Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Домовая мышь (MUS MUSCULUS L. ) как индикатор мутагенного загрязнения среды

ВАК РФ 03.00.08, Зоология

Автореферат диссертации по теме "Домовая мышь (MUS MUSCULUS L. ) как индикатор мутагенного загрязнения среды"

Pi Б ОД

1 И

На правах рукописи

КОСАРЕВА Наталья Леонидовна

ДОМОВАЯ МЫШЬ (MUS MUSCULUS L.) КАК ИНДИКАТОР МУТАГЕННОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ СРЕДЫ

03.00.08 —ЗООЛОГИЯ

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Екатеринбург 1995

Работа выполнена в лаборатории экологических основ изменчивости организмов Института экологии растений и животных Уральского отделения РАН

Научный руководитель: доктор биологических наук

Гилева 3. й.

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор

Сюзюмова Л. М. кандидат биологических наук Ванчугова Н. Н.

Ведущая организация Уральский государственный университет им. А. Н. Горького

ос

Защита состоится "25." 1995 г. в часов на

заседании диссертационного совета Д. 002. 05. 01 по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора наук в Институте экологии растений и животных Уральского отделения РАН по адресу: 620144, Екатеринбург, 8 Марта. 202.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Института экологии растений и животных УрО РАН

Автореферат разослан "¿3" 1995 г.

Ученый секретарь диссертационного

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Глобальное распространение генотокси-ческих соединений в биосфере влечет за собой возрастание частоты спонтанных абортов и мертворождений, врожденных пороков развития и онкологических заболеваний, В этой связи генетичедкие исследования долины стать необходимым компонентом мониторинга состояния окружающей среды.

Изучение последствий мутагенного воздействия поллштантов на человека требует значительных затрат и связано с методологическими сложностями, особенно в случаях небольших городов и деревень, где исследуемые группы населения настолько малы, что даже при наличии заметного повреждающего эффекта его оценки, полученные с помощью медико - демографического подхода, оказываются статистически незначимыми ( Гилева и др., 19926, 1993, 1994 ). В подобных случаях тест - объектами для прогноза генетических последствий техногенного загрязнения среды могут служить мелкие млекопитающие. В последнее время появился ряд исследований, в которых объектами зколого - генетического мониторинга стали природные популяции грызунов - Clethrionomys glareolus С Домарева, Самохвалова, 1981 ), Clethrionoays rutilus, Arvícola terrestris, Microtus gregalis ( Исенов и др., 1990 Microtus arvalis ( Lekevicius, Morkunas, 1992 ), Microtus oeconomus ( Зайнуллин, 1985; Зайнуллин и др., 1988; Ь'ашлыкова, Таскаев, 1990 ), Apode-bus agrarius ( Башлыкова, Таскаев, 1990 ), Apodcius sylvátlcus, Apodemus flavicollis ( Nikolic et al.. 1992), Mus núsculus ( Крюков, 1988, 1990; Крюков и др., 1993 ).

Наиболее адекватной моделью для выявления мутагенного эффекта среды могут стать синантропные домовые мыши, поскольку они в основном подвергаются воздействию мутагенов за счет тех же источников, что и человек ( воздух, вода, пища ). Домовые мыши повсеместно многочисленны, что делает возможным изучение больших выборок, достаточных для выявления даже слабых эффектов с высокой достоверностью t Гилева и др., 1990, 1992 а,б,в, 1993; '1994; Косарева, 1993 ).

Цель и задачи. Цель настоящей работы состоит в оценке возможности использования домовой мыши для изучения последствий мутагенного загрязнения среды. Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи;

1. Определить генотоксические эффекты техногенного загрязнения среды в экспериментальных условиях с использованием лабо раторных мышей.

2. Оценить уровень цитогенетических нарушений в популяциях

еинантропных домовых мывей, обитавших на территориях, загрязненных химическими и радиоактивными мутагенами.

3, Исследовать эффекты техногенного загрязнения среды в популяциях еинантропных домовых мышей на морфологическом уровне с помощью показателей флуктуирующей асимметрии и аллометрического роста краниологических признаков.

Научная новизна:

1) впервые проведено эколого - генетическое исследование населенных пунктов Среднего Нрала с использованием лабораторных и еинантропных популяций домовых мышей;

2) было показано, что синантропные домовые мыши являются удачными модельными животными для изучения мутагенного загрязнения среды;

3) обнаружено возрастание частоты клеток с хромосомными нарушениями в костном мозге домовых мышей под влиянием техногенных поллютантов; впервые показано, что мутагенный эффект химического загрязнения Среднего Нрала сопоставим с мутагенным эффектом радиоактивного загрязнения в 30 - километровой зоне Чернобыльской АЗС в год аварии;

4) в контексте результатов цитогенетического исследования рассмотрены последствия техногенного загрязнения среды на морфологическом уровне. Впервые обнаружено уменъвеше уровня флуктуирующей асимметрии у еинантропных домовых мышей на территориях, загрязненных химическими и радиоактивными мутагенами.

