяющих техногенно
трансформированные экосистемы, в семенниках отмечаются снижение объема, занимаемого извитыми семенными
канальцами, возрастание доли интерстициальной соединительной ткани, возрастание деструкции сперматогенного
эпителия.
Представлены морфофункциональные характеристики эндокринных и герминативных структур семенников и
яичников мелких млекопитающих в зоне влияния предприятия черной металлургии и определен характер
адаптационных и реактивных преобразований репродуктивных органов мелких млекопитающих. Показана большая
уязвимость герминативных структур семенников в сравнении с популяцией интерстициальных эндокриноцитов.
Теоретическая и практическая значимость. Полученные результаты
по особенностям
морфофункциональной организации органов размножения самцов и самок мелких млекопитающих из территорий,
подверженных техногенному воздействию и экологически благополучных регионов, могут быть использованы в
качестве критериев для оценки влияния выбросов металлургического предприятия на биологию размножения. В
работе выяснена значимость мелких млекопитающих как индикаторов состояния окружающей среды.
Реализация результатов исследования. Материалы диссертационной работы используются в учебном
процессе Оренбургского государственного педагогического университета, Оренбургской государственной
медицинской академии при проведении лекций и практических занятий по дисциплинам: «Общая экология»,
«Зоология позвоночных», «Гистология, цитология и эмбриология».
Положения, выносимые на защиту:
1. В условиях воздействия комплекса загрязняющих веществ металлургического производства в популяциях
мелких млекопитающих (лесной мыши, полевой мыши, обыкновенной полевки) происходит
интенсификация репродуктивной активности, выражающаяся в увеличении в популяциях доли особей,
принимающих участие в размножении.
2. В органах мужской репродуктивной системы исследованных животных в зоне влияния ОХМК «Уральская
сталь» наблюдаются уменьшение диаметра извитых семенных канальцев, возрастание доли
интерстициальной соединительной ткани, возрастание доли канальцев с деструкцией сперматогенного
эпителия.
3. В органах женской репродуктивной системы самок лесной и полевой мышей, обыкновенной полевки в
зоне влияния ОХМК «Уральская сталь» наблюдается более быстрое истощение резерва фолликулов, что
проявилось в увеличении численности вступающих в быстрый рост фолликулов и возрастании количества
фолликулов, подвергающихся атрезии.
4. Изменения, выявленные в семенниках и яичниках исследованных видов, населяющих экосистемы,
подверженные влиянию металлургического производства (по критериям структурно-функциональных
параметров гонад), указывают на напряженный характер функционирования органов репродуктивной
системы.
Апробация работы. Материалы диссертации доложены и обсуждены на VI Всероссийском съезде анатомов,
гистологов и эмбриологов (Саратов, 2009), Всероссийской научной конференции «Клиническая анатомия и
экспериментальная хирургия в XXI веке» (Оренбург, 2009), конференции «Вопросы морфологии XXI века» (СанктПетербург, 2010), Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов-2011»
(Москва, 2011), региональной научно-практической конференции «Актуальные проблемы морфологии» (Оренбург,
2011), Всероссийской научной конференции «Бабухинские чтения в Орле» (Орел, 2011).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 работ, из них 3 в изданиях, рекомендованных ВАК
Минобразования РФ для публикации материалов докторских и кандидатских диссертаций.
Структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, главы по
материалам и методам исследования, глав, содержащих результаты собственных исследований и их обсуждение,
выводов и списка использованной литературы, включающего 237 источников, в том числе 50 иностранных.
Диссертация изложена на 140 страницах, иллюстрирована 13 таблицами, 37 рисунками.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
В основу работы положены материалы, собранные в ходе полевых исследований, проводившихся в весеннелетне-осенний период (май, июнь, сентябрь) 2009-2010 гг. в районе п. Аккермановка на расстоянии 3 км от ОрскоХалиловского металлургического комбината (ОХМК «Уральская сталь»), в районе п. Новорудный на расстоянии 45
км от этого же предприятия и контрольных участках Новосергиевского и Саракташского районов.
По уровню антропогенной нагрузки на природную среду Оренбургская область находится на четвертом месте
среди территорий Уральского региона, а Орск и Новотроицк с их промышленными предприятиями составляют
единый Орско-Новотроицкий промкомплекс, загрязняющий окружающую среду, и по выбросам в атмосферу
находятся на четвертом ранговом месте среди городов России, уступая только Норильску, Новокузнецку и
Череповцу [Боев В.М., Воляник М.Н., 1995].
