МОРФОФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ АДАПТАЦИИ АМФИБИЙ ГОРОДСКИХ ТЕРРИТОРИЙ
Автор Романова Е.Б., Южина Е.А., Досаева И.О.
21.01.2010 г.
Эта работа опубликована в сборнике статей с материалами трудов 1-ой
международной телеконференции "Проблемы и перспективы современной
медицины, биологии и экологии". Название сборника "Фундаментальные
науки и практика Том 1, №1"
Нижегородский государственный университет имени Н.И. Лобачевского, г. Нижний Новгород, Россия
Особое место среди трансформированных ландшафтов занимают наиболее измененные и загрязненные человеком городские территории, где в условиях значительного комплексного загрязнения и высокой разнородности всех параметров среды, масштабы и темпы эволюционных изменений в популяциях существенно отличаются от естественных экосистем (Большаков и др., 2001).
Целью работы являлась количественная оценка лейкоцитарного состава периферической крови и индекса внутренних органов популяций зеленых лягушек урбанизированной территории.
Материалы и методы
Объектом исследования являлись зеленые лягушки рода Rana, широко использующиеся как виды-индикаторы. Лягушек отлавливали в водоемах Нижегородской области и г. Нижнего Новгорода в течение полевых сезонов 2000-2009 г. Животных обездвиживали, брали на анализ периферическую кровь и внутренние органы (тимус, селезенку, печень). Кровь использовали для подсчета числа и качественного состава лейкоцитов (Меньшиков, 1987). Массы тела амфибий определяли на технических весах с точностью до 0,02 г (ошибка измерения 0,01), а размеры лимфоидных органов на торсионных весах Waga Torsyjna-WT с точностью до 0,1 мг (ошибка измерения ± 0,03). Индекс (относительный размер) органов вычисляли в промилле (‰), т.е. как отношение массы органа (мг) к массе тела (г) (Ивантер и др., 1985). Анализ флуктуирующей асимметрии (ФА) проводили по комплексу из 11-ти признаков окраски для зеленых лягушек. Степень отклонения качества среды от нормы определяли по нарушению стабильности развития (ФА) и оценивали по пятибалльной шкале (Методические рекомендации…, 2003). Полученные экспериментальные данные обработаны методом непараметрической статистики с расчетом критериев Манна-Уитни, Крускала-Уоллиса, коэффициента ранговой корреляции Спирмена (Реброва, 2003), реализованных в пакете Statistica 6.0.
Результаты и их обсуждение
В результате биоиндикации водоемов, по стабильности развития популяций зеленых лягушек рода Rana, были получены значения величин ФА, что позволило охарактеризовать качество среды обитания в каждом водоеме и распределить все исследованные экосистемы на пять обобщенных групп, в соответствии со шкалой балльной оценки качества среды обитания. Первая группа – I балл качества среды – условно-нормальное (показатель ФА– 0,45±0,0014); 2 группа – II балл качества среды - начальные (незначительные) отклонения от нормы (показатель ФА – 0,51±0,0006); 3 группа –III балл качества среды – средний уровень отклонения от нормы (показатель ФА – 0,57±0,0014); 4 группа –IV балл качества среды – существенные (значительные) отклонения от нормы (показатель ФА – 0,62±0,0007); 5 группа –V балл качества среды критическое состояние (показатель ФА – 0,67±0,0015).
Для всех популяций лягушек, обитающих в водоемах с высоким прессом антропогенной нагрузки (II - V балл качества среды) было характерно снижение общей доли лейкоцитов в периферической крови, при этом была установлена отрицательная корреляция величины ФА и общего числа лейкоцитов в периферической крови лягушек. Уравнение регрессии, аппроксимирующее линейную зависимость данных показателей имело вид: ( ). Результат анализа зависимости, показал, что примерно на 65% (показатель детерминации R2=0,65), дисперсия показателя лейкоцитов может быть объяснена дисперсией величины ФА (рис.1).
Для получения морфофизиологического показателя, не зависящего от массы животного, были рассчитаны интегральные индексы внутренних органов (масса органа/масса тела, в ‰). Анализ полученных значений индексов органов выборок из популяций зеленых лягушек по критерию Крускала-Уоллеса выявил существенные различия между исследованными группами (табл. 1). Показано, что в условиях постепенного возрастания антропогенной нагрузки в популяциях амфибий
Рис. 1. Зависимость числа лейкоцитов в периферической крови зеленых лягушек от величины флуктуирующей асимметрии билатеральных признаков.
увеличивалась относительная масса тимуса и печени. Относительная масса селезенки лягушек также изменялась при разном качестве среды обитания, с уменьшением показателя при среднем уровне отклонения качества среды от нормы (Z=2,54;p=0,010) и возрастанием относительной массы органа в 3,36 раза при критическом состоянии среды обитания (Z=2,06; p=0,038). Увеличение индекса селезенки могло указывать на более интенсивное протекание процессов кроветворения и/или иммунологических реакций, вызванное негативным воздействием окружающей среды.