Практическая значимость. Практическое использование результатов работы связано, преяде всего, с задачами и принципами организации зколого - генетического мониторинга регионов с интенсивной хозяйственной деятельностью.

Синантропные популяции домовых мышей могут быть рекомендованы в качестве объекта для изучения мутагенного эффекта техно-геного загрязнения среды. Нровень хромосомных нарушений в костном мозге еинантропных мышей моино использовать в качестве критерия степени генетического риска для популяций человека исследуемых регионов.

Апробация работы. Основные положения диссертации были опубликованы в материалах Всесопзной конференции " Эколого - генетический мониторинг состояния окруаающей среды" ( Караганда,1990 ) и конференции " Экология и здоровье " ( Пенза, 1993 докладывались на заседании Уральского отделения терриологического общества ( 1991 ), молодежной конференции Института экологии растений и животных ИрО РАН ( 1994 ).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 работ,

Структура il объем лиссертаиии. Диссертация изложена на ($0 страницах машинописного текста. Состоит из введения, трех глав и выводов, иллюстрирована 22. рисунками и .1Н . таблицами. Список литературы включает tâZ источников, в том числе на иностранных языках.

ГЛАВА 1. МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА

Объектом эколого - генетических исследований послужили лабораторные и синантрошше домовые мыши С Mus musculus L., 1758 ).

Для экспериментальной оценки мутагенного эффекта загрязнения городской среды были использованы пробы снежного покрова, поскольку химический состав последнего является надежным показателем степени техногенной нагрузки на ландшафты. Пробы снега собирались в районе автовокзала г.Екатеринбурга, окрестностях Металлургического комбината г.Нижнего Тагила, испытывающих сильное влияние крупных проявленных объектов и автотранспорта, и в районе озера Таватуй, имеющего малую степень техногенной нагрузки. Объектом исследования были инбредные мыши BflLB/c обоего пола, весом около 20 г. Трем группам мышей С по 8 - 11 особей ) в течение недели каждый день подкояно инъецировали соответствующим образом обработанную снеговую воду в объеме 2 мл. Контрольным животным ( 9 особей ) ежедневно вводили по 2 мл физиологического раствора.

Для изучения мутагенного эффекта среды на территориях с комплексным химическим и радиоактивным загрязнением были использованы синантрошше домовые мыши. Ливотные отлавливались в 1991— 1993'годах ка приусадебных участках частных домов, в жилых помещениях, и административных постройках населенных пунктах Среднего Урала. Б г. Первоуральске было поймано 30 животных; в поселке Новоуткинске, который расположен в 35 км на северо - запад от Первоуральска, - 20 животных. В севернойчасти г. Екатеринбурга С территория Уральского государственного педагогического университета ) было отловлено 18 животных; в южной части г. Екатеринбурга С территория Института экологии растений и животных ) было отловлено 18 животных. В двух районах г. Каменск • Уральского ( поселках Октябрьский и Ленинский ) было поймано 1Э животных. В деревнях Каменского района было отловлено 25 мышей в Рыбниковском, 23 мыши - в Сосновке, 15 мышей - в Пирогово и 10 ныней в Больной Грязнухе.

Основным источником экологического неблагополучия городов Среднего Урала являются промышленные предприятия мсталлургохиуи-ческого комплекса, загрязняющие среду тяжелыми металлами.

кислотными оксидами, фенолами, каменноугольными смолами и их производными. Загрязнение полиароматическими углеводородами, соединениями свинца и кадмия в значительной степени связано с интенсивным движением автотранспорта. Высокий уровень химического загрязнения характерен для северной части Екатеринбурга, Первоуральска, Новоуткинска, а также деревни Пирогово, рядом с которой расположены хранилища промышленных отходов Уральского алюминиевого завода. Радиоактивными выпадениями в 195? году, в результате аварии на п/о " Маяк" Челябинской области, были задеты поселок Ленинский Каменск - Уральского и деревня Рыбниковское. Вблизи Восточно-Уральского радиоактивного следа расположена деревня Сосновка, Наименьший уровень техногенного загрязнения наблюдается в южной части Екатеринбурга, поселке Октябрьском Каменск - Уральского и деревне Большая Грязнуха.

В качестве контроля были использованы домовые мыши из поселка Советского Тюменской области, который находится в значительном отдалении от промышленных центров и автомагистралей. Там было отловлено 5В животных, по 28 в июле 1991 и 1992 годов.

