Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Исследование локализации и особенностей кровотворения у осетровых рыб

ВАК РФ 03.00.11, Эмбриология, гистология и цитология

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Говядинова, Анастасия Алексеевна, Москва

С/О-.....

ч/

/ г >

российская академия наук институт биологии развития им. н. к. кольцова

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. М.В. ЛОМОНОСОВА

БИОЛОГИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

ИССЛЕДОВАНИЕ ЛОКАЛИЗАЦИИ И ОСОБЕННОСТЕЙ СТРОЕНИЯ КРОВЕТВОРНОЙ ТКАНИ У ОСЕТРОВЫХ РЫБ

Специальность 03.00.11 эмбриология, гистология и цитология

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научный руководитель

Доктор биологических наук, Академик РАН Профессор Н.Г. Хрущов

Москва 1998

Содержание

ЧАСТЬ 1. ВВЕДЕНИЕ. 3

ЧАСТЬ 2. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 9

2.1 Современные представления о структуре и особенностях функционирования кроветворной ткани у млекопитающих.................9

2.1.2. Кроветворное микроокружение........................................12

2.2. Локализация кроветворения у осетровых.

.............................................................................................................................19

2.2.1.Литературные данные об биологии и систематике осетровых рыб........................................................................................19

2.2.2. Литературные данные о локализации кроветворения у круглоротых и рыб..........................................22

2.2.2.1. Онтогенез кроветворных органов рыб..................22

2.2.2.3. Лимфоидная и миелопоэтическая ткань, ассоциированная с пищеварительным трактом...28

2.2.2.4. Кроветворение в селезенке.............................................33

2.2.2.5. Кроветворение в органе Лейдига и в эпигональном органе........................................................................36

2.2.2.6. Кроветворение в стенке сердца................................38

2.2.2.7. Гемопоэтические очаги в полостях черепа.....39

2.2.2.8. Тимус................................................................................................46

2.2.2.9. Кровь.................................................................................................53

ЧАСТЬ З.МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ..........57

ЧАСТЬ 4. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ ..................................................................................................................................59

Локализация кроветворения у осетровых рыб до стадии массового выклева..........................................59

4.1. Кроветворение в желточном мешке и заселение кроветворных органов...........................................................................59

Кроветворные органы осетровых возрастов от стадии массового выклева до 3-х лет.....................64

4. 2. Почка..................................................................................................64

4.1.3. Гемопоэтический очаг в полости черепа....................70

Образование краниального гемопоэтического очага в эмбриогенезе

.............................................................................................................70

Структурная организация и клеточный состав микроокружения

.............................................................................................................71

Изучение клеточного состава краниального гемопоэтического

очага на электронномикроскопическомуровне................................73

Сопоставление полученных результатов с литературными

данными....................................................................................................77

4. 4. Селезенка.........................................................................................93

4. 5. Тимус................................................................................................102

4.6. Лимфоидная ткань, ассоциированная с различными отделами пищеварительного тракта........................................107

4. 7. Кроветворение в стенке сердца.........................................111

ЧАСТЬ 5. ЗАКЛЮЧЕНИЕ 116

Общие закономерности локализации кроветворения у низших позвоночных....................................................................................124

ЧАСТЬ 6. ВЫВОДЫ 128

ЧАСТЬ 7. ТАБЛИЦЫ И ИЛЛЮСТРАЦИИ 131 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 16 6

