INTERANNUAL MORPHOLOGICAL VARIABILITY OF THE GONADS OF THE EUROPEAN BANK VOLE IN OPTIMAL HABITAT CONDITIONS

Full Text

Морфофункциональная характеристика семенников млекопитающих в условиях сезонного изменения репродуктивной активности и антропогенного воздействия дана достаточно полно [8, 9]. Однако в популяциях мелких млекопитающих большое влияние на состояние половой системы оказывают размер сообщества, его численность, плотность. Исследования динамики численности популяции млекопитающих показали, что, несмотря на закономерность сезонных эндокринных колебаний, для каждой фазы численности характерны свои особенности [11]. С увеличением плотности популяции возникают явления физиологического стресса, приводящие к торможению полового созревания у молодых особей и снижению репродуктивной активности у взрослых. Для многих видов млекопитающих характерна связь репродуктивной функции с плотностью природной популяции, а также этологической структурой популяции. На основе зоосоциального поведения проявляются авторегуляторные механизмы, которые поддерживают пространственную и демографическую структуру популяции, соответствующую условиям обитания. Действие внутрипопуляционных механизмов осуществляется, главным образом, через нейроэндокринную систему. Известно, что семенник и яичник, помимо генеративной функции, выполняют эндокринную, связанную с выработкой гормонов, которые взаимодействуют с гипоталамо-гипофизарной системой [6, 10]. Помимо центральной регуляции, существуют местные (паракринные) регуляторные факторы, взаимодействующие в гонадах и обеспечивающие оптимальные условия для развития половых клеток. В сложной системе центральных и местных регуляторных факторов остается много неясных и противоречивых моментов, требующих уточнений, особенно при разных уровнях численности популяции. Необходимость в изучении межгодовой изменчивости морфофункционального состояния гонад лесных полевок продиктована тем обстоятельством, что в большинстве случаев в качестве биоиндикатора антропогенной нагрузки на организм используются мелкие млекопитающие. Цель данной работы - анализ структурнофункционального состояния семенников и яичников рыжей полевки в разные годы, для которых характерны колебания численности популяции. Материал и методы . Объектом исследования служили гонады самок и самцов рыжей полевки (Clethrionomys glareolus Schreber, 1780), обитающих в условно-коренных и коренных пихтово-еловых лесах Висимского государственного природного биосферного заповедника. Отлов животных проводили в годы низкой (1990, 1993), роста (1991, 2003, 2006) и пика (1992, 2001, 2004) численности популяции в период июнь - начало августа. Фазы популяционного цикла определяли с учетом относительной численности и демографической структуры популяции [2]. При исследовании морфофизиологических параметров рыжей полевки использовали метод морфофизиологических индикаторов [7]. Животных классифицировали на перезимовавших, сеголеток половозрелых и сеголеток неполовозрелых. Перезимовавшие особи и половозрелые сеголетки по репродуктивным показателям значимо не различались, поэтому их объединили в одну группу - размножающиеся животные. О генеративном состоянии самцов судили по размерам семенников, их тургору, наличии в придатке семенников сперматозоидов, величине семенных пузырьков и состоянию сперматогенеза в извитых канальцах. Участие в размножении самок оценивали по наличию зрелых фолликулов и желтых тел беременности в яичниках, присутствию эмбрионов и плацентарных пятен. Животных умерщвляли путем цервикальной дислокации в соответствии с этическими нормами работы с животными. Для гистологического анализа были использованы 160 самцов и 71 самка. Полученный материал фиксировали в 12% нейтральном формалине, парафиновые срезы толщиной 5-7 мкм готовили по стандартной методике, окрашивали гематоксилином Майера - эозином. На светооптическом уровне в семенниках с помощью программного продукта SIAMS Photolab определяли диаметр семенных канальцев (мкм), площадь ядер (мкм2) интерстициальных эндокриноцитов и сустентоцитов. Размеры ядер этих клеток характеризуют их функциональную активность, которая у первых связана с выработкой тестостерона у вторых - с синтезом андрогенсвязывающего белка (АСБ), ингибина и других белков. У неполовозрелых животных эндокринный отдел семенников не исследовали. Измерение максимальных диаметров фолликулов проводили на серийных срезах, изготовленных по стандартной методике с использованием программного продукта ImageJ в соответствии с общепринятыми рекомендациями [1]. Для оценки интенсивности процесса фолликулогенеза измеряли максимальные диаметры растущих (вторичных и третичных) фолликулов (мкм) в яичниках