РОЛЬ СПЕЦИФИЧЕСКИХ ЭКСКРЕТОРНЫХ ОБРАЗОВАНИЙ

На правах рукописи
Хрущова Анастасия Михайловна
РОЛЬ СПЕЦИФИЧЕСКИХ ЭКСКРЕТОРНЫХ
ОБРАЗОВАНИЙ КОЖИ В РЕГУЛЯЦИИ РАЗВИТИЯ
НА ПРИМЕРЕ ХОМЯЧКОВ р. PHODOPUS
специальность 03.00.08 – зоология
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата биологических наук
Москва-2007
1
Работа
выполнена
в
лаборатории
сравнительной
этологии
и
биокоммуникации Института проблем экологии и эволюции им. А.Н.
Северцова РАН.
Научный руководитель:
кандидат биологических наук, доцент
Васильева Н.Ю.
Официальные оппоненты:
доктор биологических наук
Чабовский А.В.
доктор биологических наук
Новиков С.Н.
Ведущая организация:
Институт Экологии и Систематики
Животных СО РАН
Защита диссертации состоится 15 мая 2007 года в 14 час. 00 мин. на
заседании диссертационного совета Д 002.213.01 при Институте проблем
экологии и эволюции им. А.Н. Северцова РАН по адресу:
119071, Москва, Ленинский пр., дом 33.
Телефон/факс: (495) 952-35-84
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Отделения
биологических наук РАН по адресу: 119071, Москва, Ленинский пр., дом 33.
Автореферат разослан 13 апреля 2007 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета
кандидат биологических наук
Т.П. Крапивко
2
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. Реконструкция путей становления адаптаций разного
уровня в процессе эволюции - одна из актуальнейших проблем биологии.
Очевидно, что ее решение невозможно без оценки приспособительного
значения морфо-функциональных комплексов у ныне живущих форм.
Примером такого подхода является выяснение факторов, определивших
эволюционное становление и преобразование специфических кожных желез,
широко представленных в различных группах млекопитающих (Соколов, 1973;
Соколов, Чернова, 2003). Несмотря на устойчивый интерес к специфическим
кожным железам млекопитающих, функция этих органов до настоящего
времени остается мало исследованной. Традиционно роль этих экскреторных
образований рассматривалась лишь в контексте коммуникативных процессов маркировочного поведения и кодирования информации о виде, поле и
физиологическом состоянии, индивидуальной принадлежности особи (Громов,
Соколов, Исаев, 1982; Соколов, Зинкевич, 1986; Ralls, 1971; Johnson, 1973;
Quay, 1977; Thiessen, Rice, 1976; Stoddart, 1980; Gosling, 1982; Flood, 1985;
Epple et al., 1988, и др.). Однако, энергозатраты как на маркировочную
активность, так и на продукцию секретов железами кожи очень высоки.
Очевидно, что такое «расточительство» не могло бы быть подхвачено
отбором, если бы не «окупалось» повышением конечной приспособленности.
Одним их факторов, определивших становление и прогрессивную эволюцию
специфических кожных желез, стало, возможно, их участие в регуляторных
процессах. И действительно, результаты исследований последних лет
указывают на участие специфических кожных желез в регуляции
репродуктивных функций. В частности, было показано, что секреты кожных
желез являются источником праймер-феромонов, регулирующих скорость
созревания молодых особей – параметра, вносящего значительный вклад в
демографическую структуру популяций (Соколов и др., 1989; Васильева, 1990;
Кузнецова, Васильева, 2003; Reasner, Johnston, 1988; Vasilieva, 1995; 2000;
Sokolov et al., 1992). Однако эти пионерские исследования лишь намечают
перспективное поле для дальнейших исследований.
В данной работе в качестве объекта исследования были выбраны два
близкородственных вида хомячков рода Phodopus (джунгарский хомячок
(Phodopus sungorus Pallas, 1773) и хомячок Кэмпбелла (Phodopus campbelli
Thomas, 1905), у которых присутствуют два ярко выраженных специфических
кожных экскреторных образования – среднебрюшная железа и
дополнительные мешочки в устье защечных мешков. У самцов обоих видов
количество секрета, выделяемого этими структурами, и содержащего белки,
жиры и воска, составляет до 0.2 % от массы тела (Burger et al., 2001 a,b;
Литвинова, Васильева, 2004). Было также показано участие обеих структур в
регуляторных процессах. Так, у хомячка Кэмпбелла секрет дополнительных
мешочков важен для обеспечения перехода детенышей на самостоятельное
питание (Васильева, Феоктистова, 1993). Для содержимого дополнительных
мешочков и секрета среднебрюшной железы самцов показана феромональная
активность (Sokolov, Vasilieva, 1992; Кузнецова, Васильева, 2003). Однако
3
функция желез у джунгарского хомячка и воздействие секретов желез самок
не изучались, что делает проведение настоящего исследования своевременным
и актуальным.
Цель и задачи исследования. Целью данной работы было изучение роли двух
специфических кожных экскреторных образований – среднебрюшной железы
(далее - СБЖ) и дополнительных мешочков в устье защечных мешков (далее ДМ), в регуляции развития и полового созревания у джунгарского хомячка и
хомячка Кэмпбелла. Для достижения этой цели были поставлены следующие
задачи:
1. изучить тонкое строение ДМ у джунгарского хомячка, так для этого вида
они были описаны как сальные железы без выяснения гистологической
структуры (Krisсhke, 1986), которая исследована только у хомячка Кэмпбелла
(Соколов и др., 1991);
2. исследовать влияние острого дефицита секрета ДМ на развитие детенышей
джунгарского хомячка;
3. исследовать возможную роль СБЖ и ДМ самца-отца как источника
питательных веществ в выживании детенышей раннего возраста, оставшихся
без самки-матери;
4. исследовать роль секретов СБЖ и ДМ в регуляции скорости полового
созревания молодых особей и циклики самок;
5. изучить последствия удаления среднебрюшной железы и дополнительных
мешочков на некоторые физиологические параметры взрослых самцов, что
определяется необходимостью интерпретации результатов экспериментов,
проведенных с использованием оперированных особей.
Научная новизна. Впервые: - выполнено гистологическое изучение
дополнительных мешочков в устье защечных мешков у джунгарского хомячка
и описана не отмеченная у хомячка Кэмпбелла складчатость их стенок;
- показана устойчивость джунгарского хомячка, в отличие от хомячка
Кэмпбелла, к острому дефициту секрета ДМ;
- показано, что секреты специфических кожных желез самца-отца могут
выступать в качестве источника питательных веществ, обеспечивающих
выживание детенышей раннего возраста в отсутствии самки;
- показана важность фактора наличия секрета ДМ сибсов важно для роста и
созревания половой системы детенышей у джунгарского хомячка;
- описана роль СБЖ самца-отца и ДМ обоих родителей в регуляции скорости
полового созревания детенышей у джунгарского хомячка;
- показано, что у хомячка Кэмпбелла секреты СБЖ и ДМ самцов являются
модуляторами циклики молодых самок;
- показано, что хемосигналы секрета ДМ самок не только подавляют развитие
половой системы особей того же пола, но и молодых самцов в
предпубертатный период;
- показано, что характер воздействия данного фактора может меняться на
противоположный, приводя к ускорению созревания самцов в период их
бурного полового созревания;
4
- показано, что кастрация самцов, не отражаясь на морфометрических
показателях дополнительных мешочков, приводит к исчезновению праймерэффективности их секрета.
Теоретическая и практическая значимость. Полученные данные
значительно расширяют представления о функции специфических кожных
желез и о механизмах регуляции репродуктивных процессов посредством
химических сигналов. Материалы диссертации могут быть включены в
лекционные курсы по поведенческой экологии, хемокоммуникации и
физиологии млекопитающих.
Поскольку хомячки Ph. sungorus и Ph. campbelli, как модельные виды,
используются в широком спектре исследований, любые сведения о
особенностях их биологии
важны для
адекватной постановки
экспериментов и трактовки полученных результатов.
Полученные
сведения
о
естественных
способах
регуляции
репродуктивных процессов химическими сигналами могут быть
использованы для разработок экологически чистых методов контроля
численности млекопитающих.
Апробация результатов. Материалы работы были представлены на
российских и зарубежных конференциях: «Chemical Signals in Vertebrates IX»
(Krakov, Poland, 2000 г.), «Chemical Signals in Vertebrates X» (Portlend, USA,
2003 г.), "Chemical Senses: Molecules to Perception" (Trieste, Italy, 2002 г), «X
Congress of International Society of Behavioral Ecology» (ISBE), (Финляндия,
Ювяскиле, 2004 г.), «Сongress of the European Chemoreception Research
Organisation» (ECRO) (Germany, Erlangen – Nürenberg, 2002 г.), «XII
Международном совещании и V школе по эволюционной физиологии»
памяти академика Л.А. Орбели (Санкт-Петербург, 2001 г.), 6-ой, 7-ой, 8-ой и
10-ой Международной Пущинской школе-конференции молодых ученых
«Биология – наука XXI века» (Пущино, 2002, 2003, 2004, 2006 гг.),
Международных конференциях «Териофауна России и сопредельных
территорий. VII съезд Териологического общества» и «Териофауна России и
сопредельных территорий. VIII съезд Териологического общества» (Москва,
2003 и 2007 гг.), «Актуальные проблемы экологии и эволюции в
исследованиях молодых ученых» (Москва, 2004 и 2006 гг), Международной
конференции «Популяционная экология животных» (Томск, 2006 г.),
Международной конференции «Поведение и поведенческая экология
млекопитающих» (Черноголовка, 2005 г.), IV Международной конференции
«Химическая коммуникация животных. Фундаментальные проблемы»
(Москва, 2006 г.). Материалы диссертации были доложены и обсуждались на
семинаре ЗИН РАН памяти М.Н. Мейер (Санкт-Петербург, 2002 г) и на
объединенном коллоквиуме лабораторий сравнительной этологии и
биокоммуникации и популяционной экологии в ИПЭЭ им. А.Н. Северцова
РАН 26 февраля 2007 года.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 18 работ и 1 сдана в
печать.