Для анализа цитогенетических эффектов техногенного загрязнения был использован метафазный анализ хромосом. Из костного мозга лабораторных и синантропных мышей стандартным способом бц-.ли приготовлены хромосомные препараты. В метафазных клетках костного мозга учитывали хромосомные аберрации, анеуплоидию и полиплоидию, пробелы. Для 40 лабораторных мыгаей В(0/с было проанализировано в среднем по 100 метафаз. В общей сложности исследовано 4095 клеток. В цитогенетическом анализе синантропных домовых мышей было использовано в общей сложности 170 животных, у которых анализировалось по 50 - 100 метафаз. В общей сложности для синантропных домовых мышей было проанализировано 11000 метафазных клеток.

Для оценки последствий мутагенного загрязнения среды на морфологическом уровне были использованы домовые мыши из пяти населенных пунктов Среднего Урала: по 18 животных из северной и южной частей г. Екатеринбурга, 27 животных из г. Первоуральска, 19 животных из поселка Новоуткинска, 25 животных из деревни Рыбниковское, 23 животных из деревни Сосновка. В качестве контроля послужили домовые мыши из поселка Советского Тюменской области -23 особи, отловленные в 1991 году, и 22 особи, отловленные в 1992 году.

Морфологическая изменчивость домовых мышей оценивалась с помощьш показателей флуктуирующей асимметрии и аллометрического роста краниологических признаков. Для анализа флуктуирующей

асимметрии были использованы 4 билатерально - симметричных признака: ширина теменных костей, длина лобных костей, длина носовых костей и длина резцового отверстия, Для изучения закономерностей аллометрического роста были использованы следующие краниологические признаки: кондилобазальная длина черепа, длина лицевого черепа, длина мозгового черепа, длина диастемы верхней челюсти, длина верхнего зубного ряда, ширина скуловых дуг, наибольшая ширина мозговой части черепа, высота черепа в ушной области,наибольшая высота черепа, длина диастемы нижней челюсти, длина резцового отверстия и орбитальный диаметр.

При статистической обработке данных цитогенетического анализа были использованы G - критерий; критерий хи - квадрат и t с преобразованием долей ( Нрбах, 1964; Sokal, Rohlf, 1981 ). При статистической обработке результатов краниометрического анализа были использованы критерии F, t, хи - квадрат и коэффициент ранговой корреляции Спирмена; для расчета аллометрических показателей был использован метод наименьших квадратов, расчет доверительных интервалов производился при вероятности 0,95 ( Рскицкий, 1967; Плохинский, 1980; Sokal. Rohlf, 1981; Глотов и др., 1982 ).

ГЛАВА 2. ЦИТОГЕНЕТИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ ТЕХНОГЕННОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ СРЕДЫ У ДОМОВЫХ ММ ШЕИ

2.1 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ НЕТАФАЗНОГО АНАЛИЗА ХРОМОСОМ IN UIU0 ДЛЯ ОЦЕНКИ ВОЗДЕЙСТВИЯ МУТАГЕНОВ СРЕДЫ ( ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР )

В настоящее время для скрининга мутагенов существует более 100 тестов и большое разнообразие чувствительных тест-систем -от бактериальных до культур клеток человека. Несмотря на высокую разрешающую способность современных методов оценки мутагенности, наибольшие возможности для экстраполяции получаемых результатов на человека представляют исследования на млекопитающих in vivo, позволяющие адекватно отразить процессы генотоксического влияния на целый организм. Для оценки мутагенных эффектов загрязнения среды Всемирной организацией здравохранения ( 1989 ) был рекомендован метафазный анализ хромосом в клетках.костного мозга. В данном разделе обсуждаются возможности этого метода исследования, а также особенности спонтанного и индуцированного кластоге-неза в костном мозге лабораторных мышей. На основе обзора лите ратурных данных сделан вывод с том. чте цля изучения мутагенных эффектов загрязнения среды удачной тест-системой является костный мозг, а надежным методом исследования - метафазный анализ хромосом.

¿.г ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ОЦЕНКА МУТАГЕННОГО ЭФФЕКТА ЗАГРЯЗНЕНИЯ ГОРОДСКОЙ СРЕДЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЛАБОРАТОРНЫХ MUBER BALB/c.