Часть 1. ВВЕДЕНИЕ

Проблема локализации и принципа строения кроветворных систем является актуальным вопросом современной сравнительной гематологии. Одним из перспективных подходов к его решению является метод сравнительного изучения тканей внутренней среды у разных животных. Для получения полной эволюционной картины необходимо накопить сведения о свойствах отдельных элементов тканей внутренней среды (крови и гемопоэтической ткани) животных разных систематических групп. К сожалению, исследований такого плана, выполненных в свое время А. А.Заварзиным и его школой, в последние десятилетия почти не проводилось, чем определяются скудность и разрозненность сведений о закономерностях дифференцировки тканей внутренней среды низших позвоночных. За это время лишь гематология млекопитающих получила значительное развитие. Экспериментальные модели, разработанные для млекопитающих, обогатили представления о гистогенезе крови и соединительной ткани. Именно поэтому при проведении сравнительно-эволюционных работ исследования, выполненные на млекопитающих, должны служить эталоном методических подходов, которые могут быть перенесены на низших животных. Кроме того, в сравнительной гистологии вполне допустимо сопоставление форм, эволюционно далеко отстоящих друг от друга, так как группы тканей идентичны у разных животных, а именно они и сопоставляются. Если в сравнительной анатомии важнейшим критерием является гомологичность соотносимых частей, то объект гистологии "ткань" допускает сопоставления в гораздо более широких пределах (Заварзин, 1953).

На основании сопоставления современных представлений о закономерностях организации кроветворной системы млекопитающих, сведений, полученных в старых морфологических исследованиях, а также методически более совершенных современных работах, выполненных на низших животных, можно предположить, что основные принципы

организации кроветворения являются универсальными для всех позвоночных, и, возможно, многих беспозвоночных. В настоящее время ещё не накоплен достаточный материал, позволяющий глубже проанализировать эти вопросы, часто не поддающиеся прямому экспериментальному исследованию и имеющие принципиальное значение для выяснения механизмов гемопоэза, таких, как анализ условий и факторов, неообходимых для поддержания разных линий кроветворения и отдельных их этапов, анализ регуляции кроветворения и роли в этом процессе системы микроокружения. В этом аспекте любое исследование кроветворных органов, их структуры и локализации представляет определённый интерес. Особенно интересными объектами для сравнительно-гистологических исследований являются низшие позвоночные, а именно круглоротые и рыбы, то есть группы, у которых у первых из хордовых появились дифференцированная кровь и постоянна функционирующие органы кроветворения, имеющие определённую локализацию.

У многочисленных и разнообразных представителей классов группы Pisces в полном объеме представлены все основные черты кроветворения, свойственные позвоночным животным. Это прежде всего большое разнообразие форменных элементов крови с высокой степенью функциональной специализации зрелых форм, а также наличие постоянно функционирующий специализированных гемопоэтических органов со сложно организованной системой микроокружения. В настоящее время накоплен обширный интересный материал о клеточном составе крови рыб, а также о микроскопическом составе их органов кроветворения. Наиболее полно изучены кроветворные системы костистых рыб. К сожалению, особенности кроветворения других, низших с эволюционной точки зрения групп рыб, например, хрящевых ганоидов, остаются слабо изученными, в то время как именно эти группы представляют наибольший интерес с точки зрения филогении гемопоэза.

Именно у этих групп достигают значительного развития специализированные постоянно функционирующие кроветворные органы, появляющиеся впервые у круглоротых. Согласно литературным данным, гемо-и/или лимфопоэтические процессы у рыб - представителей группы Chondrostei (хрящевые ганоиды) имеют место в селезенке (Clawson et al., 1966), почке (Drzewina, 1905, Downey, 1909, Ceorgy and Beedle, 1978), тимусе (Соколова, 1912, Good et al., 1966), интерстициальной (Weisel, 1973) и перикардиальной