5
Благодарности. Мне хочется выразить глубочайшую благодарность
научному руководителю – Н.Ю. Васильевой за неоценимую помощь и
поддержку на всех этапах работы. Хочу поблагодарить сотрудника ИПЭЭ
РАН В.М. Парфенову за помощь в сборе материала. Спасибо сотрудникам
ИСиЭЖ СО РАН проф. М.П. Мошкину, И.Е. Колосовой и Л.А. Герлинской,
и аспирантам ИПЭЭ РАН А.А. Тупикину и И.В. Чадаевой за помощь в
проведении РИА и ИФА анализов. Также хочу поблагодарить проф.
Тюбингенского университета Раймунда Апфельбаха за возможность
стажировки в Тюбингенском университете и помощь в приготовлении
препаратов, и Н.В. Чистякову и А.Н. Бабенко за советы и помощь в
обработке гистологического материала. За помощь по трудоемкому уходу за
лабораторными животными огромное спасибо хочу сказать сотруднику
ИПЭЭ РАН Е.В. Петровой, и аспирантам ИПЭЭ РАН И.В. Мастюгиной и
И.В. Чадаевой. Очень благодарна своим родителям – Е.Д. Лосевой и М.М.
Хрущову за понимание и всестороннюю поддержку.
Структура работы. Диссертация состоит из введения, общего описания
материалов и методов, 5 глав (каждая состоит из обзора литературы,
описания особенностей используемой методики, результатов и обсуждения),
общего заключения и выводов. Работа изложена на 205 страницах, содержит
22 таблицы и 25 рисунков. Список цитируемой литературы включает 210
названий, из них 110 на иностранных языках.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.
Во введении обоснована актуальность выбранной темы, сформулированы
цели и задачи исследования. Обосновывается выбор модельных видов,
приводится краткий обзор их биологии. Джунгарский хомячок и хомячок
Кэмпбелла являются близкородственными, недавно отделившимися от
общего предка аллопатрическими видами (Некипелов, 1961; Флинт,
Головкин, 1961; Пантелеев, 1998), видовая специфика которых была доказана
гибридологическим анализом (Соколов и др., 1998; Сафронова и др., 1999;
Соколов, Васильева, 1993), и в целом служат прекрасной моделью для
изучения микроэволюционных процессов. Обладая большим внешним
сходством, и сходными особенностями биологии (Телицына, 1993; Карасева,
Телицына, 1996; Wynne-Edwards, 1995), виды существенно различаются по
ряду параметров: сезонной активности, особенностям питания, водного
обмена, терморегуляции (Флинт, Головкин, 1961; Васильева, 1990;
Мещерский, 1992; Соколов и др., 1994; Васильева, Парфенова, 2003; Weiner,
Heldmaier, 1987; Bartness et al., 1989). В целом, для Ph. sungorus характерна
большая по сравнению с Ph. campbelli устойчивость к воздействию
неблагоприятных факторов (Мещерский, Клишин, 1990; Мещерский, 1992;
Мещерский и др., 1994; Scribner, Wynne-Edwards, 1994; Weiner, 1987a,b;
Wynne-Edwards, 1998; Scribner, Wynne-Edwards, 1994a,b; Newkirk et al., 1998).
Два крупных специфических кожных экскреторных образования – СБЖ и
ДМ, характерные для обоих видов, примечательны тем, что они являются
структурами совершенно разного строения и типа секреции. СБЖ сложена
6
комплексом гипертрофированных сальных желез, и ее функционирование
связано с уровнем половых гормонов (ярко выражена у половозрелых
самцов, деградирует после кастрации (Соколов и др., 1987). Структурой
совершенно иного типа являются ДМ. Они не являются железами в
традиционном смысле слова и представляют собой инвагинацию эпителия,
расположенную между тканями щеки и защечного мешка. Базальный слой
эпителия интенсивно пролиферирует и из отмерших слоев в полости
мешочка при участии специфической бактериофлоры образуется
секретоподобное содержимое (далее, секрет) (Соколов и др., 1991). ДМ, в
отличие от СБЖ, появляются уже на 5-7 день жизни, и одинаково хорошо
развиты у особей обоих полов (Соколов и др., 1991, 1993). Секреты СБЖ и
ДМ доступны взрослым особям и детенышам в результате специфического
поведения (Васильева, 1988; 1990), а также при исследовании меток,
оставленных среднебрюшной железой и исследования временных запасов
пищи (Соколов, Васильева, 1993).
Экспериментальные животные и статистическая обработка.
Животные. В качестве объекта исследования в работе были использованы
хомячки, содержащиеся в виварии лаборатории сравнительной этологии и
биокоммуникации ИПЭЭ РАН. Особи-основатели лабораторной линии Ph.
sungorus были пойманы в районе Новосибирска в 1984 г., а особи-основатели
Ph. campbelli - на северо-востоке Монголии в 1985 г. Животные находились
в условиях инвертированного светового дня 14С:10Т, при температуре 2025ºС. Вода и корм, состоящий из стандартного комбикорма (НПО
«Сельхозтехнологии») для крыс и мышей, хлеба, овса, зерновых каш, свежих
овощей, всегда были доступны.
Статистическая обработка данных. При обработке данных использовали
параметрические методы анализа - t-критерий Стьюдента для независимых
переменных. В том случае, когда сравнивали между собой несколько
экспериментальных групп, использовали поправку Бонферрони для
множественных сравнений (Bonferroni test, ANOVA). Вариабельность
выборки оценивали по показателю коэффициента вариации Фишера. Для
сравнения выборок небольшого объема использовали непараметрические
методы анализа: тест Манн-Уитни. Также был использован метод χ2. Для
сравнения динамических процессов использовали тест КолмогороваСмирнова. Вся статистическая обработка выполнена в программе Statisticа
for Windows 6.0.
Глава 1. Особенности строения дополнительных мешочков у
джунгарского хомячка.
Описание гистологического строения дополнительных мешочков было
выполнено только для хомячка Кэмпбелла (Соколов и др., 1991). На
джунгарском хомячке на основании электронно-микроскопических
исследований эти структуры были определены как железы сального типа
(Krischke, 1986). Для проведения сравнения функции этих структур у обоих
видов представляется необходимым сначала выяснить, не имеют ли
7
дополнительные мешочки джунгарского хомячка существенных отличий в
строении. Также задачей данного исследования было изучение влияния на
исследуемые образования гормонального статуса особи.
Гистологическое исследование дополнительных мешочков. Для сбора
материала для описания использовали 8 самцов и 8 самок в возрасте 4-6
месяцев. Для изучения влияния кастрации на строение и функционирование
ДМ использовали 18 самцов и 11 самок в возрасте 6 месяцев,
кастрированных в возрасте 2 месяцев. В качестве контрольной группы
использованы ложнооперированные сибсы (10 самцов и 6 самок). ДМ
удаляли унилатерально под эфирным наркозом, с небольшим участком
прилегающих тканей, фиксировали в 10% формалине и заключали в парафин.
Срезы толщиной 5-10 мкм окрашивали гематоксилином-эозином или
тионином. Все измерения гистологических препаратов проведены при
помощи программы Leica Qwin.
позволяет
Результаты и обсуждение. Анализ полученных данных
заключить, что ДМ у джунгарского хомячка по строению принципиально не
отличаются от таковых структур хомячка Кэмпбелла. Любопытной
особенностью является наличие у джунгарского хомячка большого
количества складок функционального эпителия (крист), служащих, повидимому, для увеличения секреторной поверхности органа.
Одинаковое строение дополнительных мешочков у самцов и самок
джунгарского хомячка подтверждают данные морфометрического анализа
(Соколов и др., 1993). Отсутствие различий в размерах и функциональной
активности ДМ (количество секрета) у кастрированных и контрольных
животных свидетельствует независимости этих параметров от уровня
половых гормонов, как это было показано и для хомячка Кэмпбелла
(Соколов и др., 1991).
В целом, полученные данные свидетельствуют о сходном строении
дополнительных мешочков у обоих видов, но наличии видоспецифических
особенностей, выраженных в сильной складчатости стенок у джунгарского
хомячка.
Глава 2. Влияние удаления дополнительных мешочков в устье
защечных мешков на детенышей у джунгарского хомячка.