неполовозрелых и беременных самок. Для исключения влияния возрастных особенностей яичника у неполовозрелых самок были отобраны рыжие полевки, близкие по массе. Выбор беременных самок обусловлен тем, чтобы исключить влияние особенностей овариального цикла половозрелых животных на функциональную активность яичника. Статистическую обработку данных выполняли с помощью моделей дисперсионного анализа, критерия Фишера (угловое преобразование Фишера для сопоставления двух выборок по частоте распределения признака) (Statistica 6.0). Для статистических тестов принят 5% уровень значимости. Результаты исследования . При изучении морфофизиологических параметров у размножающихся самцов обнаружено увеличение массы тела животных и массы семенников на пике численности популяции (табл. 1). Морфологическая характеристика семенников размножающихся самцов в фазе роста численности свидетельствует об активном процессе сперматогенеза, протекающего в семенных канальцах большинства животных (до 95%). На срезах извитых канальцев представлены все стадии цикла сперматогенеза. В фазе пика численности наблюдается уменьшение диаметра извитых канальцев, площади ядер интерстициальных эндокриноцитов, сустентоцитов и увеличение доли извитых семенных канальцев с деструкцией сперматогенного пласта (P<0,05). К наиболее часто встречающимся нарушениям можно отнести: пикноз ядер сперматогенных клеток, наличие многоядерных клеток, дезорганизацию сперматогенного пласта, его отслоение от базальной мембраны, атрофию семенных канальцев. В фазе роста численности доля канальцев с деструкцией сперматогенного пласта составляла 5%, а в фазе пика - 10%. В фазе пика численности у 80% зверьков отмечаются дегенеративные изменения в сперматогенном пласте, у 60% - атрофия семенных канальцев. Площадь ядер интерстициальных эндокриноцитов колеблется от 20 до 41 мкм2. На срезах можно различить 3 типа клеток: малые, средние и большие. Малые интерстициальные эндокриноциты локализуются в основном вблизи сосудов (перивазальные), большие - располагаются изолированно вблизи семенных канальцев (перитубулярные). В фазе пика численности наблюдается возрастание доли соединительной ткани в интерстиции органа. При изучении морфофизиологических показателей у неполовозрелых животных в фазе пика и низкой численности отмечается снижение массы тела, семенников и уменьшение диаметра извитых канальцев (P<0,05) (см. табл. 1). При анализе структуры семенников у большинства неполовозрелых особей в фазе роста численности сперматогенез находится на стадиях созревания и формирования, в фазе пика и низкой численности - на стадиях роста и размножения (рис.1). Корковое вещество яичников у всех изученных животных представлено фолликулами различной степени зрелости, расположенными в соединительнотканной строме. Как у беременных самок, так и у неполовозрелых, на срезах яичника можно обнаружить первичные, вторичные и третичные фолликулы. У беременных животных имеются желтые тела, размеры которых могут достигать 1-1,2 мм. Количество вторичных и третичных фолликулов в яичниках у беременных и неполовозрелых самок примерно одинаково (F=0,17, p=0,68) (табл. 2). Морфометрический анализ яичников у половозрелых животных показал, что диаметры вторичных и третичных фолликулов значимо больше, чем у неполовозрелых самок (F=43,52, P<0,01) (см. табл. 2). Размеры третичных фолликулов у рыжей полевки в разные годы изменяются незначительно. У беременных самок отмечено значимое увеличение диаметра вторичных фолликулов в фазе росте численности популяции по сравнению с таковым в фазе пика (рис. 2), у неполовозрелых животных такая зависимость иногда нарушается. Так, размеры вторичных фолликулов у неполовозрелых самок в 2004 г. (в фазе пика) оказались выше, чем в 2006 г. (в фазе роста) (см. рис. 2, б). Структура популяции по полу и возрасту в разные годы, в том числе относящейся к одной фазе численности, может существенно различаться по количеству зверьков, вступающих в размножение в год своего рождения. Так, доля половозрелых сеголеток в изучаемом районе в 2003 г. (фаза роста) составила 35%, ав 2006 г. (фаза роста) - 11% (φ*=4,172, P<0,05), что свидетельствует о снижении интенсивности размножения. Низкие значения диаметров вторичных фолликулов у неполовозрелых самок в 2006 г. подтверждают данное предположение. Обсуждение полученных данных. В результате нашего исследования выявлена взаимосвязь между структурно-функциональной изменчивостью гонад рыжей полевки и колебаниями численности популяции. Наблюдаемое увеличение массы зверьков при высокой численности популяции является одной из характерных черт популяционного цикла мышевидных грызунов и обусловлено высокими темпами роста животных [11]. В