Статья: О реакции пресноводной гидры на экзогенные биологически активные (гормо-нальные) соединения
Статья: О реакции пресноводной гидры на экзогенные биологически активные (гормо-нальные) соединения
С.М.
Никитина, И.А. Ваколюк (Калининградский государственный университет)
Функционирование
гормонов как важнейших регуляторов и интеграторов метаболизма и
разнообразнейших функций в организме невозможно без существования систем
специфической рецепции сигнала и его трансформации в конечный полезный эффект,
то есть без гормонкомпетентной системы [1]. Иными словами, наличие реакции на
организменном уровне на экзогенные соединения невозможно без наличия
циторецепции к этим соединениям и соответственно без существования у этих
животных эндогенных соединений, родственных тем, которыми мы воздействуем. Это
не противоречит концепции универсальных блоков [4, 5, 7, 11], когда основные
молекулярные структуры в функциональных системах живых организмов
обнаруживаются практически в полном наборе уже на самых ранних этапах эволюции,
какие только доступны изучению, представлены ограниченным числом молекул и
осуществляют одноименные элементарные функции не только у представителей одного
царства, например в разных группах млекопитающих или даже в разных типах, но и
у представителей различных царств, в том числе у многоклеточных и
одноклеточных, у высших эукариот и прокариот.
Однако
следует обратить внимание на то, что данные о составе и функциях соединений,
выполняющих роль гормонов у позвоночных животных, у представителей таксонов
достаточно низкого филогенетического уровня только начинают появляться [7]. Из
групп животных низкого филогенетического уровня - гидра как представитель
кишечнополостных является наиболее примитивным организмом, обладающим настоящей
нервной системой. Нейроны различаются морфологически, химически и, вероятно,
функционально. Каждый из них содержит нейросекреторные гранулы [2, 9, 12].
Установлено значительное разнообразие нейрональных фенотипов у гидры. В
гипостоме имеются упорядоченно расположенные группы по 6-11 синаптически связанных
клеток, которые можно рассматривать как доказательство наличия у гидр
примитивных нервных ганглиев. Кроме обеспечения поведенческих реакций, нервная
система гидр выполняет роль эндокринной регуляторной системы [8, 10],
обеспечивая контроль метаболизма, размножения, развития. У гидр существует
дифференцировка нервных клеток по составу содержащихся в них нейропептидов
[3]). Предполагают [9, 10, 6], что молекулы окситоцина, вазопрессина, половых
стероидов и глюкокортикоидов являются универсальными. Они найдены и у
представителей кишечнополостных. Головной и подошвенный активаторы (и
ингибиторы) выделены из метаноловых экстрактов тела гидр. Головной активатор,
выделенный из актиний, аналогичен по составу и свойствам нейропептиду,
обнаруженному в гипоталамусе и кишечнике коровы, крысы, свиньи, человека и в
крови последнего. Кроме того, было показано, что и у беспозвоночных и у
позвоночных [10] в обеспечении реакции клеток на нейрогормоны участвуют
циклические нуклеотиды, то есть механизм действия этих веществ в двух
филогенетически различных линиях един.
Целью
данного исследования, учитывая вышеизложенное, мы избрали изучение комплексного
влияния на пресноводную гидру экзогенных биологически активных (гормональных)
соединений.
Материал
и методы исследования
Животных
для эксперимента собирали в июне-июле 1985-1992 гг. на стационаре (протока реки
Немонин, поселок Матросово Полесского района). Адаптация к содержанию в
лабораторных условиях - 10-14 суток. Объем материала: тип - Coelenterata; класс
- Hydrozoa; вид - Hydra oligactis Pallas; количество - 840. Количество животных
отражено в начале эксперимента и не учитывается прирост численности.
В
работе были использованы водорастворимые гормональные соединения окситоцинового
ряда, передней доли гипофиза с исходной активностью в 1 мл (ип) (гифотоцин -
5ЕД, питуитрин - 5ЕД, маммофизин - 3ЕД, префизон - 25ЕД, гонадотропин - 75ЕД) и
стероид - преднизолон - 30 мг, которые у позвоночных обеспечивают трехзвенную
эндокринную регуляцию, включающую гипоталамо-гипофизарный комплекс и
эпителиальные железы.
В
предварительных опытах были использованы концентрации препаратов от 0,00002 до
20 мл ип/л среды содержания животных.