Функциональную роль специфических кожных желез обычно
рассматривают в контексте участия их в коммуникативных процессах
(Громов, Соколов, Исаев, 1982; Ralls, 1971; Johnson, 1973; Quay, 1977;
Thiessen, Rice, 1976; Stoddart, 1980; Flood, 1985), и в поддержании состояния
кожного покрова (Соколов, 1973; Thody, Shuster, 1989). Изучению второго
аспекта посвящены малочисленные работы, демонстрирующие роль желез в
терморегуляции (Thiessen, Pendergrass, 1985; Thiessen, Kittrell, 2003) и
участие их в образовании кожного защитного барьера (Luger, 1996; Böhm,
Luger, 1998).
Вопрос о роли экскреторных органов кожи в поддержании работы
внутренних органов и систем организма до сих пор практически не изучен.
8
Единичные исследования в этой области проведены на хомячке Кэмпбелла,
для которого показано, что экстирпация дополнительных мешочков у
родительских особей и детенышей (и, как следствие, полный дефицит
секрета) приводит к тяжелым последствиям: смертности детенышей и
замедлению темпов их роста и созревания (Феоктистова, Васильева, 1993;
Феоктистова, 1994). Поскольку у близкородственного вида - джунгарского
хомячка, представлена аналогичная структура, возникает вопрос о наличии у
нее сходной функции.
Целью данной работы являлось выяснение влияния дефицита секрета
дополнительных мешочков на выживаемость, рост и развитие детенышей у
джунгарского хомячка. Так как единственным методом решения этого
вопроса является удаление ДМ, то были поставлены задачи изучить
последствия экстирпации ДМ у детенышей на их выживаемость и развитие
при возможности ими получать: 1) секрет от родителей и сибсов в выводке
(группа I); 2) секрет только от родительских особей (группа II); 3) секрет
только от сибсов (группа III), а также 4) при тотальном дефиците секрета
(ДМ удалены у родителей и всех детенышей в выводке) (группа IV).
Было проведено две экспериментальных серии экспериментов, когда все
группы содержались: 1) на стандартной диете или 2) обогащенной диете (с
высококалорийными добавками в виде семян подсолнечника и
пророщенного овса). Экстирпацию ДМ у детенышей проводили в момент
появления этих структур (7-8 день), у родительских особей – за 1-1,5 месяца
до рождения выводка.
Результаты и обсуждение. В отличие от хомячка Кэмпбелла, у которого
полный дефицит секрета приводит к отставанию в росте и развитии,
массовой диспепсии и возрастанию гибели детенышей (до 60%) (Васильева,
Феоктистова, 1993), у джунгарского хомячка число случаев диспепсии и
выживаемость детенышей во всех группах не отличались от таковых в
нативных выводках из лабораторной популяции.
В том случае, если детеныши не могли получать секрет сибсов (группы II
и IV), они демонстрировали снижение массы тела и репродуктивных органов
по сравнению с детенышами, получавшими секрет (группы I и III) (табл. 1).
Таким образом, для джунгарского хомячка, в отличие от хомячка Кэмпбелла
для обеспечения нормальных темпов роста и созревания оказывается важен
именно секрет сибсов, а не секрет родительских особей. Интересно
отметить, что содержание животных на обогащенной диете полностью
компенсирует негативное влияние дефицита секрета дополнительных
мешочков (табл. 1).
В целом, полученные данные согласуются с результатами других
экспериментов, демонстрирующих большую устойчивость джунгарского
хомячка к воздействию неблагоприятных факторов (в нашем случае, к
дефициту секрета ДМ).
9
Таблица 1. Влияние удаления дополнительных мешочков у родителей и сибсов на выживаемость и созревание
детенышей-самцов без ДМ в условиях стандартной и обогащенной диеты (X±m).
Условия диеты
группы
Стандартная диета
Параметры
Масса тела, г.
Масса семенника, мг
Относительная масса
Семенника, мг/г массы тела
Масса эпидидимиса, мг
Обогащенная
Относительная масса
эпидидимиса, мг/г массы тела
Масса тела, г.
Масса семенника, мг
Масса эпидидимиса, мг
Ложнооперированные родители
I - сибсы с ДМ
II - сибсы без ДМ
N=10
N=14
Оперированные родители
III - сибсы с ДМ IV - сибсы без ДМ
N=11
N=21
20,3±0,8 *
17,7±0,5
19,88±0,57
17,81±0,6
248,1±21,7 **
164,3±13,5
248,36±20,32 ***
132,7±14,65
12,3±1,1*
9,3±0,8
11,78±1,19 *
7,59±0,81
5,3±0,4
4,6±0,4
6,82±0,52 ***
4,34±0,28
0,26±0,02
0,26±0,02
0,33±0,03 *
0,25±0,02
I - сибсы с ДМ
N=23
II - сибсы с ДМ
N=30
III - сибсы с ДМ
N=33
IV - сибсы без ДМ
N=29
20,3±0,4
20,9±0,4
20,3±0,5
19,8±0,4
229,7±9,6
249,6±7,8
247,6±7,8
230,9±9,2
4,8±0,3
4,8±0,3
5,8±0,2 *
4,9±0,2
*, **, *** достоверность отличия от группы «сибсы без ДМ», p<0.05, p<0.01, p<0.001 соответственно.
10
Глава 3. Роль среднебрюшной железы и дополнительных мешочков самца в
выживаемости и развитии детенышей раннего возраста в отсутствие самки.
Основанием для постановки данной работы послужили многочисленные
наблюдения за лабораторной популяцией джунгарского хомячка и хомячка
Кэмпбелла, показавшие, что в отсутствие самки детеныши раннего возраста
способны выжить, находясь с самцами. При этом мы отмечали, что детеныши
часто вылизывают область среднебрюшной железы и дополнительных мешочков
отцов. Эти наблюдения послужили основанием для гипотезы о том, что секреты
ДМ и СБЖ самцов служат источником дополнительного питания для детенышей,
что и обеспечивает их выживание. Это предположение подтверждают
литературные данные о низкой выживаемости детенышей хомячка Кэмпбелла в
неблагоприятных условиях (водная депривация, воздействие низких температур)
в отсутствии самца-отца (Wynne-Edwards, 1987, Wynne-Edwards, Lisk, 1989;
Scribner, Wynne-Edwards, 1994; Newkirk et al., 1998). При этом в аналогичных
условиях у джунгарского хомячка гибели детенышей не наблюдалось. Интересно,
что именно эти данные были интерпретированы как отсутствие отцовской заботы
у джунгарского хомячка, и послужили основанием для присвоения этому виду
статуса одиночного. При этом хомячок Кэмпбелла стал рассматриваться как один
из единичных примеров грызунов с облигатной моногамией (Wynne-Edwards,
1987).
Целью данной работы была проверка гипотезы о том, что среднебрюшная железа
и дополнительные мешочки самца-отца важны для выживания и развития
детенышей раннего возраста. Перед нами стояла также задача определить
уровень отцовской заботы у исследуемых видов. Проводили сравнение
выживания и роста детенышей в группах разного состава у джунгарского хомячка
и хомячка Кэмпбелла. До начала эксперимента (до возраста 7-8 для хомячка
Кэмпбелла или 8-9 дней для джунгарского хомячка) детеныши всех групп
находились в выводке с обоими родителями. Затем детеныши были поделены
между самкой-матерью и самцом-отцом. Состав групп и объем выборки
представлен в таблице 2. Отдельно измеряли количество секрета ДМ и СБЖ у
самцов лабораторной популяции, находящихся в семейной группе: без
детенышей, с детенышами в возрасте 2-6 дней, с детенышами в возрасте 7-14
дней с самкой и без самки (рис. 1.).
Результаты и обсуждение. Результаты сканирующих наблюдений показали, что
у обоих видов самец-отец почти всегда находится вместе с детенышами (75 %
случаев для хомячка Кэмпбелла и 71% для джунгарского хомячка). Доля самцов,
находившихся в собственном гнезде, отдельно от самки, и с частью выводка (с 1-4
детенышами), составила у исследуемых видов 91% и 93 % соответственно. Забота
о детенышах у самцов обоих видов выражалась в построении гнезда и
перетаскивании в него детенышей, нахождении в гнезде вместе с детенышами, их
обогреве, чистке и маркировке, и принесении им корма.
Полученные результаты показали, что выживаемость детенышей с самцамиотцами у обоих видов зависит от двух параметров: возраста детенышей и
наличия СБЖ и ДМ у самца-отца (табл. 2). Лишение детенышей 7-дневного
возраста у хомячка Кэмпбелла и 8-дневного возраста у джунгарского хомячка
11
возможности получать секреты желез самца приводит к «гибели» значительной
части детенышей. Выживаемость детенышей более старшего возраста зависит от
наличия СБЖ и ДМ у самца (табл. 2).
Таблица 2. Выживаемость детенышей Ph. campbelli и Ph. sungorus в разных
экспериментальных группах.