Результаты цитогенетического анализа представлены в таблице 1. С' помощью £ - критерия была проведена проверка всех цитогене-тических показателей на внутригрупповуш однородность. По частоте клеток с хромосомными аберрациями, частоте клеток с хромосомными пробелами, суммарной частоте анеуплоидных и полиплоидных"клеток все выборки были однородны, поэтому частоты поврежденных клеток у мышей из разных вариантов сравнивались на суммированном для всех животных из каждой выборки материале, также с помощью G -критерия. . »

Средний уровень клеток с хромосомными аберрациями у контрольных животных составил 1,87 '/.. Эта величина соответствует оценкам, полученным другими авторами для лабораторных мышей. По частоте аберрантных клеток животные II варианта не отличаются достоверно от контроля. В то же время у мышей III и IU вариантов наблюдается статистически значимое повышение этого показателя более, чем в 2 раза. Результаты цитогенетического анализа позволяют сделать вывод о кластогенной активности поллютантов, накопленных в снеговых покровах районов автовокзала г. Екатеринбурга и Металлургического комбината г. Нижнего Тагила; тогда как уровень мутагенного загрязнения окрестностей озера Таватуй можно считать близким к фоновому.

Достоверные различия между вариантами по частоте анеуплоидных и полиплоидных клеток не наблюдались. Возможно, одной из причин отсутствия анеугенной активности поллютантов, содержащихся в снеговой воде, могла'быть их метаболическая трансформация в организме животных. По частоте клеток с пробелами статистически значимые различия между вариантами также-отсутствовали.

Получение результаты позволяют сделать следующие выводи.

1, Использование лабораторных мыгаей и снеговой воды позволяет выявить мутагенный эффект загрязнения среды.

2. Достоверное увеличение частоты аберрантных клеток у животных III и IU вариантов свидетельствует о мутагенном эффекте загрязнения среды в районах автовокзала г. Екатеринбурга и Металлургического комбината г. Нижнего Тагила.

В заключение следует отметить, что экстраполяция цитогене-тических эффектов, имеющих место у лабораторных ( в данном случае, инбредных ) мышей в эксперименте, на природные популяции организмов и на человека затруднена рядом обстоятельств. Некою-

Таблица 1

Средняя частота хромосомных нарушений у мышей ВПЮ/с после инъекции снеговой воды.

Место сбора снеговой пробы Физиологический раствор Окрес-ности озера Тава-туй Металлургический комбинат г.Нижнего Тагила Автовокзал г.Екатеринбурга

Вариант 1 II III 10

Число животных 10 9 10 11

Число проанализированных клеток 1000 900 1010 1185

Средняя частота с хромосомными аберрациями 1,67* 2,22 3,47 3,63

анеуплоидных 0,56 0,13 - 0,42

полиплоидных - - 0,20 0,17

клеток анеуплоидных и полиплоидных суммарно 0,56 0,13* 0,20 0,59

в г с пробелами 2,20 3,56 2,28 2,78

Среднее число на клетку СхЮО) хромосомных аберраций 1,67 2,67 3,76. 3,88

пробелов 2,60 3,67 2,77 3,04

разрывов 1,78 3,11 4.06 4,14

Примечание: * Частота хромосомных аберраций, анеуплоидных и 'полиплоидных клеток в варианте I проанализированы для 900 клеток; частота анеуплоидных и полиплоидных клеток в варианте II проанализированы для 800 -клеток.

pue из них связаны :.о строго дозированной силой мутагенного воздействия и искусственным способом введения тестируемых смесей в организм животных. Поэтому для изучения последствий мутагенного загрязнения среды помимо экспериментальной оценки необходим анализ эффектов, наблюдаемых у животных в натурных условиях.

2.3 ЦИТОГЕНЕТИЧЕСКИЕ НАРУШЕНИЯ У СИНАНТР0П1ШХ ЛОМОВЫХ МЫШЕИ, ОБИТАЮЩИХ. В УСЛОВИЯХ ТЕХНОГЕННОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ СРЕДН.

Результаты цитогенетического анализа предсуавлены в таблице 2. Применение' Ê - критерия позволило оценить внутригрупновую однородность всех показателей. По частоте клеток с хромосомными аберрациями, частоте клеток с хромосомными пробелами, суммарной частоте анеуплоидных и полиплоидных клеток все выборки были однородны, за исключением частоты анеуплоидии и полиплоидии у мышей из Пирогово ( Ё = 29,80; р < 0,01 ). Поэтому частоты поврежденных клеток у мышей из разных населенных пунктов сравнивались на суммированном для всех животных из каждой группы материале, также с помощью G - критерия, за исключением частоты анеуплоидных и полиплоидных клеток у зверьков из Пирогово, которая была сравнена с контрольной с помощью t - критерия.

ХРОМОСОМНЫЕ АБЕРРАЦИИ, Структурные повреждения хромосом были охарактеризованы тремя показателями - частотой клеток с хромосомными аберрациями; числом хромосомных аберраций на клетку; числом разрывов хромосом на клетку.