Орско-Халиловский металлургический комбинат ОАО «Уральская сталь» - градообразующее предприятие
города Новотроицка, одно из крупнейших металлургических предприятий Урала. Это предприятие полного
производственного цикла. В его составе коксохимическое, агломерационное, доменное, сталеплавильное, прокатное
и вспомогательные производства. Это единственное в мире предприятие, которое производит литейный хромоникелевый природнолегированный чугун, применяемый для изготовления особо ответственных отливок деталей
машин и механизмов, работающих в агрессивных средах и при высокой температуре.
Основными видами загрязняющих веществ, выбрасываемых комбинатом, являются: пыль, СО, SO2, H2S, NO2,
NH3, фенол, бенз(а)пирен, а также тяжелые металлы медь, цинк, кадмий, свинец, никель, кобальт, марганец, хром
[Бабкин В.О., 2005; Быстрых В.В. и соавт., 2006; Чикенева И.В. и соавт., 2008; Чикенева И.В., Кин Н.О., 2009;
Воронкова И.П., Чеснокова Л.А., 2009]. Данные вещества, согласно литературным данным, оказывают крайне
неблагоприятное воздействие на живые организмы (различные органы и системы органов) [Давыдова Т.Б., 1979;
Дмитриев В.Н., Кожина Л.Н., 1979; Кобелева Н.А., 1979; Боев В.М., Воляник М.Н., 1995; Верещагин Н.Н. и соавт.,
2003; Гарипова Р.Ф., 2004; Сетко Н.П. и соавт., 2004].
Объектом исследования служили мелкие млекопитающие (лесная и полевая мыши, обыкновенная полевка) из
популяций, населяющих территории поселков Аккермановка и Новорудный, а также экологически благополучные
экосистемы. Систематические отловы мелких млекопитающих проводились на пастбищах, полях
сельскохозяйственных культур, в лесополосах, по оврагам.
Относительный учет численности мелких млекопитающих проводили стандартным методом ловушко-линий
(ловушек Геро), которые по 100 штук расставлялись во второй половине дня на расстоянии 4-5 м друг от друга.
Использовалась стандартная приманка: корка хлеба, смазанная подсолнечным нерафинированным маслом.
В ходе полевых исследований отработано 5000 ловушко-суток, из них 2500 ловушко-суток на территориях
поселков Аккермановка и Новорудный, находящихся на разном удалении от металлургического комбината и 2500
ловушко-суток на контрольных участках. Всего отловлено 482 особи мелких млекопитающих, из них в районе
поселка Аккермановка – 125 особей, в районе поселка Новорудный – 151 особь, в экологически благополучных
экосистемах – 206 особей.
Все животные исследовались по общепринятой зоологической методике [Новиков Г.А., 1953].
Возраст животных определялся по комплексу признаков: массе тела, линейным размерам тела, состоянию
репродуктивной системы.
Изучение особенностей размножения проводилось по состоянию генеративных органов, подсчитывалось
число плацентарных пятен, у беременных самок – количество эмбрионов. Участие самцов в размножении
определялось по массе и размерам семенников и их гистологической структуре.
Статистическая обработка материала проведена с использованием методов биологической статистики
[Плохинский И.А., 1970; Рокицкий П.Ф., 1973; Петухов В.Л. и соавт., 1985].
Для характеристики сообществ мелких млекопитающих на техногенных и контрольных территориях
использовались следующие показатели: видовой состав, долевое участие видов, видовое разнообразие и доля
редких видов. Для классификации видов по долевому участию нами была использована балльная шкала А.П.
Кузякина [1962], в которой каждый балл соответствует порядку чисел.
Долевое участие вида (индекс доминирования) определялось как процент особей каждого вида от всех
добытых, принятых за 100%. По величине индекса доминирования виды подразделялись на доминанты и
содоминанты, второстепенные и третьестепенные.
При исследовании семенников и яичников использовались обзорные гистологические, гистохимические и
морфометрические методы.
Для светооптических исследований материал фиксировали в 12% водном растворе нейтрального формалина.
Парафиновые срезы толщиной 5-7 мкм окрашивали гематоксилином Майера и эозином, перйодатом калия и
реактивом Шиффа по Мак Манусу [Пирс Э., 1962].
На гистологических препаратах семенников подсчитывали относительную площадь, занимаемую извитыми
семенными канальцами и интерстициальной соединительной тканью (процентное соотношение), измеряли диаметр
извитых семенных канальцев (на поперечных срезах), определяли долю канальцев с деструкцией сперматогенного
эпителия. На срезах семенников подсчитывали количество клеток Лейдига на единицу площади (на площади
квадрата со стороной 35 мкм); на той же условной единице площади срезов подсчитывали количество
эндокриноцитов, 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
клеток Лейдига, их ядер. В зависимости от формы клеток и их ядер объемы интерстициальных эндокриноцитов и
их ядер рассчитывали по формуле эллипса или шара [Хесин А.Е., 1967; Ухов Ю.И., Астраханцев А.Ф., 1983].