Группы (возраст детенышей к
моменту начала
эксперимента) и пол
родителя, с которым
оставлены детеныши
Количество детенышей
(выводков) в опыте
Ph. campbelli
Количество «погибших»
детенышей, n (%)
Ph. sungorus Ph. campbelli
Ph. sungorus
Контроль (оба родителя)
166 (28)
151 (26)
7 (4.2)
9 (6)
С самкой (объединены все
184 (63)
89 (25)
6 (3.3)
3 (3,4)
группы)
Самец с железами
23 (10)
------10 (43.5)
------(7 дней)
Оперированный самец
28 (13)
------26 (92.3) ***
------(7 дней)
Самец с железами
16 (21.6)
17 (89)
74 (29)
19 (8)
&
###
(8 дней)
Оперированный самец
30 (52.6) ***
21 (100)
57 (20)
21 (10)
&&&
###
(8 дней)
Самец с железами
------5 (10.2)
-------49 (20)
&&&
(9 дней)
Оперированный самец
------9 (50) ***
-------18 (7)
&&&
(9 дней)
Самец с железами, дефицит
-------11 (4)
-----3(27.3)
воды (9 дней)
*** - достоверность отличия от группы «самец с железами» того же возраста, p<0.001;
&, &&& - достоверность отличия от той же группы более младшего возраста p<0.05, p<0.001,
соответственно; ### - достоверность отличия от Ph. campbelli, p<0.001
До начала эксперимента детеныши всех групп демонстрировали сходную
динамику массы тела (рис. 1, а, б). Уже со следующего дня после начала
эксперимента, в том случае, если детеныши оставались с самцом-отцом, темпы их
роста резко замедлялись: отставание в массе тела от контроля у детенышей,
выращиваемых самцом с железами, наблюдалось до 20 дня жизни, а у детенышей,
выращиваемых оперированными самцами – до возраста 30 дней (p<0.001). В
возрасте 30 дней детеныши, выращенные отцами с удаленными железами, не
отличались по массе тела от детенышей, выращенных матерями и обоими
родителями. При этом количество детенышей, у которых были отмечены
симптомы диспепсии было невелико и не различалась в группах с
оперированными и ложно оперированными самцами (3.8% и 2.8%
соответственно).
Детеныши джунгарского хомячка, росшие с самцом-отцом с сохраненными
СБЖ и ДМ, но в условиях дефицита воды, демонстрировали такое же отставание
в росте, как и детеныши, росшие с самцом без желез (рис. 1, б).
12
масса тела, г.
30
25
20
начало эксперимента
15
10
самка и самец
самка
5
n=159
n=178
самец с железами
самец без желез
а
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
возраст, дни
25
масса тела, г.
n=58
n=27
20
начало эксперимента
15
10
самец и самка n=142
самка
5
б
n=86
самец с железами n=44
самец без желез n=9
самец с железами, дефицит в оды n=8
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
возраст, дни
Рис. 1. Возрастная динамика массы тела детенышей (самцов и самок) Ph. campbelli (а) и Ph.
sungorus (б), выращиваемых в разных условиях (X±m).
У самцов, находящихся с детенышами в возрасте 7-14 дней, наблюдается
резкое уменьшение массы секрета среднебрюшной железы и дополнительных
мешочков (рис. 2 а, б). Визуально мы наблюдали в этот период поведение
детенышей, связанное с исследованием области ДМ и СБЖ и активным
поеданием секретов. В том случае, когда детеныши остаются без самки-матери,
секрет у самца присутствует в очень малых количествах (рис. 2 а, б).
Полученные данные говорят о том, что у обоих видов наблюдается
одинаково высокий уровень отцовской заботы о потомстве. Эти данные и данные
полевых исследований позволяют говорить о том, что у джунгарского хомячка,
так же как и у хомячка Кэмпбелла, очевидно, существует сходная социальная
организация с большой долей участия самца в выращивании детенышей.
13
масса секрета, мг
12
***
На
основании
результатов
8
проведенных экспериментов можно
***
6
сказать, что секреты СБЖ и ДМ самца
4
являются фактором, обеспечивающим
***
2
выживание и развитие детенышей
0
раннего возраста в отсутствие самкибез
1-6 дней
7-14 дней с 1-14 дней
а
дет енышей
самкой
без самки
матери. Детеныши в возрасте 8 дней у
хомячка Кэмпбелла и 9-дневные - у
20
джунгарского хомячка только начинают
***
15
пробовать твердую пищу, и еще не
10
способны к самостоятельному питанию.
Хотя пробиотическая роль секретов не
5
вызывает сомнения, в данном случае
0
они выступают именно как резервный
без
1-6 дней
7-14 дней
1-14 дней
б
дет енышей
с самкой
без самки
источник пищи и влаги в условиях
материнского
молока.
Рис.
2.
Количество
секрета
(мг) отсутствия
среднебрюшной
железы
(а)
и Действительно, мы практически не
дополнительных мешочков (б) у самцов Ph. наблюдали
явления
диспепсии,
campbelli, находящихся с детенышами
характерного
для
детенышей,
разного возраста. (n=12 для каждого
испытывающих
дефицит
секрета
измерения)
(Васильева, Феоктистова, 1993).
*** - достоверность отличия от правого
Можно предположить, что в природе
столбца, p<<0.001
такая
адаптация
способствует
повышению выживаемости детенышей в случае гибели самки-матери, что может
быть актуально для видов с низкой плотностью.
масса секрета, мг.
10
Глава 4. Роль секретов среднебрюшной железы и дополнительных мешочков
в регуляции полового созревания детенышей и циклики молодых самок.
Регуляция созревания детенышей и размножения взрослых особей посредством
химических сигналов – широко распространенное в животном мире явление,
реализующееся в различных группах млекопитающих (Новиков, 1988;
Vandenbergh, Coppola, 1986). Такая регуляция может осуществляться не только
при контактах животных друг с другом, но и опосредованно – в частности, через
систему меток. У млекопитающих вещества феромональной природы, способные
регулировать состояние репродуктивной системы, обнаружены в различных
экскретах: моче, фекалиях, слюне (Соколов, Зинкевич, 1986; Новиков, 1988;
Milligan, 1980; Vandenbergh, Coppola, 1986). Хотя секреты специфических кожных
желез активно используются в маркировке территории и аттрактивны для
различных возрастных групп животных (Mykytowitch, 1970), возможность
участия их в регуляции репродуктивных процессов до настоящего времени
освещена лишь в единичных исследованиях (Кузнецова, Васильева, 2003; Reasner,
Johnston, 1988; Sokolov et al., 1992; Vasilieva, 1995; 2000).
14
Целью данного раздела работы было изучение возможного участия секретов
среднебрюшной железы и дополнительных мешочков в регуляции созревания
детенышей и циклики молодых самок. В задачи исследования входило:
4.1. изучение влияния удаления среднебрюшной железы и дополнительных
мешочков у одного или обоих родительских особей на созревание детенышей;
4.2. изучение влияния самих секретов ДМ взрослых особей на созревание
детенышей
4.3. изучение влияния кастрации на способность регулировать созревание
детенышей (феромональную активность) секрета ДМ;
4.4. изучение влияния секретов взрослых самцов на циклику самок
4.1. Влияние удаления среднебрюшной железы и дополнительных мешочков
у родительских особей на скорость полового созревания детенышей у
джунгарского хомячка
В данной серии экспериментов был использован методический подход,
основанный на экстирпации желез у родительских особей, обеспечивающей
невозможность получать секрет, с последующим анализом развития
репродуктивной системы у детенышей. У взрослых особей СБЖ и ДМ были
удалены за 1,5 месяца до рождения выводков. Для получения массы
репродуктивных органов у детенышей проводили унилатеральную кастрацию под
общим наркозом.
4.1.1. Влияние удаления среднебрюшной железы у самцов-отцов на скорость
полового созревания детенышей у джунгарского хомячка. На хомячке
Кэмпбелла было показано, что секрет среднебрюшной железы самцов является
фактором, регулирующим скорость полового созревания детенышей (Sokolov,
Vasilieva, 1992; Vasilieva, 1995). Задачей данного эксперимента было выяснение
возможного участия секрета СБЖ в регуляции скорости созревания детенышей у
джунгарского хомячка. Поскольку среднебрюшная железа у самок практически не
выражена, мы изучали только фактор присутствия среднебрюшной железы у
самцов. Было проведено сравнение скорости созревания детенышей в следующих
группах: 1) выросших в присутствии ложнооперированного самца-отца (контроль,
группа 1); 2) выросших в присутствии самца без СБЖ (группа 2); 3) выросших без
самца-отца (группа 3). Так как самки-матери агрессивно реагируют на детенышей
при нанесении на них чужого запаха, созревание детенышей, растущих без самцаотца, но получающих секрет СБЖ особей-доноров, проанализировать не удалось.
При отсутствии достоверных различий по массе тела масса репродуктивных
органов у детенышей групп 2 и 3 была достоверно выше контрольных значений
(табл. 3).
Полученные данные свидетельствуют о том, что во-первых, присутствие
взрослого самца само по себе является фактором, подавляющим созревание
детенышей того же пола, но даже на этом фоне секрет СБЖ является фактором,
подавляющим созревание детенышей-самцов. Полученный результат полностью
15
согласуются с известными данными аналогичных экспериментов, проведенных на
хомячке Кэмпбелла (Sokolov, Vasilieva, 1992; Vasilieva, 1995).
