О реакции пресноводной гидры на экзогенные биологически активные (гормо-нальные) соединения
О реакции пресноводной гидры на экзогенные биологически активные (гормональные) 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.
Для подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://elib.albertina.ru