Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Морфофункциональные особенности гардеровой железы некоторых видов млекопитающих

ВАК РФ 03.00.08, Зоология

Автореферат диссертации по теме "Морфофункциональные особенности гардеровой железы некоторых видов млекопитающих"

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ИНСТИТУТ ЭВОЛЮЦИОННОЙ МОРФОЛОГИИ и экологии животных - . , имени А. Н. Северцова

\ О 04 . ; 'Т: 195?>

На правах рукописи УДК 591.51

БОДЯК Наталья Дмитриевна

ШРШВУНКЦИОНАИЬНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ГЛРДЕРОВОН ЙЕЛЕЗЫ НЕКОТОРЫХ ВИДОВ МЛЕКОПИТАЮЩИХ

Специальность 03.00.08 - зоология

АФТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Упсква - 1994

Работа выполнена в Институте эволюционной морфологии и экологии животных им. А.Н.Северцова Российской Академик Наук

Научный руководитель:

Академик В. Е. Соколов

Официальные оппоненты:

Доктор биологических наук Б.Д.Васильев Кандидат биологических наук Л.Н.Дьячкова

Ведущая организация:

Московская Медицинская Академия им. И.М. Сеченова

Защита состоится 7 июня 1994 года в 14 часов на заседании Специализированного Совета (Д 002 48.02) по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора биологических наук в Институте эволюционной морфологии и экологии животных имени А.Н.Северцова Российской Академии Наук (117071, Москва, Ленинский проспект, д. 33).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке

Отделения общей биологии РАН

Афтореферат разослан 7 мая 1994 года

Ученый секретарь Специализированного Совета Кандидат биологических наук

Л.Т.Капралова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТУ

Актуальность темы.

Специфические кожные железы млекопитающих, к которым относятся и Гардеровы, являются гетерогенной по структуре и функциям группой органов, значение которых в.жизнедеятельности животных не вызывает сомнений. Применение разнообразных современных методов исследований, позволяет выявлять все новые и новые факты, расширявшие представления исследователей об этих пока еще слабо изученных органах, и зачастую менять сложившиеся стереотипы во взглядах на морфофункциональные особенности кожных желез.

Гардеровы железы представляются удачным объектом изучения ввиду того что, они обнаружены практически у всех позвоночных (земноводных, кроме тех которые постоянно обитают в воде, пресмыкающихся, птиц и млекопитающих) за исключением рыб, а среди млекопитающих встречаются у представителей сумчатых и большинства отрядов плацентарных. Несмотря на довольно интенсивное исследование Гардеровых желез в разных направлениях, их ультраструктурная организация практически не изучена, не проводилось и сравнительного анализа желез у разных видов млекопитающих. Что же касается функций этих органов, то предполагаемый спектр их настолько широк и разнообразен, что приводит некоторых специалистов к мысли о разделении или сочетании функций у различных видов млекопитающих и концепции о полифункциональности желез. Традиционно считается, что секрет Гардеровой железы служит для смазки глазного яблока. Имеются данные указывающие на то, .что синтезируемые Гардеровой железой липиды, необходимы для смазывания волос на теле и служат защитой от воздействий среды (ветра, влаги, холода) (Thiessen, Kittrell, 1980; Harlow, 1984; Thiessen, Pendergrass, 1985). Вероятным представляется участие Гардеровой железы в фоторецепции (Wetterberg et al., 1970; Pevet et al., 1984), иммунологической реакции (Schramm, 1980: Mansikka et al., 1989). Некоторые эксперименты сввдетелЬст вуют о феромснаяьных свойствах синтезируемых Гардеровой железой веществ (Thiessen et al., 1976; Thiessen, Yahr, 1977; Payne. 1977; 1979). Предполагается также участие Гардеровой железы в репродук-

тивных процессах (Weaker, 1981).

Изучение ультраструктуры Гардеровых желез большего числа видов млекопитающих может пролить свет на проблему морфофункциональ-ньи особенностей специфических коленых желез в целом и Гардеровых желез, в частности.

Дель и задачи исследования.

Целью нашей работы было выявление морфофункциональных особенностей Гардеровых желез некоторых видов (всего 25) млекопитающих, представителей 5 отрядов (грызуны (Rodentia), зайцеобразные (Lago-rnorpha), парнокопытные (Artiodactyla), китообразные (Cetacea), ластоногие (Pinnlpedia)) и выяснение роли железы в хемокоммуника-ции. В задачи исследования входило следующее: 1) выявить особенности клеточной специализации секреторных клеток Гардеровых желез 25 видов млекопитающих; 2) провести сравнительный анализ ультраструктурных характеристик секреторных клеток Гардеровых желез 7 видов млекопитающих; 3) выяснить роль Гардеровых желез в коммуникативных .процессах на примере сирийского хомяка (Mesocricetus aura-tus).