Таблица 3. Масса тела и репродуктивных органов детенышей-самцов в
возрасте 30 дней, выросших в присутствии/отсутствии секрета среднебрюшной
железы (X±m).
1. ♂ с СБЖ
2. ♂ без СБЖ
3. нет ♂
Группа
(контроль)
(n детенышей)
n=36
n=24
n=22
Масса тела, г.
20,6±0,3
21,2±0,6
21,6±0,7
Масса семенника, мг.
181,2±10,9
211,9±21,7
272,9±11,7*
Масса эпидидимиса, мг
2,9±0,3
6,1±1,5 *
6,2±0,5 **
*, ** - достоверность отличия от группы «контроль», p<0.05, p<0.01.
Масса рога матки, мг/г
Масса семенника, мг/г
Масса яичника, мг/г
4.1.2. Влияние удаления дополнительных мешочков у родительских особей
на скорость полового созревания детенышей у джунгарского хомячка. Так
как дополнительные мешочки в одинаковой степени развиты и у самцов, и у
самок, в данном эксперименте были использованы следующие группы: 1)
родители ложно оперированы (контроль, группа I), 2) у обоих родителей ДМ
удалены дополнительные мешочки (группа II), 3) ДМ удалены только у самца, а
самка ложно оперирована (группа III) и 4) ДМ удалены только у самки, а самец
ложно оперирован (группа IV) (рис. 3).
0,32
0,28
а
0,24
***
0,20
0,16
0,75
0,30
14
в
12
а
*
10
8
6
0,40
б
0,60
0,45
16
г
0,32
**
*
0,24
0,16
Группы:
I
II
III
IV
I
II
III
IV
♂+♀ нет ДМ ♀
♂
♂+♀ нет ДМ ♀
♂
Рис. 3. Масса репродуктивных органов у детенышей Ph. sungorus разных
экспериментальных групп в возрасте 30 дней. а, б – масса яичника и рога матки; в, г – масса
семенника и каудального отдела эпидидимиса, соответственно. *, **, *** - отличие от группы
IV, p<0.05, p<0.01, p<0.001 соответственно. Общее число детенышей-самок в эксперименте n=82, детенышей-самцов - n=88.
16
Удаление дополнительных мешочков у одного из родителей (самца или
самки) не отражалось на массе тела, но оказывало влияние на массу
репродуктивных органов детенышей обоих полов. Так, абсолютные и
относительные значения массы рога матки и яичника молодых самок IV группы
(оперированная самка) были значительно выше аналогичных показателей
детенышей II и III групп. При этом различия по массе репродуктивных органов
между самками всех трех экспериментальных (II – IV) групп и контрольными
животными не были выражены (рис. 3). Полученные данные свидетельствуют о
том, что наличие дополнительных мешочков у самца-отца ("фактор самца")
приводит к ускорению полового созревания детенышей-самок, а наличие их у
самки-матери ("фактор самки") тормозит
развитие
половой
системы
детенышей того же пола. Масса репродуктивных органов самцов контрольной
группы была наименьшей, и достоверно отличалась от аналогичных параметров
хомячков IV группы. Это свидетельствует о том, что отсутствие влияния "фактора
самки" приводит к значительному возрастанию скорости полового созревания
молодых самцов. Интересно, что в этом случае «фактор самца» не подавляет
развития половой системы детенышей. Таким образом, можно говорить о том, что
наиболее сильное и негативное воздействие на созревание детенышей-самцов
играет «фактор самки». Аналогичные данные получены для монгольской
песчанки, для которой показано, что удаление СБЖ у матерей приводит к
возрастанию массы репродуктивных органов у молодых мужского пола в
выводке (Vasilieva, 1995). В природной популяции большой песчанки также
показано наличие феномена угнетения развития половой системы сыновей
самкой-матерью (Rogovin et al., 2006).
Так как полученные данные говорят о подавлении созревания самцов в
присутствии «фактора самки», было решено проверить, влияет ли он и на
взрослых самцов в паре. Сравнение содержания тестостерона в плазме крови
самцов, содержавшихся в паре с самкой с ДМ и без ДМ, показало, что удаление у
самки этих образований приводит к повышению уровня тестостерона у самцов
(рис. 4). Это свидетельствует о том, что «фактор самки» не только подавляет
созревание детенышей-самцов, но и снижает «мужские» качества взрослых
особей. Возможно, что этот феномен является механизмом снижения
агрессивности самцов к детенышам и определяет их отцовские качества.
тестостерон (нг/мл)
0,4
Рис. 4. Уровень тестостерона (нг/мл) в
0,3
крови самцов Ph sungorus, находящихся с
самкой с
сохраненными и удаленными
дополнительными мешочками
*** - достоверность различий, p<0.001
0,2
***
0,1
0
самка c ДМ
самка без ДМ
17
4.2. Влияние секрета дополнительных мешочков особей-доноров на скорость
полового созревания детенышей у джунгарского хомячка.
На основании полученных в разделе 4.1. данных можно предположить, что
описанные эффекты определяются свойством секрета ДМ взрослых особей влиять
на созревание детенышей. Однако, при содержании вместе с родителями
детеныши подвергаются комплексному воздействию как их различных
хемосигналов (мочи, секрета СБЖ, фекалий, слюны, подстилки), свойства
которых могут, как также было показано в этом разделе, могут зависеть от
качества партнера, так и множеству других трудно учитываемых факторов,
которые могут оказывать влияние на темпы созревания молодых. Поэтому данная
часть работы была поставлена для ответа на вопрос о влиянии на созревание
детенышей именно секрета ДМ. В ее задачи входило сравнение уровня развития
половой системы самцов и самок, отсаженных от родителей в возрасте 12 дней и
содержавшихся в однополых группах при экспозиции им: 1) воды (контроль,
группа I), 2) секрета ДМ взрослых самцов-доноров (группа II), 3) секрета ДМ
самок (группа III), 4) смесь секретов ДМ самки и самца (группа IV) (Табл. 4, 5).
Таблица 4. Влияние экспозиции секрета дополнительных мешочков (ДМ) самцов,
самок и их смеси на массу тела и репродуктивных органов самцов джунгарского
хомячка в возрасте 30 дней (X±m).
группы
(n)
масса тела
( г)
масса
семенника, мг.
масса
эпидидимиса, мг.
I контроль,
22.1 + 0.3 *
168.5 + 15.9 *
3.8 + 0.4
вода (19)
II секрет ДМ
21.2 + 0.1
118.3 + 15.7
3.0 + 0.7
самца (12)
III секрет ДМ
22.3 + 0.4
178.9 + 22.2 *
4.3 + 0.6
самки (19)
IV секрет ДМ
22.9 + 0.5 **
155.4 + 19.3
3.8 + 0.5
самца+самки (18)
*, ** - достоверность отличий от «секрета самца», p<0.05, p<0.01 соответственно
Характер воздействия секрета взрослых самцов-доноров в данном
эксперименте не отличался от такового самцов-родителей (Табл. 4, 5; раздел
4.1.2). Кроме того, детеныши-самцы, получавшие секрет самцов-доноров,
демонстрировали по сравнению с животными других групп не только более
низкие значения массы семенника и эпидидимиса, но и более низкие значения
массы тела (табл. 4).
Характер воздействия секрета самок-доноров на созревание детенышей-самок
также подтверждал результаты предыдущего эксперимента. Однако, секрет
самок-доноров не оказывал подавляющего действия на созревание детенышейсамцов (Табл. 4, 5). Эти данные отличаются от результатов раздела 4.1.2. Мы не
исключаем, что полученные результаты могут быть следствием как разной
продолжительности, так и сроков начала экспозиции секрета ДМ. Действительно,
18
в
данном эксперименте детеныши подвергались воздействию различных
экскретов родительских особей и сибсов до возраста 12 дней, и только затем –
воздействию секрета ДМ особей-доноров. В целом, полученные данные могут
свидетельствовать о том, что воздействие разных хемосигналов и их
взаимодействие носит сложный характер.
Таблица 5. Влияние экспозиции секрета дополнительных мешочков (ДМ) самцов,
самок и их смеси на массу тела и репродуктивных органов самок джунгарского
хомячка в возрасте 30 дней (X±m).
группы
(n)
масса тела
( г)
масса рога матки
( мг)
масса яичника
(мг)
контроль,
21.8 + 0.7*
8.2 + 0.3
4.9 + 0.2*
вода (10)
*
II секрет ДМ
22.1 + 0.3**
9.8 + 0.6
5.0 + 0.3
самца (8)
III секрет ДМ
19.9 + 0.5
8.6 + 0.5
4.2 + 0.2
самки (10)
*
IV секрет ДМ
21.3 + 0.3 *
8.4 + 0.6
4.6 + 0.3
самца+самки(10)
*
*-**- звездочки сверху - достоверность отличий от «секрета самки», звездочки снизу - от
«секрета самца», p<0.05, p<0.01 соответственно
I
4.3. Влияние секрета дополнительных мешочков самок на скорость полового
созревания детенышей у хомячка Кэмпбелла.