(Hertvig, 1873, Drzewina, 1905., Scaticci, 1933, Fange, 1986) ткани. Кроме того, в литературе упоминается кроветворный очаг в черепной капсуле (Waldschmidt, 1887, Drzewina, 1905, Scharrer, 1944, Fange, 1986, Tavassoli, 1986). Несмотря на то, что интерес к локализации кроветворения у ганоидных и в частности осетровых рыб впервые проявился довольно давно (первая работа относится к середине прошлого века (Leydig, 1857), работы, посвященные этой теме, единичны, и сведения, в них содержащиеся, во многом неполны и противоречивы. Авторы их часто работали со случайным материалом, то есть с животными неустановленного возраста, что резко снижает ценность полученных ими данных, поскольку локализация и особенности кроветворения могут изменяться как в ходе онтогенеза, так и в зависимости от физиологического состояния животного. В результате литературные данные не дают полной картины, описывающей локализацию кроветворения у осетровых рыб. Единого мнения о локализации гемопоэза у осетровых рыб до сих пор не существует. Такое положение определяется отсутствием работ, выполненных с использованием современных методов, позволяющих анализировать способность к пролиферации клеток структур, описываемых в литературе как кроветворные. Это в частности, авторадиографические методы клеточной маркировки (Хрущов, 1976), с помощью которых можно выявить локализацию делящихся клеток, выделить клеточные популяции, на уровне которых заканчивается деление, и проследить их дальнейшую судьбу, а также оценить степень зрелости форм, циркулирующих в периферическом русле и выходящих в ткани.

С этой целью метод 3Н-тимидиновой авторадиографии с успехом применялся в работах, выполненных на некоторых представителях беспозвоночных и низших позвоночных (Потапина, 1979; Ильинская, 1983; Ланге и др., 1985).

3Н-тимидин, как специфический маркер синтеза ДНК, позволяющий не только распознать пролиферирующие клеточные популяции, но и оценить степень пролиферативной активности, широко используется в практике экспериментального изучения локализации кроветворения. В связи с этим метод авторадиографии использован в настоящей работе в сочетании с классическими морфологическими методами для исследования локализации активно делящихся гемальных элементов у осетровых рыб.

Объектами настоящей работы стали представители семейства Acipenseridae - осетровые рыбы нескольких видов (см. раздел Материалы и методы). Биология этих животных представляют значительный интерес, поскольку осетровые являются одной из наиболее древних групп среди костных рыб. В последнее время численность осетровых во многих регионах значительно сократилась, и полное их исчезновение в некоторых местах их обитания было принято некоторыми исследователями за свидетельство безуспешной конкуренции представителей этой реликтовой группы с костистыми рыбами (Magnin, 1959., Gerbil'skii, 1962). Однако осетровые прекрасно адаптированы к условиям своих местообитаний и, более того, обладают многими преимуществами в сравнении с представителями Teleostei. Икрометание успешно проходит в широком температурном диапазоне, яйца и сперма долго сохраняют способность к оплодотворению, молодь рано приспасабливается к различной солености воды и имеет широкий спектр питания, плотные жучки на коже молоди служат хорошей защитой от хищников, существование проходных, полупроходных и пресноводных форм говорит об экологической пластичности. Снижение численности осетровых во всем мире является результатом деятельности человека: тысячелетней практики рыболовства, гидротехнического строительства и загрязнения речных вод, массовой гибели молоди осетров, случайно попавшей в мелкоячеистые сети для лова мелких костистых рыб и т.д. (Gerbil'skii, 1962., Marti, 1964). Таким образом, проблема сохранения осетров и восстановления их поголовья становится важной задачей для исследователей разных стран (Dettlaff et al., 1993). В частности, большое внимание уделяется искусственному разведению осетровых рыб. Практика успешного искусственного разведения осетровых на рыбозаводах нескольких стран насчитывает уже много лет, и в последнее время многие аспекты их биологии хорошо изучены (Doroshov, 1985). Особенные успехи были достигнуты в области эмбриологии. В настоящее время по степени изученности биологии развития осетровые достигли уровня изученности биологии развития амфибий (Dettlaff et al., 1993). В то же время особенности строения осетровых на разных постэмбриональных стадиях развития остаются малоизученными, мало известно и об их иммунологии (Fange, 1986), хотя именно с этой точки зрения осетровые представляют особенный интерес как животные, одной из черт которых является долгий срок жизни, на протяжении которого они многократно подвергаются опасности различных инфекций, и за долгое время своего существования выработали

эффективные механизмы защиты (Fange, 1986; Tavassoli, 1986), изучение которых может дать интересные результаты. Кроме того, имеются указания на то, что осетровые - одна из первых групп, у представителей которой впервые в эволюции проявляется тяготение кроветворной ткани к скелетогенной (Drzewina, 1905; Van der Horst, 1925; Fange, 1986; Tavassoli, 1986).