Средняя частота клеток с хромосомными аберрациями у мышей из поселка Советского составила 1,25 '/.. Это значение соответствует оценкам, которые приводятся рядом авторов для лабораторных мышей, не подвергавшихся мутагенным воздействиям. По -видимому, поселок Советский, где источники промышленных загрязнений отсутствуют, а движение автотранспорта ограничено, загрязнен техногенными поллвтантами, главным образом, за счет глобальных выпадений.

По частоте клеток с хромосомными аберрациями животные из южной части Екатеринбурга, Октябрьского поселка Каменск -Уральского и Большой Грязнухи не отличаются достоверно от контроля. По всей вероятности, частоты хромосомных аберраций у домовых мышей из этих местностей можно считать близкими к фоновым для Среднего Урала. В то же время, у мышей из Первоуральска, Но-воуткинска, северной части Екатеринбурга, Ленинского поселка Каменск - Уральского и Пирогово наблюдается статистически значимое повышение частоты аберрантных клеток в 2 - 5 раз. Наиболее высокая частота поврежденных клеток обнаружена в северной части Ека-

ктов Среднего Урала.

Советский (контроль ) Первоуральск Ново- ут- кинск Екатеринбург Каменск-Уральский Пи-ро-го-во Большая Грязнуха

север юг Октябрьский Ленинский

Число животных 56 30 20 13 7 9 10 15 10

Число проанализированных клеток 4150 1550 1050 1300 700 . 450 550 750 500

с хромосомными аберрациями 1,25 3,94 4,38 6,77 1,71 2,00 3,45 2,80 1,60

Средняя частота клеток, в X анеуплоидных 0,51 0,84 1,81 1,69 0,43 0.67 1,64 1,20 0,60

полиплоидных 0,12 0,23 0,19 0,46 0,43 0,44 0,36 0,53 0,20

анеуплоидных и полиплоидных; суммарно 0,63 1,10 2,00 2,15 '0.86 1.11 2,00 1,73 0,80

с пробелами 1,8 Г 2.7? 8,38 8,38 4,14 4,89 2.91 3,60 2,60

Среднее число на клетку <VIПП 1 хромосомных аберраций 1,30 4,19 4,57 7,23 2,00 2,44 3,64 2,93 1,60

пробелов 1,88 3,03 9,14 9,38 4,14' 5,56 2.91 3,60 2,60

разрывов хромосом 1,47 5,03 5,05 8,77 3,14 2,67 4,91 3,47 1,80

теринбурга. Эти оценки сопоставимы с уровнем цитогенетического поражения у грызунов в 30 - километровой зоне Чернобыльской АЗС после аварии ( Гилева и др., 1994 ).

АНЕУПЛОИДИЯ И ПОЛИПЛОИДИЯ. Поскольку механизмы появления анеуплоидных и полиплоидных клеток во многом ( хотя и не полностью ) сходны, в таблице 2 их частоты были объединены.

Частота анеуплоидных и полиплоидных клеток достоверно превышает крнтроль ( примерно в 3 раза ) в Новоуткинске, северной части Екатеринбурга, Ленинском поселке Каменск - Уральского и Пирогово. В Первоуральске и Октябрьском поселке Каменск -Уральского этот показатель также повышен, но статистически недостоверно, и для окончательного вывода о существовании или отсутствии анеугенного эффекта среды в этих двух населенных пунктах нужен дополнительный материал.

Повышенная частота анеуплоидных и полиплоидных клеток . наблюдается в основном за счет анеуплоидии. Возможно, ее оценка несколько занижена, так ■ как часть гипоплоидных метафазных пластинок, которые не имели округлых очертаний и плотно расположенных хромосом, могла быть не учтена, поскольку их нельзя отличить от клеток, потерявших одну или несколько хромосом в процессе приготовления препаратов. Тем не менее, частоты изменений числа хромосом оказались достаточно высокими, что свидетельствует о наличии в среде анеугенных факторов.

ПРОБЕЛЫ представляют собой перерывы в окрашивании хромосом. Их истинная природа до сих пор неясна - неизвестно, являются ли они результатом повреждения генетического материала. Частота клеток с хромосомными пробелами достоверно превышает контрольный уровень у мыией из Новоуткинска, Екатеринбурга, Октябрьского поселка Каменск - Уральского и Пирогово. Наиболее высок этот показатель у мышей из северной части Екатеринбурга и Новоуткинска. Возможно, что часть пробелов все же связана с повреждением хромосом, поэтому в большинстве случаев наблюдается параллелизм частоты пробелов с двумя основными показателями цитогенетического повреждения.

Итак, у домовых мышей в 5 из 8 населенных пунктов Среднего Урала наблюдается повышенный уровень хромосомных повреждений, который свидетельствует о присутствии в среде мутагенных агентов. Судя по характеру хромосомных нарушений, в большинстве населенных пунктов Среднего Брала больший вклад в мутагенный эффект среды вносят химические поллютанты, хотя нельзя исключить влияние ионизирующей радиации.