Проводилось
три группы исследования:
1-я
- определение "+" или "-" реакции во всех принятых нами
концентрациях;
2-я
- определение диапазона концентраций, обеспечивающих работу в хроническом
режиме разной продолжительности;
3-я
- хронический эксперимент.
В
эксперименте учитывалась активность почкования гидры. Полученные данные
подвергались стандартной статистической обработке.
Результаты
исследований
При
определении "±" реакции гидр в широком диапазоне
концентраций соединений были отобраны три (0,1 мл ип/л среды, 0,02 мл ип/л
среды и 0,004 мл ип/л среды).
В
контрольной группе гидр в течение пяти суток почкование оставалось на уровне
0,0- 0,4 почки /гидру (Ра). В среде минимальной концентрации префизона прирост
был 2,2 особи/гидру, питуитрина - 1,9 особи/гидру (достоверность различий с
контролем крайне высока - с уровнем значимости 0,01). В средних концентрациях
хорошо себя проявили гифотоцин, маммофизин и префизон (1,8-1,9 особей/гидру).
Преднизолон в минимальной, и особенно в средней концентрации, вызвал прирост
численности 1,1-1,3 особи/гидру, что значительно превышает контроль.
В
следующем эксперименте использованы только оптимальные концентрации
гормональных соединений. Продолжительность эксперимента - 9 суток. К началу
опыта по значению Ра контрольная и экспериментальная группы достоверно не
различимы. Через девять суток эксперимента значения Ра достоверно отличалось в
опытных группах и контроле с уровнем значимости 0,05 (табл. 1).
Таблица
1
Влияние
гормональных препаратов на почкование гидры (Ра) и вероятность достоверности их различий (р)
Среда |
Ра |
Изменение |
р |
|
1 сутки |
9 сутки |
Ра |
1 сутки |
9 сутки |
Контроль |
1,2±0,8 |
1,5±0,9 |
0,3±0,1 |
- |
- |
Гонадотропин |
2,1±1,2 |
5,1±0,3 |
3,0±0,8 |
0,71 |
0,95 |
Префизон |
1,1±0,7 |
4,9±2,0 |
3,8±1,3 |
0,13 |
0,97 |
Гифотоцин |
1,8±0,8 |
6,1±2,2 |
4,3±1,4 |
0,58 |
0,99 |
Питуитрин |
0,8±0,5 |
4,5±2,0 |
3,7±1,5 |
0,47 |
0,98 |
Маммофизин |
1,1±0,3 |
5,3±2,0 |
4,2±1,7 |
0,15 |
0,99 |
Преднизолон |
1,5±0,4 |
7,1±2,2 |
5,6±1,8 |
0,43 |
0,99 |
Как
видно из таблицы, наибольшее значение Ра получено при содержании животных в
преднизолоне. Все пептидные препараты дают приблизительно сходные значения Ра
(в среднем 3,8±0,5). Однако и здесь есть разброс. Наилучший эффект (4,3±1,4)
достигается при содержании животных в среде с очищенным экстрактом
нейрогипофиза - гифотоцином. Близок к нему по степени воздействия маммофизин. В
экспериментальных группах с питуитрином и префизоном значения величины Ра равны
3,7±1,5 и 3,8±1,3 соответственно. Наименьший эффект дает воздействие на гидр
гонадотропином. Недостоверные различия в Ра возникают к концу первых суток
после помещения гидр в растворы гормональных препаратов. На протяжении девяти
суток эксперимента Ра в контроле не изменяется. Начиная с третьих суток Ра во
всех экспериментальных группах существенно превышает Ра в контроле. Следует
отметить постепенное достоверное увеличение этого показателя у
экспериментальных групп к девятым суткам.
Для
оценки статистической достоверности оказываемых воздействий сравнивались
значения критерия F (отношение средних квадратов), полученные для каждого из
двух факторов в отдельности (А - фактор длительности содержания; В - фактор
воздействия) и для их взаимодействия (А+В), и табличные значения критерия для
двух уровней значимости Р=0,05 и Р=0,01 (табл. 2).