фазе пика численности популяции увеличение массы семенников сопровождается уменьшением диаметра извитых канальцев, т. е. снижением герминативной функции семенника. В фазе пика численности доля размножающихся животных представлена перезимовавшими зверьками, которые обладают высоким уровнем метаболизма и быстро стареют. У стареющих животных при физиологическом стрессе наблюдается гормональный дисбаланс и угнетение сперматогенеза [3]. Наблюдавшееся нами снижение функциональной активности интерстициальных эндокриноцитов на пике численности животных является результатом активации гипофизарно-надпочечниковой системы, которая приводит к повышению уровня глюкокортикоидов, понижению содержания лютеинизирующего гормона и, соответственно, снижению уровня тестостерона. Уменьшение диаметра извитых канальцев связано со снижением стероидогенной активности интерстициальных эндокриноцитов. Падение функциональной активности сустентоцитов на пике численности животных свидетельствует о снижении синтеза андроген-связывающего белка - АСБ, необходимого для создания оптимальной концентрации тестостерона в извитых семенных канальцах, а также ингибина, контролирующего выработку и высвобождение фолликулостимулирующего гормона. Снижение активности эндокринного отдела семенника вызывает увеличение дегенеративных процессов в сперматогенном пласте. Пусковым механизмом его десквамации и атрофии извитых семенных канальцев является повреждение структур гематотестикулярного барьера. Угнетение функциональной активности клеток эндокринного отдела семенника приводит к паракринным нарушениям в органе. При низкой численности популяции животных также происходит значимое снижение функциональной активности клеток эндокринного отдела семенника и его герминативной функции. Такой эффект обусловлен «пренатальным стрессом», когда беременные самки в пике численности испытывают физиологический стресс от переуплотнения, который оказывает влияние на эндокринный статус потомства [11]. В фазе роста численности у большинства неполовозрелых животных скорость полового созревания выше (клетки находятся на поздних стадиях сперматогенеа) по сравнению с низкой и пиком ее численности. Процесс отбора фолликулов яичника, их рост, созревание и овуляция регулируются не только гонадотропинами и половыми стероидами, но и сложными внутриорганными механизмами [4]. Увеличение размера вторичных фолликулов у беременных самок в фазе роста численности животных свидетельствует о повышении уровня гонадотропинов (фолликулостимулирующего гормона - ФСГ и лютеинизирующего гормона - ЛГ), синтезируемых передней долей гипофиза. При этом отсутствие изменений размеров третичных фолликулов в разные фазы при беременности связано с действием внутрияичниковых факторов роста: эпидермального (ЭФР) и трансформирующего (ТФР-α) путем снижения чувствительности рецепторов клеток гранулезы фолликулов к ФСГ [12]. Кроме того, рост третичных фолликулов подавляется во время беременности ингибинами, которые синтезируются плацентой. Высокие значения максимальных диаметров вторичных фолликулов в яичниках неполовозрелых самок, отмеченные нами в 2004 г. (пик), по сравнению с таковыми в 2006 г. (рост) свидетельствуют об изменении динамики численности популяции рыжей полевки в изучаемом районе. В результате многолетних отловов рыжей полевки в Висимском заповеднике до 2006 г. был установлен 3-летний цикл популяционной динамики численности, характеризующийся фазами цикла: депрессия, рост и пик. В 2006 г. в Висимском заповеднике квазитрехлетняя динамика заменялась квазидвухлетней [5]. Предпосылки подобного явления можно было наблюдать уже в 2004 г., исследуя интенсивность фолликулогенеза у неполовозрелых животных. Таким образом, выявленная нами межгодовая морфофункциональная изменчивость гонад у рыжей полевки в оптимальных условиях обитания связана с колебаниями численности популяции. Наиболее выраженные деструктивные изменения в семенниках размножающихся животных выявлены в фазе пика численности популяции, что свидетельствует о снижении их репродуктивной активности. У неполовозрелых зверьков отмечено торможение полового созревания. В течение репродуктивного периода функциональное состояние гонад и процессы размножения определяются, главным образом, внутрипопуляционными факторами. При анализе влияния антропогенных и других факторов окружающей среды на гонады следует учитывать экологические (фазы численности популяции), способные модифицировать любые воздействия на экосистему.

About the authors

V. P. Mamina

Institute of Plant and Animal Ecology

Email: mamina@ipae.uran.ru

Ye. A. Baytimirova

Institute of Plant and Animal Ecology

Email: bay@ipae.uran.ru

References

Supplementary files