Морфометрию эндокринных и герминативных структур семенника проводили с использованием стандартных
окулярных сеток Г.Г. Автандилова и С.Б. Стефанова, а также окулярного винтового микрометра МОВ-1-15 x У 4,2.
На гистологических препаратах яичников определяли площадь коркового и мозгового вещества, производили
подсчет фолликулов разной степени зрелости в корковом веществе.
Полученные результаты обрабатывали на персональном компьютере по правилам параметрической
статистики с помощью лицензированного пакета прикладных программ «Statistica 6.0» («StatSoft, Inc.») с
использованием критериев оценки достоверности результатов по Стьюденту, с учетом вариабельности первичных
измеряемых объектов и индивидуальной изменчивости [Ташкэ К., 1980; Автандилов Г.Г., 1990].
РЕЗУЛЬТАТЫ СОБСТВЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Эколого-морфологическая характеристика размножения мелких млекопитающих, обитающих в зоне
влияния Орско-Халиловского металлургического комбината «Уральская сталь»
Структурно-функциональная характеристика органов размножения самцов мелких млекопитающих из зон
влияния ОХМК «Уральская сталь» и контрольных территорий
Анализируя специфику формирования сообществ мелких млекопитающих, обитающих в условиях
воздействия ОХМК «Уральская сталь», мы пришли к выводу, что в целом на техногенной территории (п.
Аккермановка и п. Новорудный) наблюдается снижение видового разнообразия и численности мелких
млекопитающих по сравнению с сообществами мелких млекопитающих экологически благополучных экосистем.
Лесная мышь по долевому участию в Аккермановке (34,4%) и в Новорудном (35%) является доминантным
видом, полевая мышь (29,6% и 28% соответственно) и обыкновенная полевка (30,4% и 30% соответственно)
являются содоминантами, рыжая полевка (5,6% и 7% соответственно) – второстепенным видом. В экологически
благополучных регионах лесная мышь также является доминантом (34%); полевая мышь (25%) и обыкновенная
полевка (29%) – содоминантами; рыжая полевка (9%), домовая мышь (2%) и обыкновенная бурозубка (1%)
являются второстепенными видами.
Наши данные согласуются с данными исследования Большакова В.Н. и соавторов [2001], которые, анализируя
специфику формирования видовых сообществ животных в техногенных и урбанизированных ландшафтах
выяснили, что с ростом загрязнения и антропогенной трансформации среды обитания отмечается общее снижение
численности и биомассы животных, меняется соотношение видов, сокращается видовое разнообразие.
На фоне сниженной численности животных мы выявили, что для самцов лесной мыши, полевой мыши и
обыкновенной полевки, принимающих участие в размножении в зоне влияния ОХМК «Уральская сталь»,
характерно закономерное незначительное снижение абсолютной массы тела и массы семенников (табл. 1). Различия
являются статистически достоверными.
Доля самцов и самок, принимающих участие в размножении, у животных всех исследованных видов (лесная
мышь, полевая мышь, обыкновенная полевка) в зоне влияния металлургического предприятия была достаточно
высокой, причем выявлен более высокий процент самцов. Доля размножающихся самцов лесной мыши в районе п.
Аккермановка составляла – 100%, в районе п. Новорудный – 97%, в экологически благополучных экосистемах –
86%; доля размножающихся самцов полевой мыши в районе п. Аккермановка составляла – 94%, в районе п.
Новорудный – 91%, в экологически благополучных экосистемах – 74%; доля размножающихся самцов
обыкновенной полевки в районе п. Аккермановка составляла – 95%, в районе п. Новорудный – 79%, в экологически
благополучных экосистемах – 70%. Доля самок лесной мыши, принимающих участие в размножении, составляла: в
районе п. Аккермановка – 94%, в районе п. Новорудный – 91%, в экологически благополучных экосистемах – 81%;
доля самок полевой мыши, принимающих участие в размножении, составляла: в районе п. Аккермановка – 88%, в
районе п. Новорудный – 82%, в экологически благополучных экосистемах – 71%; доля самок обыкновенной
полевки, принимающих участие в размножении, составляла: в районе п. Аккермановка – 94%, в районе п.