Далее в этом разделе обсуждаются результаты радиологическо-

го и химического анализа изученных яивотных с целью выявления возможных факторов, ответственных за увеличение частоты хромосомных нарушений у домовых мышей из населённых пунктов Среднего Урала.

Полученные данные позволяют сделать вывод о том, что в большинстве исследованных населенных пунктов Среднего Урала в результате химического и радиоактивного загрязнения создалась опасная генетическая ситуация. Исходя из представлений о параллелизме реакции генетического аппарата грызунов и человека на мутагенное воздействие, следует заключить, что население Первоуральска, Новоуткинс.ка, северной части Екатеринбурга, Ленинского поселка Каменск - Уральского и Пирогово подвергается повышенному генетическому риску. Действительно, результаты цитогенетического исследования домовых мышей из Каменск - Уральского хорошо согласуются с результатами медицинского обследования состояния ..здоровья детей и взрослых, в частности - патологий беременности ( Гилева и др., 1994 ). Таким образом, использование синантропных домовых мышей позволяет выявить мутагенные эффекты техногенного загрязнения среды и прогнозировать генетический риск для населения исследуемых районов.

ГЛАВА 3. КРАНИОМЕТРИЧЕСКАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ У СИНАНТРОПНЫХ ДОМОВЫХ МЫШЕЙ НА ТЕРРИТОРИЯХ, ЗАГРЯЗНЕННЫХ ХИМИЧЕСКИМИ И РАДИОАКТИВНЫМИ МУТАГЕНАМИ

3.1 ВЛИЯНИЕ* МУТАГЕННОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ СРЕДИ НА УРОВЕНЬ ФЛУКТУИРУЮЩЕЙ АСИММЕТРИИ.

Флуктуирующая асимметрия ( ненаправленные отклонения от билатеральной симметрии ) рассматривается многими исследователями как показатель стабильности развития, возрастающий по мере нарушения онтогенетического гомеостаза. Предполагается, что геномные и средовые стрессы, вызывающие подобные нарушения, могут быть идентифицированы в природных популяциях по увеличении флуктуирующей асимметрии морфологических структур. Этот относительно простой метод рекомендован рядом авторов для использования как в эволюционных и популяционно - генетических исследованиях, так и при мониторинге загрязнений среды. Одним из наиболее удобных для биологического мониторинга объектов является синантропная домовая мышь, однако информация о характере связи флуктуирующей асимметрии у этого вида с популяционно - генетическими и средо-выми факторами противоречива. В этой связи представляется-интересным изучение флуктуирующей асимметрии в популяциях мыши, ко-

торые подвергаются воздействию промыиленных загрязнений, обладающих мутагенным эффектом.

Оценки асимметрии 4-х билатерально - симметричных краниологических признаков: ширины теменных костей, длины лобных костей, длины носовых костей и длины резцового отверстия, независимые от абсолютных размеров, получали с помощью деления разницы между сторонами-на усредненное для правой и левой стороны значение признака. Их независимость от размера была подтверждена путем вычисления коэффициентов ранговой корреляции Спирмена между оценками асимметрии и кондилобазалыюй длиной черепа. В восьми изученных выборках для разных признаков колебались от - 0,39 до 0,48 и не отличались статистически значимо от 0, хотя выборки были представлены животными разного возраста - от неполовозрелых до взрослых. Можно заключить, что уровни асимметрии исследованных признаков не зависят от возраста мышей. Распределения самцов и самок по значениям асимметрии.были сходны для всех признаков (хи - квадрат равен 0 - 2,568; (1Г = 1; р:> 0,05). Средние значения асимметрии также не обнаруживали половых различий ( Ь = 0,08 - 1,81; ёГ =.,13 - 28; р > 0,05 за исключением длины лобных костей у мыией из Советского, отловленных в 1992 году ( I -2,15; ЙГ =24; р < 0,05 ); поэтому данные по животным разного пола и возраста были объединены.

Поскольку средние значения асимметрии для всех групп и признаков отличались, от ,0 С в 4 из 28 выборок достоверно, Ч = 2,35 - 4,25; р <0,05 - 0,01 ), была введена поправка на направленную асимметрии: из индивидуальных оценок асимметрии вычитались групповые средние, в результате чего были получены распределения со средним, равным 0. Дисперсии этих распределений являются популяционными оценками флуктуирующей асимметрии. Их сравнивали с помощью р - критерия.