Таблица
2
Результаты
дисперсионного анализа влияния гормональных препаратов и длительности содержания на интенсивность
бесполого размножения Hydra oligactis
Фак- |
Фактическое в группах |
Табличое Р |
торы |
Питуитрин |
Маммофизин |
Гифотоцин |
Гонадотропин |
Префизон |
Преднизолон |
0,05 |
0,01 |
А |
3,44 |
1,40 |
2,27 |
2,17 |
3,62 |
1,30 |
1,92 |
2,50 |
В |
8,37 |
4,04 |
8,09 |
4,73 |
8,26 |
12,70 |
4,00 |
7,08 |
А+В |
1,12 |
0,96 |
0,56 |
0,37 |
1,07 |
1,03 |
1,92 |
2,50 |
Как
видно из таблицы, Fфакт для фактора воздействия при уровне значимости 0,05 во
всех экспериментальных группах больше Fтабл, а при уровне значимости 0,01 такая
картина наблюдается в группах с питуитрином, гифотоцином, префизоном и преднизолоном,
причем степень воздействия в группе с преднизолоном самая высокая, намного
больше, чем в группах с питуитрином, гифотоцином и префизоном, имеющих сходную
силу воздействия (значения Fфакт очень близки). Влияние взаимодействия факторов
А и В во всех экспериментальных группах не является доказанным.
Для
фактора А Fфакт меньше Fтабл (при обоих уровнях значимости) в группах с
маммофизином и преднизолоном. В группах с гифотоцином и гонадотропином Fфакт
больше Fтабл при Р=0,05, то есть влияние этого фактора не может считаться
окончательно доказанным, в отличие от экспериментальных групп с питуитрином и
префизоном, где Fфакт больше Fтабл и при Р=0,01 и при Р=0,05.
Все
гормональные препараты, кроме гонадотропина, в той или иной степени задерживают
начало бесполого размножения. Однако статистически достоверным это оказывается
только в группе с префизоном (Р=0,01). Использованные в эксперименте
гормональные препараты достоверно не влияют на продолжительность развития
единственной почки, изменяют взаимное влияние первой и второй почек: питуитрин,
маммофизин, префизон, гонадотропин - при наличии только сформированного
головного отдела развивающихся почек; питуитрин, гонадотропин и преднизолон -
при наличии хотя бы одного сформированного подошвенного отдела развивающихся
почек.
Таким
образом, можно считать установленной чувствительность гидр к широкому спектру
гормональных соединений позвоночных и предположить, что экзогенные гормональные
соединения включаются (как синергисты или антагонисты) в эндокринный регуляторный
цикл, присущий самой гидре.
Список литературы
1.
Перцева М.Н. Межмолекулярные основы развития гормонкомпетентности. Л.: Наука,
1989.
2.
Богута К.К. Некоторые морфологические принципы формирования низкоорганизованных
нервных систем в онто- и филогенезе // Успехи современной биологии. М.: Наука,
1986. Т. 101. Вып. 3.
3.
Иванова-Казас А.А. Бесполое размножение животных. Л., 1971.
4.
Наследов Г.А. Многовариантность осуществления элементарных функциональных задач
и упрощение системы молекулярных взаимодействий как закономерность
функциональной эволюции // Журнал эволюционной биохимии и физиологии. 1991. Т. 27.
№ 5.
5.
Наточин Ю.В., Бройнлих Х. Использование методов токсикологии в изучении
проблемы эволюции функций почки // Журнал эволюционной биохимии и физиологии.
1991. Т. 27. № 5.
6.
Никитина С.М. Стероидные гомоны у беспозвоночных животных: Монография. Л.:
Изд-во ЛГУ, 1987.
7.
Афонькин С.Ю. Межклеточное самораспознование у простейших // Итоги науки и
техники. М., 1991. Т. 9.
8.
Проссер Л. Сравнительная физиология животных. М.: Мир, 1977. Т. 3.
9.
Резников К.Ю., Назаревская Г.Д. Стратегия развития нервной системы в онто- и
филогенезе. Гидра // Успехи современной биологии. М.: Наука, 1988. Т. 106.
Вып.2 (5).
10.
Шейман И.М., Балобанова Э.Ф., Пептидные гормоны беспозвоночных // Успехи
современной биологии. М.: Наука, 1986. Т. 101. Вып. 2.
11.
Этингоф Р.Н. Изучение молекулярной структуры нейрорецепторов. Методические
подходы, эволюционные аспекты // Журнал эволюционной биохимии и физиологии.
1991. Т. 27. № 5.
12. Highnam K.C., Hill L. The
comparative Endocrinology of the Invertebrates // Edward Arnold, 1977.
|