Новорудный – 74%, в экологически благополучных экосистемах – 65%. В целом на техногенной территории
возрастает доля активно размножающихся животных, а доля половозрелых неразмножающихся животных
сравнительно невелика, в сравнении с экологически благополучными регионами, т. е. на фоне сниженной
численности животных экологически неблагополучных регионов возрастает интенсивность процесса размножения.
В семенниках всех исследованных грызунов выявлено существенное изменение соотношений между
извитыми семенными канальцами и интерстициальной тканью. Так, в зоне влияния ОХМК «Уральская сталь» (в
районе поселков Аккермановка и Новорудный) у животных в семенниках отмечалось уменьшение диаметра
извитых семенных канальцев по сравнению с животными из неизмененных биогеоценозов (табл. 2). Причем более
выраженным это уменьшение было у млекопитающих из популяций, обитающих вблизи металлургического
предприятия (на расстоянии 3 км).
На фоне уменьшения диаметра извитых семенных канальцев в семенниках исследованных видов животных
экологически неблагополучных регионов отмечалось возрастание доли интерстициальной соединительной ткани
(табл. 3).
Анализ гистологических препаратов семенников свидетельствовал о наличии деструктивных изменений,
затрагивающих сперматогенный эпителий извитых семенных канальцев.
В канальцах с повреждением сперматогенного эпителия наиболее часто встречались такие нарушения как:
деструкция сперматогенных клеток (сперматоцитов, сперматид, сперматозоидов), наличие большого числа
многоядерных клеток, нарушение упорядоченности сперматогенного эпителия (дезорганизация сперматогенного
пласта). Выраженность деструктивных изменений была выше у животных, обитающих на расстоянии 3 км
Таблица 1.
Некоторые экстерьерные и интерьерные признаки половозрелых самцов лесной мыши, полевой мыши и
обыкновенной полевки, принимающих участие в размножении за 2009-2010 гг.
Полевая
мышь
Лесная
мышь
Масса
семенников
мг
Длина тела
мм
Контроль
Масса
животного
г
Масса
семенников
мг
Длина тела
мм
п. Новорудный
Масса
животного
г
Масса
семенников
мг
Месяцы
Длина тела
мм
Виды
Масса
животного
г
п. Аккермановка
Май
22±0,3*
95±0,6*
129±3,2*
25±0,5*
101±1,1*
151±3,7*
30±0,8
112±1,5
173±7,3
Июнь
20±0,2*
90±0,5*
119±2,5*
23±0,4*
98±0,8*
135±5,6*
24±0,4
100±1,1
150±5,5
Сентябрь
18±0,1*
80±0,2*
108±1,5*
19±0,2*
85±0,4*
120±2,5*
20±0,2
97±0,8
136±3,4
Май
24±0,4*
95±0,6*
130±4,6*
29±0,7*
101±1,1*
145±3,1*
33±1,1
120±1,8
183±6,4
Июнь
22±0,3*
90±0,5*
119±6,6*
26±0,5*
98±0,8*
133±7,5*
28±0,6
110±1,4
167±7,3
Сентябрь
19±0,2*
80±0,2*
100±7,8*
20±0,2*
85±0,4*
119±6,5*
22±0,3
100±1,1
140±4,2
Обыкновен ная полевка
Май
25±0,5*
99±0,8*
130±4,6*
30±0,8*
115±1,6*
145±3,1*
37±1,3
121±1,8
217±9,3
Июнь
21±0,3*
95±0,6*
119±6,6*
27±0,6*
105±1,2*
149±7,5*
29±0,7
110±1,4
201±5,5
Сентябрь
17±0,1*
90±0,5*
100±7,8*
18±0,1*
96±0,6*
119±6,5*
19±0,2
100±1,1
192±4,2
* Различия по сравнению с контролем статистически достоверны при р ≤ 0,05
Таблица 2.
Диаметр извитых семенных канальцев (мкм) в семенниках половозрелых размножающихся особей лесной мыши,
полевой мыши и обыкновенной полевки из техногенных и контрольных территорий за 2009-2010 гг.
Виды
Лесная мышь
Полевая мышь
Месяцы
n
п. Аккермановка
n
п. Новорудный
n
Контроль
Май
9
153,60±4,50
13
156,70±5,20
18
160,50±6,10
Июнь
8
152,30±3,20
10
155,91±4,10
14
159,30±5,70
Сентябрь
6
146,90±6,18
5
148,50±4,17
5
151,30±3,20
Май
7
153,55±4,33
9
156,50±5,16
9
161,50±6,12
Июнь
5
151,81±3,40
7
154,41±4,12
7
159,35±5,73
Сентябрь
4
148,83±6,28
4
153,50±4,17
4
157,30±3,20
Обыкновенная
полевка
Май
8
150,31±3,47*
8
160,25±3,50
10
165,87±4,65
Июнь
5
144,57±5,14*
6
158,35±7,12
7
160,36±6,32
Сентябрь
5
133,57±6,34
5
138,35±2,30
6
142,44±5,51
* Различия по сравнению с контролем статистически достоверны при р ≤ 0,05
Таблица 3.