Ранее на хомячке Кэмпбелла также было показано, что секрет ДМ взрослых
самцов влияет на созревание детенышей - подавляет созревание детенышей того
же пола и стимулирует таковое детенышей противоположного пола (Кузнецова,
Васильева, 2003). Однако воздействие хемосигналов секрета самок не изучалось.
Целью данного эксперимента было выяснение характера воздействия секрета
доноров-самок на половое созревание детенышей. Мы сравнивали степень
развития репродуктивной системы детенышей, с 12-дневного возраста
получавших секрет ДМ самок и воду (контрольная группа). Контрольная и
экспериментальная группы были сформированы из сибсов одного выводка.
Полученные результаты показали, что секрет ДМ самок подавляет созревание
молодых того же пола (рис. 5).
Масса рога матки (мг)
55
50
45
40
35
30
25
20
15
10
Масса яичника (мг)
9.5
8.5
7.5
P<<0.001
P<<0.001
6.5
5.5
4.5
3.5
вода
секрет ДМ♀
вода
секрет ДМ♀
Рис. 5. Влияние экспозиции секрета дополнительных мешочков в устье защечных мешков
лактирующих самок Ph. campbelli на массу репродуктивных органов детенышей-самок в
возрасте 30 дней (контроль n=16, эксперимент - n=18).
19
Однако в отношении самцов различий по массе семенника и эпидидимиса в
возрасте 30 дней выявить не удалось. Так как визуально в возрасте 25 дней мы
отмечали большую выраженность семенников у детенышей контрольной группы,
было решено повторить этот эксперимент, проанализировав созревание
детенышей в более ранние сроки.
В данной работе развитие детенышей-самцов, получавших секрет ДМ
доноров-самок, анализировали в возрасте 25, 35 и 45 дней. Детеныши
контрольных групп получали воду. Результаты проведенного эксперимента (рис.
6) говорят о том, что секрет ДМ взрослых самок обладает выраженным действием
на созревание детенышей-самцов.
Масса семенника (мг)
Масса эпидидимиса
1100
65
900
55
NS
45
700
P<0.01
35
P<<0.001
500
15
300
100
25
P<<0.001
NS
5
КН
КН ДМ
ДМ
25 дней
КН
КН ДМ
ДМ
35 дней
КН
КН
ДМ
ДМ
45 дней
-5
КН
КНДМДМ
25 дней
КН
КНДМ
ДМ
35 дней
ДМ
КН КН
ДМ
45 дней
Рис. 6. Изменение характера воздействия (показано стрелками) секрета дополнительных
мешочков в устье защечных мешков лактирующих самок на массу репродуктивных органов
самцов разного возраста у Ph. campbelli. КН -контроль, ДМ - секрет.
До возраста 25 дней у детенышей, получавших секрет ДМ самок, наблюдается
более низкая масса семенника и эпидидимиса, чем у детенышей контрольной
группы. В возрасте 35 дней достоверных различий между группами, так же как и
возрасте 30 дней, не наблюдается, а в возрасте 45 дней мы отмечаем, что
детеныши, получавшие секрет, имеют большую массу репродуктивных органов
по сравнению с контрольными значениями (рис. 6). На основании полученных
данных мы можем говорить об изменении во времени характера воздействия
секрета дополнительных мешочков самок на созревание детенышей-самцов. До
возраста 25 дней секрет самок подавляет созревание молодых особей, в период
30-35 дней характер воздействия секрета не выражен, а в период 35-45 дня жизни
он ускоряет созревание самцов (рис. 6). Поскольку донорами секрета ДМ на всем
протяжении эксперимента были самки лабораторной популяции, находящиеся в
одинаковом
физиологическом состоянии (лактирующие),
мы
можем
предполагать, что причиной такого ответа репродуктивной системы молодых
самцов является не изменение качеств секрета, а именно происходящая в
онтогенезе смена чувствительности особей к его хемосигналам.
20
4.4. Влияние кастрации на феромональную активность секрета
дополнительных мешочков самцов у джунгарского хомячка.
Кастрация приводит к инволюции специфических кожных желез (Соколов,
Чернова, 2003) и, следовательно, к элиминации их секретов как факторов
регуляции созревания, а также к исчезновению феромональных свойств
различных экскретов, например, мочи у мышей (Lombardini et al., 1976, Kimura,
1977; Новиков, 1988).
Поскольку на морфометрических параметрах дополнительных мешочков
изменение гормонального статуса особи не сказывается, отдельный интерес
представляет изучение феромональной активности секрета кастрированных
животных. В данном эксперименте мы сравнивали степень зрелости детенышей
(самцов и самок), которые были отсажены в возрасте 12 дней и получали секрет
ДМ интактных и кастрированных доноров-самцов (табл. 7). Детенышам
контрольной группы давали воду.
Таблица 7. Влияние экспозиции секрета дополнительных мешочков (ДМ)
кастрированных самцов на массу тела и репродуктивных органов детенышей
джунгарского хомячка в возрасте 30 дней (X±m).
САМЦЫ
группы
(n)
контроль, вода (26)
масса тела
( г)
23.8 + 0.5
масса семенника
(мг)
267.1 + 11.9
секрет ДМ самца (16)
23.2 + 0.5
240.0 + 16.7
секрет ДМ кастрир. самца
(18)
САМКИ
группы
(n)
контроль вода (16)
24.2 + 0.6
277.4 + 12.8
масса эпидидимиса
( мг)
7.5 + 0.5
4.5 + 0.5**
8.6 + 0.4
**
масса тела
( г)
21.5 + 0.5
секрет ДМ самца (16)
22.8 + 0.5
секрет ДМ кастрир. самца(14)
22.4 + 0.5
масса рога матки
(мг)
9.4 + 0.4
10.7 + 0.8
масса яичника
( мг)
3.8 + 0.3
4.2 + 0.3
8.7 + 0.4
3.4 + 0.2
*
*
*-**- звездочки - снизу - достоверность отличий от «секрет ДМ самца», звездочки сверху – от
контроля, р<0.05, р<0.01 соответственно
У детенышей-самцов, получавших секрет ДМ кастрированного самца,
масса репродуктивных органов была выше таковых значений животных,
получавших секрет интактного самца (табл. 7). У детенышей-самок, наоборот,
наблюдались более низкие значения массы матки и яичника в том случае, если им
экспонировали секрет кастрированных доноров (табл. 7).
Полученные данные свидетельствуют о том, что секрет ДМ
кастрированного самца не обладает феромональной активностью – не подавляет
созревание самцов и не стимулирует созревание самок. Таким образом, мы можем
21
говорить о том, что кастрация, не влияя на размеры и строение дополнительных
мешочков, все же приводит к изменению свойств секрета – выраженных, по
крайней мере, в исчезновении его феромональной активности.
В целом результаты проведенных экспериментов с влиянием секретов
дополнительных мешочков и среднебрюшной железы на созревание детенышей
(разделы 4.1.1 – 4.3) говорят о наличии сложной и пластичной регуляции
созревания детенышей с изменением чувствительности к воздействию
хемосигналов желез особей разного пола в онтогенезе. Хемосигналы самца
угнетают созревание детенышей того же пола, но стимулируют таковое
детенышей-самок. Интересно, что у хомячка Кэмпбелла секрет ДМ самок
замедляет развитие половой системы самцов в период до начала бурного
полового созревания, а затем характер его влияния меняется на
противоположный. Очевидно, что это приводит к тому, что в возрасте одного
месяца влияние экспозиции секрета выявить не удается. Вероятно, что разная
чувствительность может быть и к хемосигналам разной природы и у самцов
джунгарского хомячка. Не исключено, что это было одной из причин, по которой
нам не удалось выявить влияние экспозиции секрета ДМ самок детенышам
самцам у этого вида (раздел 4.2., Табл. 4, 5). Очевидно, что сложная система
регуляции полового созревания является одним из факторов, поддерживающих
оптимальный для популяции уровень репродуктивно активных особей в
популяции и обеспечивает ее стабильность.
4.5. Влияние секретов среднебрюшной железы и дополнительных мешочков
самцов на циклику самок у хомячка Кэмпбелла.
Эффективность воздействия стимулов самца на циклику самок описана у
многих видов млекопитающих разных таксономических групп (Whitten, 1956;
1959; Milligan, 1974; Coblentz, 1976; McClintock 1978; Shelton, 1980; Baddaloo,
Chulow, 1981; Dluzen et al., 1981; Witt et al., 1988; Fader, 1985; Graham CA,
McGrew 1980; Knight et al., 1984; Quadagno et al., 1981). В отношении
мохноногих хомячков долгое время считалось, что у установить возможное
влияние ольфакторных стимулов на циклику самок не представляется возможным
из-за отсутствия четко выраженных стадийных изменений цитологической
картины вагинальных мазков (McMillan, Wynne-Edwards, 1999; Schlatt et al., 1993;
Wynne-Edwards et al., 1987). При этом косвенные данные свидетельствовали о
возможности такого влияния как у хомячка Кэмпбелла, так и джунгарского
хомячка (Erb et al., 1993; Dodge et al., 2002).