Полученные нами результаты хорошо согласуются с концепцией С.С. Шварца (1968), согласно которой, в условиях средового стресса адаптивную ценность приобретают механизмы перестройки организма, направленные на повышение уровня метаболизма. Как известно, при достижении половой зрелости (в возрасте двух-трех лет) тимус зеленых лягушек инволюционирует (Robert et al., 1994).Увеличение индекса тимуса указывало на наличие негативного воздействия внешней среды на организм и могло быть связано с увеличением общего количества тимоцитов за счет интенсификации работы иммунной системы в условиях загрязнения, что подтверждалось нашими исследованиями по оценке жизнеспособности ядросодержащих клеток в тимусе (Романова, 2008). Индекс печени статистически значимо выше у амфибий в условиях загрязнения, что свидетельствует о повышении уровня метаболизма животных при дополнительных затратах на детоксикацию ксенобиотиков. Колебания относительных масс лимфоидных органов обусловлены, по-видимому, корректирующим действием экологических факторов и адаптивными реакциями животных.
Таблица 1
Статистический
анализ интегральных индексов органов амфибий, обитающих в водоемах
Нижегородской области и г. Нижнего Новгорода
Как было отмечено нами ранее (Романова, Досаева, Южина, 2009) качественный анализ состава лейкоцитов периферической крови амфибий выявил чувствительность к изменению среды обитания всех субпопуляций лейкоцитов: как гранулоцитов, так и агранулоцитов. Тип реакции белой крови в условиях воздействия комплекса антропогенных факторов определялся величиной пресса антропогенной нагрузки на среду обитания. Одним из показателей, характеризующих степень выраженности воспалительных процессов в организме. является лейкоцитарный индекс, который рассчитывается, как отношение суммы показателей неблагополучия (нейтрофильных гранулоцитов и плазматических клеток) к сумме положительных факторов (лимфоцитов, моноцитов и эозинофилов) периферической крови (Добротина, Копытова, 2004). По нашим данным у популяции амфибий, обитающих в условиях критического состояния среды обитания (V балл качества среды), величина индекса интоксикации была в 1,4 раза выше (0,60 0,03, р = 0,0035) по сравнению с аналогичным показателем условно контрольной группы (0, 43+-0,02). Увеличение данного показателя подтверждает возрастание степени интоксикации организма в условиях сильного загрязнения.
В градиенте возрастания пресса антропогенной нагрузки наблюдалось перераспределение клеточного баланса многочисленного пула нейтрофильных гранулоцитов, обеспечивающих определенный уровень активации иммунной системы животных. У амфибий условно контрольной зоны в периферической крови соотношение палочкоядерных форм нейтрофильных гранулоцитов к сегментоядерным формам составляло 1:4; в условиях II - IV балла качества среды изменялось до 1:5 и при критическом состоянии среды (V балл) – достигало максимума -1:10. Одновременно отмечено и статистически значимое возрастание числа молодых форм гранулоцитов до (5,71+-0,83%, р=0,04), что в 2,5 раза превышало число миелоцитов в условно контрольной группе (2,20+-0,17%).
Полученные данные отражают пластичность компенсаторных возможностей организма животных к существованию в условиях урбанизации и ухудшения качества среды обитания.
Литература
Большаков, В.Н. Специфика формирования видовых сообществ животных в техногенных и урбанизированных ландшафтах / В.Н.Большаков, О.А. Пястолова, В.Л.Вершинин // Экология.– 2001.– №5.– С.343–354.
Добротина, Н.А. Эндоинтоксикация организма человека: методологические и методические аспекты/ Н.А. Добротина, Т.В. Копытова.- Нижний новгород, 2004.- 74с.
Ивантер, Э.В. Адаптивные особенности мелких млекопитающих /Э.В. Ивантер, Т.В. Ивантер, И.Л.Туманов.– Ленинград: Наука, 1985. – 320с.
Меньшиков, В.В. Лабораторные методы исследования в клинике / В.В. Меньшиков, Л.Н. Делекторская, Р.П. Золотницкая и др.– М., 1987.– 368с.
Методические рекомендации по выполнению оценки качества среды по состоянию живых существ (оценка стабильности развития живых организмов по уровню асимметрии морфологических структур).– М., 2003.– 24с.
Реброва, О. Ю. Статистический анализ медицинских данных. Применение пакета прикладных программ STATISTIKA / О. Ю. Реброва.– М.: Медиа Сфера, 2006.– 312с.
Романова, Е.Б. Сравнительная характеристика гематологических и иммунологических показателей амфибий, обитающих в водоемах урбанизированных территорий /Е.Б. Романова // Современное состояние и пути развития популяционной биологии: Материалы Х Всероссийского популяционного семинара (г. Ижевск, 17-22 ноября 2008). – Ижевск: Книгоград, 2008.– С. 416–418.
Романова, Е.Б. Оценка состояния популяций амфибий, обитающих в городских водоемах / Е.Б. Романова, И.О. Досаева, Южина Е.А.// Современный мир, природа и человек: Сб. научн. тр. Томского гос. ун-та. Раздел 3. Актуальные проблемы жизнедеятельности животных. – Томск, 2009.–С. 38–39.
Шварц, С.С. Метод морфофизиологических индикаторов в экологии наземных позвоночных / С.С. Шварц, В.С. Смирнов, Л.Н. Добринский. – Свердловск, 1968.– С. 4–6; 214–222.
Robert, J. Limphoid tumors of Xenopus laevis with different capacities for growth in larvae and adults / J. Robert, C. Du Guiet, L. Pasguer // Devel. Immunol.– 1994.– №3.– P.297–307.