Площадь интерстициальной соединительной ткани (%) в семенниках половозрелых размножающихся особей
лесной мыши, полевой мыши и обыкновенной полевки из техногенных и контрольных территорий за 2009-2010 гг.
Виды
Лесная мышь
Полевая мышь
Месяцы
n
п. Аккермановка
n
п. Новорудный
n
Контроль
Май
9
6,53±0,41*
13
5,58±0,71*
18
3,89±0,20
Июнь
8
5,91±0,85
10
5,47±0,32
14
4,75±0,50
Сентябрь
6
10,48±0,31*
5
6,90±0,71
5
5,61±0,60
Май
7
6,25±0,28*
9
5,62±0,61*
9
3,54±0,45
Июнь
5
6,33±0,41*
7
5,18±0,21
7
4,49±0,81
Сентябрь
4
7,15±0,35*
4
6,16±0,38
4
5,95±0,28
Обыкновенная
полевка
Май
8
6,25±0,50*
8
5,71±0,50*
10
3,87±0,65
Июнь
5
7,51±0,60*
6
6,35±0,12*
7
4,73±0,33
Сентябрь
5
8,30±0,47*
5
6,95±0,35*
6
5,67±0,51
* Различия по сравнению с контролем статистически достоверны при р ≤ 0,05
от предприятия, в сравнении с животными, отловленными из популяций, находящихся на расстоянии 45 км от
предприятия.
У животных из популяций, испытывающих влияние металлургического производства, использование ШИКреакции показало значительную извилистость неклеточных слоев стенки извитых семенных канальцев. Это
является одним из морфологических эквивалентов нарушения целостности гематотестикулярного барьера. А
повреждение гематотестикулярного барьера усугубляет деструктивные изменения сперматогенного эпителия.
Полученные нами результаты согласуются с исследованиями Лукьяновой Л.Е., Лукьянова О.А. [1998],
Давыдовой Ю.А., Мухачевой С.В. [2007], Мухачевой С.В. [2007], которые выявили наличие значительных
изменений в семенниках рыжих полевок из зоны влияния Средне-Уральского
медеплавильного комбината: среди разнообразных нарушений, встречающихся в канальцевом пространстве
семенника, преобладали атрофия извитых семенных канальцев и дезорганизация клеток сперматогенного эпителия.
Нами выявлено, что в популяции интерстициальных эндокриноцитов семенников наблюдалось снижение
численности и доли функционально активных клеток Лейдига, причем наиболее это было выражено у животных,
находящихся в 3 км от предприятия черной металлургии (табл. 4).
В популяции интерстициальных эндокриноцитов возрастала доля отростчатых и веретеновидных клеток с
уменьшенными объемами цитоплазмы и ядер. Средний объем ядер интерстициальных эндокриноцитов, например, у
полевой мыши составил: вблизи предприятия (п. Аккермановка) в мае – 66,20±2,87 мкм3 , в июне – 65,50±1,30 мкм3;
в 45 км от предприятия (п. Новорудный) – 68,40±1,88 мкм3 и 67,70±2,82 мкм3; в контроле – 70,25±3,18 мкм3 и
69,60±1,44 мкм3 соответственно. В сентябре наблюдалось уменьшение среднего объема клеток Лейдига как на
техногенной территории, так и в экологически благополучных экосистемах. Данный факт указывает на снижение
синтеза мужских половых гормонов в семенниках исследованных видов млекопитающих. Изменения объема ядер
интерстициальных эндокриноцитов семенников исследованных грызунов представлены в таблице 5.
Анализ размеров клеток Лейдига и их ядер указывает на то, что, очевидно, в условиях воздействия
металлургического комбината в гонадах мелких млекопитающих происходит гибель интерстициальных
эндокриноцитов крупных размеров, а клетки со средними размерами цитоплазмы и ядер, видимо, более устойчивы
к действию повреждающих факторов.
Полученные нами данные по воздействию неблагоприятных факторов среды на интерстициальные
эндокриноциты (клетки Лейдига) семенников позвоночных животных согласуются с литературными
данными [Шевлюк Н.Н., Стадников А.А., 2010]. Согласно этим данным, клетки Лейдига чрезвычайно чувствитель-
Таблица 4.