Настоящая работа посвящена анализу кроветворной ткани у осетровых рыб и является составной частью сравнительного гистологического исследования закономерностей гемопоэза низших позвоночных. Выбор объекта обусловлен систематическим положением осетровых в ряду позвоночных (близость к древним предковым формам) с одной стороны и уникальностью локализации кроветворной ткани с другой. Как и у других низших позвоночных, у осетровых описано кроветворение в почке и селезенке. Однако у осетровых описаны и нетрадиционные гемопоэтические очаги, локализованные в хрящевых капсулах черепа, стенке сердца и ряде других органов. Кроветворная ткань столь уникальной локализации остается практически неисследованной. Отсутствуют характеристики отдельных ростков гемопоэтической дифференцировки, не описаны элементы, формирующие кроветворные территории данных органов, не исследован уровень клеточной пролиферации в них. Получение таких данных необходимо для выявления наиболее общих закономерностей организации кроветворной ткани животных, принадлежащих к различным систематическим группам, что в свою очередь позволит с общебиологических позиций охарактеризовать процесс кроветворения в целом.

В настоящей работе нами были поставлены следующие конкретные

задачи:

1. Исследовать локализацию кроветворной ткани осетровых рыб в различных органах на ранних этапах онтогенеза (до стадии массового выклева - 36- стадия развития, примерно 107 часов после оплодотворения при температуре развития 18°С);

2. Изучить гистологическое строение традиционных кроветворных органов (почки и селезенки), оценить уровень клеточной пролиферации в этих органах на разных этапах онтогенеза;

3. Исследовать уникальное гемопоэтическое скопление в капсуле черепа:

• проследить заселение его кроветворными элементами в онтогенезе,

• изучить его анатомическое строение и изменение в онтогенезе на серийных срезах черепа в разных плоскостях,

• изучить особенности организации микроокружения и охарактеризовать клеточный состав краниального гемопоэтического органа на светооптическом и электронно-микроскопическом уровне,

• оценить способность гемопоэтических клеток краниального органа к пролиферации (включению 3Н-тимидина) на разных этапах онтогенеза.

4. Дать морфологическую характеристику лимфоидной системы осетровых и авторадиографически охарактеризовать локализацию пролиферирующих элементов лимфоидного ряда у животных разного возраста;

5. Исследовать гемопоэтический очаг, локализованный в стенке сердца на разных этапах онтогенеза, авторадиографически оценить уровень пролиферации клеток.

Часть 2.

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Кроветворная ткань низших позвоночных в последние годы привлекает внимание многих авторов, однако большинство опубликованных работ носит описательный характер и далеко от современного уровня экспериментальных исследований, проводимых на млекопитающих, для которых разработаны и успешно применяются новейшие методические подходы. Методы, разработанные для млекопитающих (такие, как клеточная маркировка и клонирование), и современные данные, полученные при их использовании, должны явиться эталоном при проведении сравнительно-гистологических исследований. В связи с этим мы сочли необходимым поместить в обзор литературы раздел, посвященный изложению современных представлений о кроветворении млекопитающих.

2.1 Современные представления о структуре и особенностях функционирования кроветворной ткани у млекопитающих.

Первая особенность кроветворной ткани - это многообразие клеточных форм разной метаболической специфичности, разных линий (ростков) дифференцировки и степени зрелости. Многочисленные экспериментальные и клинические данные однозначно свидетельствуют, что все это многообразие есть результат многоступенчатого процесса размножения и дифференцировки потомков общей полипотентной недифференцированной кроветворной клетки.

Кроветворная ткань - это клеточная система с интенсивным обновле