В таблице 3 приведены результаты цитогенетического и морфологического ..анализа домовых мышей. Во всех среднеуральских выборках, кроме мышей из южной части Екатеринбурга, наблюдалась достоверно ^повышенная по сравнению с контролем частота хромосомных нарушений ( Г'илева, Косарева, 1994 ). В то же время в подавляющем большинстве случаев уровни флуктуирующей асимметрии у контрольных мыией ( поселок Советский ) выше, чем у животных, подвергающихся мутагенному воздействию разной интенсивности. Лишь значения флуктуирующей асимметрии ширины теменных костей у зверьков из Первоуральска и Сосновки несколько выше, чем у мышей, отловленных в Советском в 1992 году. Неоднородность внутри-популяционных дисперсий оказалась высоко достоверной для длины

Таблица 3

Дисперсии флуктуирующей асимметрии и частота клеток костного мозга с хромосомными нарушениями у домовых мыией из населенных пунктов с разной степенью загрязненности.

место

отлова

Советский (1991) Советский ( 1992 ) Екатеринбург (юг) Екатеринбург (север) Первоуральск Новоут-кинск Рыбни-ковское Соснов-ка

Р *** 7,29

Кь4 **

п*

23 (28)

29 (28)

20 (7)

15 (10)

29

(30) 20 (20)

30 (30)

23 ' (20)

средняя частота клеток С в %)

с хромосомными аберрациями-

1,71

1,02

1,71

7,60 3,94 4,38 3,40 '2,67

анеуплоид-иых. и полиплоидных клеток

0,71

0,58

0,86

1,90 1,10 2,00 1,73 1,33

дисперсии-флуктуирующей асимметрии С х 10» )

ширина теменных ' костей длина лобных костей длина носовых костей длина резцового отверстии

6,861 4,287 0,390 0,391

2,786 2,724 0,245 0,277

2,262 0,239 0,110 0,117

2,318 1,234 0,071 0,101

3,135 1,711 ' 0,100 0,083

1,139 0,791 0,089 0,172

1,733 0,795 0,066 0,161

3,016 0,395 0,139 0,172

~2~,"22 р-0,07 5,80 рсО.ОО! 1,11 р;0,42 2,00 р-0,09

-0.34? р = 6,38 -0.276 р = 6,4? -0.77¡г р-0,04 ~0.602' р=6,11

Примечание:

* В скобках приведено число мышей, подвергнутых цитогенети-ческому анализу

** Иэ - оценка коэффициента рангоиой корреляции Спирмена для частоты клеток с хромосомными аберрациями и дисперсии флуктуирующей асимметрии

*** Для длины носовых костей 0Р=7,27

лобных костей. Связь между Флуктуирующей асимметрией и частотой индуцированных хромосомных нарушений была оценена еще одним способом - с помощью коэффициента ранговой корреляции Rs, Она оказалась отрицательной для всех признаков, но достоверной лишь для длины носовых костей.

Таким образом, ни один из изученных краниологических признаков у мышей из загрязненных местностей не обнаруживает роста флуктуирующей асимметрии, который по общепринятым представлениям должен сопутствовать нарушениям .стабильности развития под влиянием ср.едового стресса. Для длин лобных и носовых костей обнаружено уменьшение Флуктуирующей асимметрии при возрастании стре'ссирующего воздействия. Следует отметить, что сведения о подобной зависимости отсутствуют, по крайней мере, в последних обзорах ( Parsons, 1990; 1992 ). Далее в этом разделе обсуждаются возможные причины уменьшения флуктуирующей асимметрии у мыией с повышенной частотой хромосомных нарушений.

3.2 ОСОБЕННОСТИ АЛЛОМЕТРИЧЕСКОГО РОСТА ДОМОВЫХ МЫШЕЙ, ПОДВЕРГШИХ ВЛИЯНИЮ МУТАГЕНОВ СРЕДЫ.

В этом разделе предпринята попытка проанализировать темпы роста краниологических признаков в среднеуральских популяциях домовых мыией. находящихся под влиянием техногенных поллютантов и, имеющих повыиенную частоту хромосомных нарушений в клетках костного мозга. Для этого был использован метод изучения относительного роста частей тела с помощью аллонетрических уравнений.

Характер аллометрического роста перечисленных выше краниологических признаков изучался по отношению к кондилобазальной длине черепа, а аллометрический рост последней •■ по отношению к длине тела. Ваано отметить, что сравниваемые уравнения описывали изменения Y на одинаковых интервалах значений X. Пары измерений X - Y были получены на разновозрастных животных, весом от 9,0 до 23,0 г. Сходные распределения мышей по возрастно - весовым группам во всех выборках (хи-киадрат равен 10,21; df = 14; р > 0,05), а также одинаковые распределения самцов и самок по показателям веса тела в каждой выборке (хи-квадрат равен 0 - 2,27; df = 1; р > 0,1 ) позволили объединить данные по животным разного возраста и пола. Аллометрический показатель "а" для всех признаков в каждой выборке значимо отличались от 0 ( р < 0,05 -0,00001 ), за исключением длины верхнего зубного ряда у мышей из северной части Екатеринбурга и наибольшей.ширины мозговой части части у мышей из Советского 1992 года ( р > 0,05 ).