Количество интерстициальных эндокриноцитов (на единицу площади) в семенниках половозрелых
размножающихся особей лесной мыши, полевой мыши и обыкновенной полевки из техногенных и контрольных
территорий за 2009-2010 гг.
Виды
Лесная мышь
Полевая мышь
Месяцы
n
п. Аккермановка
n
п. Новорудный
n
Контроль
Май
9
4,36±0,75
13
5,56±0,23
18
5,67±1,43
Июнь
8
4,20±0,41
10
5,15±0,32
14
5,60±1,50
Сентябрь
6
3,48±0,31*
5
4,24±0,71
5
4,87±0,60
Май
7
5,85±0,28*
9
6,53±0,20
9
6,94±0,45
Июнь
5
5,69±0,14*
7
6,28±0,16
7
6,53±0,28
Сентябрь
4
4,55±0,35*
4
5,27±0,38
4
5,95±0,32
Обыкновенная
полевка
Май
8
6,64±0,52
8
7,06±0,50
10
7,45±0,33
Июнь
5
6,22±0,60*
6
6,95±0,12
7
7,14±0,28
Сентябрь
5
5,12±0,47*
5
5,97±0,35
6
6,68±0,51
* Различия по сравнению с контролем статистически достоверны при р ≤ 0,05
Таблица 5.
Объем ядер клеток Лейдига (мкм3) в семенниках половозрелых размножающихся особей лесной мыши, полевой
мыши и обыкновенной полевки из техногенных и контрольных территорий за 2009-2010 гг.
Виды
Лесная мышь
Полевая мышь
Месяцы
n
п. Аккермановка
n
п. Новорудный
n
Контроль
Май
9
64,73±2,17
13
66,67±3,55
18
67,65±8,33
Июнь
8
63,03±1,70
10
65,23±3,12
14
66,50±4,20
Сентябрь
6
62,32±1,25*
5
63,41±1,26
5
65,45±1,35
Май
7
66,20±2,87
9
68,40±1,88
9
70,25±3,18
Июнь
5
65,50±1,30*
7
67,70±2,82
7
69,60±1,44
Сентябрь
4
63,20±0,98*
4
65,32±1,24
4
67,70±2,40
Обыкновенная
полевка
Май
8
77,50±1,44
8
79,60±2,35
10
81,70±3,87
Июнь
5
76,22±1,32*
6
78,14±1,67
7
80,57±2,82
Сентябрь
5
74,36±0,97*
5
75,40±1,21*
6
79,64±1,20
* Различия по сравнению с контролем статистически достоверны при р ≤ 0,05
ны к воздействию различных экстремальных дестабилизирующих факторов. Что касаемо адаптивных и реактивных
изменений, возникающих в ответ на неблагоприятные воздействия в клетках Лейдига, то они характеризуются
многообразием морфофункциональных проявлений. При этом могут отмечаться явления гипертрофии,
гиперплазии, либо явления угнетения секреторной активности эндокриноцитов, либо отсутствие морфологических
изменений.
В более удаленных от металлургического предприятия популяциях всех изученных видов мелких
млекопитающих (обыкновенной полевки, полевой и лесной мышей) сдвиги
в
морфофункциональной
характеристике мужских гонад, возникающие под действием негативных факторов производства, находились в
пределах адаптивных возможностей животных. В семенниках большинства исследованных в этих экосистемах
животных наблюдался активный сперматогенез, доля канальцев с деструкцией сперматогенного эпителия была
невысока. Тогда как у животных, обитающих в районе п. Аккермановка недалеко от предприятия доля канальцев с
деструкцией сперматогенного эпителия составила более 20 процентов. В этих экосистемах адаптивные
возможности органов репродуктивной системы у этих млекопитающих оказались недостаточными для компенсации
ущерба от негативного воздействия выбросов металлургического предприятия, в результате чего доля канальцев с
выраженной деструкцией сперматогенного эпителия возрастала во много раз.
Выявленные нарушения морфофункциональной характеристики семенников у животных, испытывающих
влияние металлургического производства, сходны с таковыми у животных, испытывающих различные
дестабилизирующие воздействия (различные виды стрессорных воздействий, влияние комплекса техногенных
факторов газоперерабатывающего производства и др.) [Демина Л.Л., 2002; Шевлюк Н.Н. и соавт., 2008; Боков Д.А.
и соавт., 2009; Блинова Е.В., 2009; Шевлюк Н.Н., Стадников А.А., 2010].
Полученные факты свидетельствуют о том, что в процессе эволюции у позвоночных сформировался комплекс
адаптивных реакций со стороны репродуктивной системы, которые направлены на уменьшение негативных
воздействий; в случае высокой их интенсивности это приводит к тому, что животные, испытывающие эти
воздействия, не принимают участия в репродукции и не увеличивают долю генетических мутаций в популяции.