Целью данного эксперимента было изучение влияния на циклику молодых
самок секретов среднебрюшной железы и дополнительных мешочков взрослых
самцов хомячка Кэмпбелла. В задачи исследования входило выяснение: 1)
возможности использования картины вагинальных мазков как индикатора стадий
эстрального цикла (n=6) и 2) влияния экспозиции секрета СБЖ и ДМ самцов
(нанесение на носовое зеркало) на циклику молодых самок хомячка Кэмпбелла
содержащихся а) поодиночке; б) в унисексуальных группах. Самки контрольных
22
групп аналогичным образом получали воду. Всего в данной части работы
использовано 80 особей.
Было показано, что у взрослых самок, содержащихся на подстилке
половозрелых самцов, наблюдаются циклические изменения цитологической
картины вагинальных мазков, типичные для лабораторных грызунов
(Киршенблат, 1971). При этом продолжительность цикла у отдельных особей
составляла 4-5 дней (в среднем 4.7+0.2 дня). Это обстоятельство позволило нам
использовать картину вагинальных мазков для изучения влияния секретов желез
на циклику молодых особей. В качестве критериев для описания особенностей
циклики молодых животных использовали принятые параметры (LeFevre,
McClintock, 1988). В конкретной работе удобными для описания оказались такие
критерии как среднее за период до и во время экспозиции число особей, у
которых отмечали, картину вагинальных мазков, характерных для той или иной
стадии цикла (%),
суммарное число стадийных переходов в ту же или
следующую стадию (%), средняя по группе до и после начала эксперимента
продолжительность нахождения в стадии диэструса II. В качестве примера
приведем здесь результаты эксперимента, проведенного на самках,
содержавшихся по одиночке. Самки контрольной (получали воду, n=10) и
экспериментальной (n=10) группы, получавшие секрет СБЖ самца, как и во всех
других сериях, представлены сибсами. Продолжительность опыта – 29 дней (14
дней до экспозиции секрета для определения характера вагинальных мазков без
какого-либо воздействия, и 14 дней – экспозиции, 1 день после окончания
экспозиции). До начала экспозиции секрета СБЖ самца различий между
группами по количеству самок, у которых отмечалась та или иная картина
вагинальных мазков, не было (0.14<P<0.91) (рис. 7, приведены данные для
стадий, на которых присутствуют ороговевшие клетки, чешуйки + чешуйки с
лейкоцитами). В течение всего периода экспозиции секрета различия между
группами были высоко достоверны (р=0.0008). При этом в контрольной группе (I)
доля самок с мазками, характерными для стадии эструса значительно понижалась
(с 20 до 7.9 %, р=0.009), а у самок экспериментальной группы (II) наблюдалась
обратная тенденция, что привело к значительным различиям между группами по
этому параметру (р=0.012). Анализ частоты переходов с одной стадии цикла на
другую в разных группах показал, что во время экспозиции среди самок,
получающих
секрет,
значительно
снижается
количество
животных,
демонстрирующих переход диэструс II→диэструс II (p<<0.0001), в то время как в
контрольной группе число самок, «застревающих» на стадии диэструса II,
остается неизменным (р=0.47). Интересно отметить, что уже через сутки после
окончания экспозиции секрета СБЖ (28 день, рис. 7), число самок
экспериментальной группы (II), демонстрирующих чешуйчатые стадии, резко
снижается (р=0.03).
23
Число самок, %
100
80
60
40
20
0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22
23 24 25 26 27 28 29
Рис. 7. Среднее значение числа самок (%) контрольной (сплошная линия, круг, I) и
экспериментальной группы (пунктирная линия, треугольник, II) в вагинальных мазках которых
отмечались чешуйки (только чешуйки, фаза эструса, и чешуйки с лейкоцитами, фаза диэструса
I) при одиночном содержании. Стрелка вверх - время начала экспозиции секрета СБЖ, стрелка
вниз – время окончания экспозиции.
При групповом содержании и экспозиции секретов СБЖ и ДМ
наблюдаются аналогичные изменения характера картины вагинальных мазков у
самок экспериментальных групп. Кроме того, при воздействии секретами самца
на самок, содержащихся в группе, наблюдается явление синхронизации
эстральных циклов, достигающей 100%, через неделю после начала экспозиции
секрета СБЖ. При этом падение числа особей, демонстрирующих стойкий
диэструс с соответствующим возрастанием числа самок, в мазках которых
отмечаются ороговевшие клетки, возрастает уже через сутки после начала
экспозиции секретов.
Полученные данные говорят о том, что хотя воздействие секретов кожных
желез хотя и не приводило к появлению четких циклических изменений в картине
вагинальных мазков у всех экспериментальных животных, однако определенные
сдвиги, свидетельствующие об эффективности воздействия этих стимулов на
эндокринный статус молодых животных несомненны. В природе самки
джунгарского хомячка и хомячка Кэмпбелла регулярно сталкиваются с
хемосигналами как среднебрюшной железы взрослых самцов, например, изучая
запаховые метки (Соколов, Васильева, 1993), и могут, таким образом, в случае
повышения вероятности встречи с самцом, быстро приходить в готовность к
спариванию еще до появления самца.
Глава 5. Влияние удаления среднебрюшной железы и дополнительных
мешочков на физиологические параметры особи.
Используя в работе подход с экстирпацией секреторных образований,
играющих важную роль, в том числе, и в поддержании жизненно важных
функций организма, нельзя не задаваться вопросом о возможных негативных
последствиях такого удаления. Поскольку имеются указания на наличие обратной
связи специфических кожных желез с адреналовой и половой системами системой
(Соколов, Васильева, 1995; Лебедева, 2001), можно предположить, что удаление
24
среднебрюшной железы или дополнительных мешочков может повлечь за собой
изменение физиологических параметров организма, которые, в свою очередь и
будут определять эффекты, которые мы описали выше. На хомячке Кэмпбелла
было показано, что длительное отсутствие желез приводит к изменению обмена,
что сказывается на составе потребляемого корма, иммунном статусе
оперированных животных (Соколов и др., 1993). Хотя в данной работе мы
использовали в экспериментах животных, у которых железы были удалены за 11.5 месяца до начала работы, мы посчитали необходимым провести исследования
по выяснению эффекта удаления среднебрюшной железы и дополнительных
мешочков на некоторые физиологические параметры самцов.
Данный эксперимент проведен на самцах джунгарского хомячка (n=41) и
хомячка Кэмпбелла (n=59), у которых были удалены либо ДМ, либо СБЖ, либо
оба этих органа. Контрольные группы были ложноопериованы. Экстирпацию
СБЖ и ДМ проводили в возрасте 1-1,5 месяцев (как и в основных экспериментах
работы), затем животные содержались поодиночке в течение 1) 1 месяца; 2) 3
месяцев; 3) 6 месяцев.
Через указанные промежутки времени у животных определяли массу тела,
уровень потребления воды и комбикорма, и
содержание тестостерона и
кортизола в моче (с помощью РИА и ИФА анализов; для сравнения использовали
отношение тестостерон/креатинин и кортизол/креатинин). Указанные параметры
оценивали у самцов в стандартных условиях и после водной депривации
(частичной - животные ежедневно получали дозу воды, равную половине их
суточной нормы, рассчитанную индивидуально, и полной – животные находились
только на сухом комбикорме).
Полученные результаты показали, что через 1-3 месяца после экстирпации
практически все изучаемые параметры у самцов, лишенных среднебрюшной
железы и дополнительных мешочков, не отличаются от таковых значений у
контрольных животных. У самцов хомячка Кэмпбелла, лишенных
среднебрюшной железы, наблюдается понижение уровня тестостерона (p<0.01),
что было показано в предыдущих работах (Лебедева, 2000). Достоверные
различия между контрольными животными и животными без СБЖ и ДМ
проявляются лишь через 6 месяцев, и выражены в возрастании уровня
потребления воды оперированными животными (p<0.05).
Хомячок Кэмпбелла, как и ожидалось, оказался более чувствителен к водной
депривации по сравнению с джунгарским хомячком, что полностью согласуется с
представлениями о видовых различиях Ph. sungorus и Ph. campbelli (Мещерский,
Клишин, 1990; Мещерский, 1992).
Таким образом, мы можем заключить, что кратковременный эффект
экстирпации среднебрюшной железы и дополнительных мешочков не сказывается
на выбранных параметрах оценки физиологического состояния особи. К тому же,
практически во всех экспериментах оперированные животные имели возможность
получать секреты от других особей, и таким образом могли компенсировать
нехватку собственного секрета (Феоктистова, Васильева, 1993). Полученные
данные дают нам основание рассматривать
все эффекты, описанные на
основании экспериментов, проведенных с использованием оперированных
25
животных, прямым, а не побочными следствиями отсутствия у животных СБЖ и
ДМ.
Заключение
Полученные в работе результаты говорят о том, что среднебрюшная железа и
дополнительные мешочки у джунгарского хомячка и хомячка Кэмпбелла
являются
полифункциональными
образованиями.
На
ранних
этапах
постнатального онтогенеза обе структуры (и особенно дополнительные мешочки)
вовлечены в регуляцию выживания и обеспечения нормальных темпов роста
детенышей. Немаловажную роль в выживании детенышей у обоих видов играют
среднебрюшная железа и дополнительные мешочки самца-отца, их секреты даже
могут выступать в качестве резервного источника питательных веществ в
отсутствии материнского молока.