Как было отмечено, во всех среднеуральских выборках, кроме

мышей из южной части Екатеринбурга, наблюдалась достоверно повышенная по сравнению с контролем частота хромосомных нарушений. В то же время сравнение 95^-ных'доверительных интервалов алломе.т-рических показателей краниологических признаков не обнаружило значимых изменений темпов аллометрического роста в условиях мутагенного загрязнения среды. Связь между аллометрическим показателем "а" и частотой клеток с хромосомными аберрациями, а также анеуплоидных и.полиплоидных клеток была оценена еще одним способом - с помощью коэффициента ранговой корреляции В подавляющем большинстве случаев ( 22 из 24 ) она оказалась недостоверной. Таким образом,"в большинстве среднеуральских популяций домовых мышей, подверженных влиянию мутагенов среды, не было обнаружено значимых изменений темпов аллометрического роста краниологических признаков. Далее в этом разделе обсуждаются возможные причины наблюдаемой стабильности темпов аллометрического роста.

ВЫВОДЫ

1. Домовая мышь является хорошим индикаторным видом для изучения последствий антропогенных загрязнений, обладающих мутагенным эффектом.

2. Использование лабораторных мышей и снеговой воды позволяет обнаружить мутагенный эффект загрязнения среды в экспериментальных условиях.

3. Для большинства населенных пунктов Среднего Урала обнаружены повышенные по сравнению с контролем частоты клеток с хромосомными аберрациями ( в два - пять раз ) и частоты анеуплоидных и полиплоидных клеток ( в три раза ) в костном мозге синант-ропных домовых мышей. Эти показатели в ряде случаев оказались сопоставимы с уровнем хромосомных повреждений у грызунов в 30 -километровой зоне Чернобыльской АЗС после аварии.

4. У животных,, имеющих достоверно повышенную частоту клеток с хромосомными повреждениями в костном мозге, обнаружено статистически значимое уменьшение уровня флуктуирующей асимметрии некоторых краниологических признаков. Полученные результаты позволяют предположить, что мутагенное загрязнение среды влияет на онтогенетический гомеостаз.

5. В среднеуральских популяциях домовых мышей, обитающих на территориях, загрязненных химическими и радиоактивными мутагенами, не обнаружено достоверное изменение темпов аллометрического роста краниологических признаков. В этой связи использование показателей аллометрического роста в целях мониторинга состояния окружающей среды представляется проблематичным.

Основные публикации но теме диссертации:

1. Гилева Э.А., Большаков В.Н., Косарева Н.Л., Габитова fl.T. Частота хромосомных нарушений у синантропных домовых мышей как показатель генотоксического эффекта загрязнения среды // Докл. ЙН СССР. - 19Э2, - Т. 325, N 5, - С. 1058 - 1061.

2. Гилева Э.Й., Косарева Н.Л. Уменьшение флуктуирующей асимметрии у домовых мышей на территориях, загрязненных химическими и радиоактивными мутагенами // Экология, - 1994, - N 3. - С. 94 -97.

3. Гилева Э.Й., Косарева Н.Л., Бахтиярова М.Ф. Цитогенетические нарушения у домовой мыши, обитающей в рвйоне Таджикского алюминиевого завода // Зколого - генетический мониторинг состояния окружающей среды: Материалы секции. -• Караганда, 1990. - С. 36.

4. Гилева З.Й., Косарева 11,Л,, Бахтиярова М.Ф. Изменчивость уровня цитогенотических нарушений, индуцированных антропогенными загрязнителями среды, у домовой мыши // Проблемы генетики и селекции на Урале. - Екатеринбург, 1992. - С. 35 - 37,

5. Гилева З.А., Косарева Н.Л., Любаиевский Н.М., Бахтиярова М.Ф. Изменчивость частоты хромосомных нарушений; .индуцированных антропогенными поллютантами, у домовой мыши из Гиссарской долины // Экология. - 1993. - N 1. - С. 62 - 70. •

6. Косарева Н.Л. ' Хромосомные наруаения и домовых мышей, обитающих в здании Уральского педагогического института // Тез. докл. " Экология и здоровье ". - Пенза, 1993. - С. 42 - 43.

Подписано к печати 15.03.95 г. Тираж 100 экз. Объем 1 п.л. зак. 1611 Рот. УрГПУ '