Структурно-функциональная характеристика органов размножения самок мелких млекопитающих из зон
влияния ОХМК «Уральская сталь» и контрольных территорий
На фоне сниженной численности животных мы выявили, что для самок лесной мыши, полевой мыши и
обыкновенной полевки, также как и для самцов тех же видов млекопитающих, принимающих участие в
размножении в зоне влияния ОХМК «Уральская сталь», характерно закономерное незначительное снижение
абсолютной массы тела и массы яичников. Так, масса тела, к примеру, самок полевой мыши за весь период
наблюдения колебалась в районе поселков Аккермановка и Новорудный в пределах 18-27 г, в экологически
благополучных экосистемах – 21-32 г. Масса яичников самок полевой мыши, например, в мае в районе п.
Аккермановка составила – 20±1,2 мг, в районе п. Новорудный – 23±1,3 мг, в контроле – 26±1,5 мг.
В яичниках самок всех исследованных видов грызунов из зоны влияния металлургического предприятия
деструктивные изменения были выражены более рельефно в сравнении с самцами. Наблюдалось снижение
количества фолликулов в корковом веществе яичников, причем более выраженным это снижение было у животных,
обитающих вблизи предприятия (рис. 1, 2, 3).
Данный факт можно объяснить с двух позиций: 1) у животных, обитающих в условиях воздействия
металлургического комбината, происходит интенсификации репродуктивной активности, в связи с чем в рост идет
большое число фолликулов; 2) у животных техногенной территории наблюдается повышенная элиминация
фолликулов, подвергшихся деструктивным изменениям.
Также нами было отмечено, что на фоне возрастания в яичниках исследованных видов грызунов численности
вступающих в быстрый рост фолликулов, в корковом веществе яичников отмечается повышение доли атретических
фолликулов. Это свидетельствует о неблагоприятном воздействии комплекса загрязняющих веществ,
выбрасываемых ОХМК «Уральская сталь» на яичники животных, что выражается в наличии деструктивных
изменений в них.
На территориях, подверженных влиянию выбросов Орско-Халиловского металлургического комбината
«Уральская сталь», у беременных самок всех исследованных видов грызунов в матке наряду с крупными,
сформированными эмбрионами обнаруживались мелкие и недоразвитые. Данный факт может свидетельствовать о
повышенной эмбриональной смертности у самок экологически неблагополучных регионов.
Рисунок 1.
Различия по сравнению с контролем статистически достоверны при р ≤ 0,05
Рисунок 2.
Различия по сравнению с контролем статистически достоверны при р ≤ 0,05
Рисунок 3.
Различия по сравнению с контролем статистически достоверны при р ≤ 0,05
Полученные нами результаты согласуются с данными, имеющимися в литературе, по влиянию загрязняющих
веществ различных промышленных предприятий на сообщества позвоночных [Богоявленская В.Ф. и соавт., 2001;
Катаев Г.Д., 2005; Шевлюк Н.Н., Блинова Е.В., 2006; Блинова Е.В., 2009 и др.].
Таким образом, выявленные факты указывают на предельно напряженный характер функционирования
эндокринных и герминативных структур гонад животных в экосистемах, испытывающих воздействие выбросов
ОХМК «Уральская сталь».
ВЫВОДЫ
1. В зоне влияния ОХМК «Уральская сталь» возрастает интенсивность размножения исследованных видов
мелких млекопитающих (лесной мыши, полевой мыши, обыкновенной полевки), выражающаяся в увеличении доли
животных, принимающих участие в размножении в течение весенне-летне-осеннего сезона, а также участии в
репродукции животных более раннего возраста.
2. Морфологические нарушения в семенниках в условиях влияния техногенных факторов металлургического
комбината имеют однотипный характер и проявляются возрастанием в семенниках млекопитающих доли канальцев
с деструкцией сперматогенного эпителия, повышением доли соединительной ткани в органе, снижением диаметра
извитых семенных канальцев. Однако глубина и степень нарушений более выражена у животных, отловленных
вблизи предприятия.
3. Основными видами повреждения сперматогенного эпителия в извитых семенных канальцах являются:
- нарушение упорядоченности сперматогенного эпителия (дезорганизация сперматогенного пласта);
- наличие большого числа многоядерных клеток;
- деструкция сперматогенных клеток (сперматоцитов, сперматид, сперматозоидов).
4. Наиболее типичной реакцией со стороны интерстициальных эндокриноцитов семенников исследованных
видов животных из техногенной территории является усиление гетероморфности в популяции клеток Лейдига.