На более поздних сроках развития среднебрюшная железа и дополнительные
мешочки осуществляют регуляцию созревания детенышей обоих полов и циклики
молодых самок, причем этот эффект достигается очень быстро (например, в
случае воздействия на циклику молодых самок – уже через сутки после начала
воздействия).
Такая реактивность, а также существование критических
возрастных периодов чувствительности детенышей к хемосигналам секретов
может быть механизмом, обеспечивающим быстрый контроль за репродуктивноактивной частью популяции.
Интересно отметить, что функция среднебрюшной железы и дополнительных
мешочков у джунгарского хомячка и хомячка Кэмпбелла сходна, несмотря на
значительные эколого-физиологические различия этих видов. Большая
устойчивость джунгарского хомячка, в частности, к негативным последствиям
дефицита секрета дополнительных мешочков, полностью согласуется с
представлениями о разной устойчивости видов к воздействию неблагоприятных
факторов (Мещерский, Клишин, 1990; Мещерский, 1992; Мещерский и др., 1994;
Scribner, Wynne-Edwards,1994; Weiner, 1987a, 1987b; Wynne-Edwards, 1998;
Scribner, Wynne-Edwards, 1994a, 1994b; Newkirk et al., 1998).
26
Выводы:
1. Секрет дополнительных мешочков необходим для обеспечения нормальных
темпов развития детенышей у джунгарского хомячка, однако полное лишение
детенышей возможности получать секрет не приводит у этого вида к таким
негативным последствиям, как у хомячка Кэмпбелла.
2. Среднебрюшная железа и дополнительные мешочки самца-отца у джунгарского
хомячка и хомячка Кэмпбелла являются источниками питательных веществ для
детенышей раннего возраста и способны обеспечить выживаемость и развитие
детенышей в отсутствии самки-матери.
3. Секреты среднебрюшной железы и дополнительных мешочков самцов хомячка
Кэмпбелла влияют на циклику молодых самок, нормализуя ее.
4. Секреты среднебрюшной железы и дополнительных мешочков самцов
джунгарского хомячка подавляют созревание детенышей-самцов и ускоряют
созревание детенышей-самок.
5. Секрет дополнительных мешочков самок у джунгарского хомячка и хомячка
Кэмпбелла подавляет созревание особей того же пола, а его воздействие на
детенышей-самцов зависит от возраста особей реципиентов.
6. Кастрация не сказывается на функциональной активности дополнительных
мешочков у джунгарского хомячка, однако отражается на праймерэффективности секрета.
Список работ, опубликованных по теме диссертации
1. Хрущова А.М, Васильева Н.Ю. 2001 Функция специфических кожных структур в
устье защечных мешков у близкородственных Phodopus sungorus и Phodopus campbelli:
сравнительный анализ.//Санкт-Петербург, XII Симпозиум Эволюционной Физиологии.
Сборник тезисов с.156-157.
2. Хрущова А.М., Васильева Н.Ю. 2002. Роль дополнительных мешочков в углах рта
взрослых особей в регуляции скорости полового созревания детенышей у джунгарского
хомячка.//6-ая школа и конференция молодых ученых «Биология – наука XXI века», Пущино,
сборник тезисов, с 263.
3. Васильева Н.Ю., Хрущова А.М., Парфенова В.М., 2003. Влияние стимулов самца на
скорость полового созревания детенышей у джунгарского хомячка (Phodopus
sungorus).//«Териофауна России и сопредельных территорий» (VII съезд Териологического
общества), Материалы международного совещания, 6-7 февраля 2003. М.: Издание ИПЭЭ РАН,
РФФИ, ред. В.Н. Орлов. с. 69.
4. Хрущова А.М., Васильева Н.Ю., 2003. Влияние удаления дополнительных мешочков
в устье защечных мешков у самок джунгарского хомячка на репродуктивный статус самцов.//7ая школа и конференция молодых ученых «Биология – наука XXI века», Пущино, сборник
тезисов, с. 234-235.
5. Хрущова А.М., Васильева Н.Ю. 2004. Влияние удаления дополнительных мешочков в
устье защечных мешков на развитие детенышей джунгарского хомячка (Phodopus
sungorus).//«Актуальные проблемы экологии и эволюции в исследованиях молодых ученых»
сборник материалов конференции молодых сотрудников и аспирантов ИПЭЭ, с. 197-201.
6. Хрущова А.М., Васильева Н.Ю. 2004. Влияние удаления специфических кожных
желез на питание у джунгарского хомячка и хомячка Кэмпбелла: сравнительный анализ //8-ая
27
Пущинская школа-конференция молодых ученых "Биология - наука XXI века ", сборник
тезисов, с.233
7. Хрущова А.М., Васильева Н.Ю., 2005. Изменение вектора воздействия секрета
дополнительных мешочков в устье защечных мешков взрослых особей на половую систему
детенышей-самок у джунгарского хомячка.//В: «Поведение и поведенческая экология
млекопитающих, Материалы научной конференции». Ред. Рожнов В.В. и др. М: «Товарищество
научных изданий КМК». С. 291-293.
8. Хрущова А.М., Васильева Н.Ю. 2006. Роль специфических кожных образований
самца в выживаемости и развитии детенышей у мохноногих хомячков.// «Биология - наука XXI
века» 10-я Пущинская школа-конференция молодых ученых, посвященная 50-летию
Пущинского научного центра РАН, сборник тезисов. С. 332.
9. Васильева Н.Ю., Парфенова В.М., Хрущова А.М. 2006. Хемосигналы как факторы
поддержания популяционного гомеостаза: роль в регуляции репродуктивных процессов у
грызунов.//Популяционная экология животных: Материалы Международной конференции
«Проблемы популяционной экологии животных», посвященной памяти академика И.А.Шилова.
Томск. Томский государственный университет. С. 112-113.
10. Хрущова А.М., Васильева Н.Ю., Парфенова В.М. 2006. Влияние удаления
дополнительных мешочков в устье защечных мешков у родителей на скорость полового
созревания у детенышей джунгарского хомячка (Phodopus sungorus)// Зоологический журнал, т.
85, № 8, С.998-1006.
11. Хрущова А.М., Васильева Н.Ю. 2006. Влияние секрета дополнительных мешочков
на созревание детенышей у джунгарского хомячка: роль пола и гормонального статуса особейдоноров.//«Актуальные проблемы экологии и эволюции в исследованиях молодых ученых»
сборник материалов конференции молодых сотрудников и аспирантов ИПЭЭ, с. 302-307.
12. Хрущова А.М., Васильева Н.Ю. 2006. «Кормящий отец»- миф или реальность? Роль
специфических
кожных
желез
самца
в
выживании
детенышей
у хомячка
Кэмпбелла//«Химическая коммуникация животных. Фундаментальные проблемы» материалы
IV международной конференции, М., 2006, с.37.
13. Хрущова А.М., Васильева Н.Ю. 2007. Родительское поведение отца у джунгарского
хомячка и хомячка Кэмпбелла: Сравнительный анализ.//«Териофауна России и сопредельных
территорий» (VIII съезд Териологического общества), Материалы международного совещания.
Москва: Т-во научных изданий КМК, с. 532.
14. Васильева Н.Ю., Хрущова А.М. 2007. «Кормящий отец»: роль специфических
кожных желез самца в выживании детенышей у хомячка Кэмпбелла.//Журнал Общей Биологии,
Т.68, №4 (в печати).
15. Khroushova A.M, N.Y.Vasilieva. 2000. Influence of Secretion of Supplementary Sacculi
at the Opening of Check Pouches on Sexual Maturation in Djungarian Hamsters (Phodopus
sungorus).//«Chemical Signals in Vertebrates», Cracow, Poland, July 2000, p. 52.
16. Khroushchova A.M., Vasilieva, N.Yu. 2002. Age-dependant efficiency of puberty
induced saccular chemosignals in Djungarian hamster (Phodopus sungorus) females//Abstract book.
School and Conference on "Chemical Senses: from Molecules to Perception" (20 - 31 May 2002).
17. Vasilieva N.Y., Khrouchtchova, A.M., Kuznetzova M.V., R.Apfelbach. 2002. The
sensitivity to puberty induced chemosignals changes during postnatal ontogenesis in Campbell's
hamsters, Phodopus campbelli//ECRO 2002, July 23-27, Erlangen - Nüremberg, Germany. Abstracts.
P.22.
18. Khrouchtchova A., Vasilieva N., Litvinova E, R.Apfelbach. 2003. Social cues influencing
the rate of sexual maturation in juvenile Djungarian hamsters (Phodopus sungorus).//Chemical Signals
in Vertebrates 10, July 29-August 1, 2003, Abstract book, Oregon State University, Corvallis, Oregon.
19. Khrouchtchova A.M., Vasilieva N.Yu., Kolossova I.E., Moshkin M.P. 2004.
Supplementary sacculi are involved in male’s hormonal state regulation in Siberian hamsters
(Phodopus sungorus)//10th Jubilee Congress of the International Society for Behavioral Ecology. ISBE
2004, Jyväskylä 10-15 July 2004. Abstract Book. P.114.
28