Преобладают эндокриноциты со средними размерами ядер и цитоплазмы, которые являются более устойчивыми к
действию повреждающих факторов металлургического производства.
5. В яичниках самок млекопитающих из популяций, населяющих территории, подверженные воздействию
выбросов ОХМК «Уральская сталь», наблюдается более быстрое истощение резерва фолликулов, что может
свидетельствовать о стимулирующем влиянии комплекса негативных факторов на фолликулогенез. На фоне
возрастания в яичниках численности вступающих в быстрый рост фолликулов отмечается повышение доли
атретических фолликулов.
Снижение содержания фолликулов в яичниках самок всех исследованных видов грызунов в зоне влияния
предприятия черной металлургии связано как с интенсификацией репродуктивной активности, так и с повышенной
элиминацией. Значительная часть фолликулов подвергалась деструктивным изменениям, причем более
устойчивыми к дегенеративным изменениям были покоящиеся фолликулы.
6. Повышенная элиминация генеративных структур семенников и яичников может рассматриваться двояко: и
как результат деструктивных воздействий на репродуктивную функцию, и в тоже время, как результат адаптивных
возможностей популяции (элиминация генетически дефектных половых клеток, направленная на защиту генофонда
популяции).
7. Напряженный характер репродуктивной активности лесной мыши, полевой мыши и обыкновенной
полевки (установленный по показателям морфофункциональной характеристики гонад) в зоне влияния ОХМК
«Уральская сталь» может являться одним из факторов снижения численности видов на наблюдаемых территориях:
в районе п. Аккермановка (в 3 км от предприятия) и в районе п. Новорудный (в 45 км от предприятия).
СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
1. Мешкова О.А. Реакция популяций мелких млекопитающих на антропогенные воздействия / О.А. Мешкова
// Наука и образование: исследования молодых ученых: сборник статей аспирантов ОГПУ / под общ. ред. В.А.
Лабузова. – Оренбург: ГУ «РЦРО», 2009. – С. 173-177.
2. Шевлюк Н.Н. Морфофункциональная характеристика семенников позвоночных, обитающих в зоне
влияния предприятия чёрной металлургии / Н.Н. Шевлюк, О.А. Мешкова, Л.Н. Филатова
//
Морфологические ведомости. – 2009. - № 3. – С. 293-294.
3.
Шевлюк Н.Н. Морфофункциональная характеристика органов репродуктивной системы
позвоночных (амфибии, рептилии, млекопитающие), обитающих в антропогенно измененных ландшафтах
Южного Урала / Н.Н. Шевлюк, О.А. Мешкова, Л.Н. Филатова // Морфология. – 2009. – Т. 136, № 4. – С. 155.
4.
Шевлюк Н.Н. Интерстициальные эндокриноциты (клетки Лейдига) семенников в постнатальном
онтогенезе млекопитающих / Н.Н. Шевлюк, Е.В. Блинова, Д.А. Боков, Е.Е. Елина, О.А. Мешкова // Вопросы
морфологии XXI века. Выпуск 2. Сборник научных трудов. К 80-летию со дня рождения профессора Алексея
Андреевича Клишова / под ред. Р.К. Данилова, С.В. Костюкевича, И.А. Одинцовой. – СПб.: Изд-во ДЕАН, 2010. –
С. 192-195.
5. Обухова Н.В. Сравнительная эколого-морфологическая и функциональная характеристика органов
репродуктивной системы позвоночных из популяций, обитающих в зоне влияния предприятия чёрной
металлургии / Н.В. Обухова, Н.Н. Шевлюк, О.А. Мешкова, Л.Н. Филатова // Известия ОГАУ. – 2010. - №
4(28). – С. 208-210.
6. Шевлюк Н.Н. Морфогенетические преобразования эндокринных и герминативных структур семенников
позвоночных в условиях действия неблагоприятных техногенных факторов среды / Н.Н. Шевлюк, Е.В. Блинова,
О.А. Мешкова, Л.Н. Филатова // Ретиноиды. Альманах. Выпуск 32. Материалы 8-й Всероссийской научной
конференции «Бабухинские чтения в Орле». г. Орел, 1-2 июня 2011 г. – М.: ЗАО «Ретиноиды», 2011. – С. 282-286.
____________________________________________________________________________________________________
Отпечатано в типографии Оренбургского государственного педагогического университета
Лицензия 021346 от 2.08.97 г. Подписано в печать 18.07.2011 г.
Заказ № 800. Усл.печ.л. 10,47. Тираж 100 экз.
460844, г. Оренбург, ул. Советская, 19.