Научная новизна.

Летально описана ультраструктура секреторных клеток Гардеровых желез 7 видов млекопитающих, в том числе 5 ранее не изученных. При этом у черноморской афалины (Turslops truncatus ponticus) обнаружен половой диморфизм, выражающийся в различной специализации .клеток у самца и самки, что является лишь вторым случаем такого рода в истории изучения Гардеровых желез млекопитающих. Впервые Проведен сравнительный анализ ультраструктурных характеристик Гардеровых келев разных видов млекопитающих и установлено, что они варьируют от вида к виду. Выявленные отличия, как показано, носят неслучайный характер (не являются лишь индивидуальными и не зависят от функциональной активности клеток).

На примере сирийского хомяка впервые показана роль Гардеровой аелезы в формировании залахового "образа" самки, а также выявлено, что гомогенат Гардеровых желез самки может стимулировать половое

- 3 т

поведение самца .

Теоретическое и практическое значение работы.

Результаты сравнительного анализа ульграструктурных характеристик секреторных клеток Гардеровых желез ряда видов млекопитающих подтверждают гипотезу о полифункциональности этого органа, что позволяет расширить представления о функциональной морфологии специфических кожных желез. При оценке вариабельности секреторных клеток Гардеровых желез продемонстрирована перспективность подхода, основанного на концепции клеточного морфютипа. Показано, что секреторные клетки Гардеровых желез имеют уникальные морфотипы, специализированные для синтеза различных химических продуктов (не только липидов, как полагалось ранее, но и белков, и углеводов) и различающиеся не только у представителей разных родов, но и в пределах одного рода. На примере 3 видов хомячков рода Phodopus показана возможность использования данных электронномикроскопических исследований Гардеровых желез в систематике.

Апробация работы.

Результаты исследования были представлены на международном симпозиуме "Sensory systems and behavior of aquatic mammals" (Москва, 1991), на X1Y. конференции по электронной микроскопии (Черноголовка, 1992) и объединенном коллоквиуме лаборатории по экологии, поведению и морфологии высших позвоночных и лаборатории эволюционной гистологии Института эволюционной морфологии и экологии животных им. А.Н.Северцова РАН (Москва, апрель 1994).

Публикации.

По теме исследования опубликовано и сдано в печать 7 работ.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, раздела материал и методы, А глав, заключения, выводов, списка цитируемой литературы и изложена на страницах машинописного текста, иллюстрирована Б5 рисунками, включает 7 таблиц. Список литературы содержит 231 названий, в том числе 212 на иностранных языках.

Автор выражает искреннюю благодарность своему руководителю академику В.Е. Соколову без пристального внимания и поддержки которого эта работа не была бы осуществлена. Я глубоко признательна Л. В. Степановой, оказывавшей неоценимую помощь на всех этапах работы, привившей мне профессиональные навыки и во многом сформировавшей моё мировоззрение. Пользуясь случаем, я благодарю H.A. Русакову, A.A. Французову, B.C. Лебедева, A.B. Сурова, Г.Н. Тихонову, И.А. Тихонова, В.Н. Антропова, А.Т. Кравченко, а также сотрудников Утришского дельфинария, за большую помощь в сборе, обработке материала и оформлении работы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Введение

Во введении приводятся краткие сведения о степени изученности структуры и функции специфических кожных желез млекопитающих, а также об истории изучения, распространении и предполагаемых функциях Гардеровых желез. Формулируется цель и задачи исследования.

Материал и методы

Электронномикроскопическими методами исследована ультраструктура Гардеровых желез 7 видов (31 особь) млекопитающих: 1) черноморская афалина (Tursiops truncatus pontlcus), 2) барабинский хомячок (Crlcetulus barabensls), 3) обыкновенный хомяк (Cricetus ' cricetus), 4) монгольский сурок (Marmota slbirica callginosus), 5) хомячок Роборовского (Phodopus roborovskii), 6) хомячок Кэмпбелла (Phodopus campbelli), 7) джунгарский хомячок (Phodopus sungorus).

На основе полученных препаратов отснято и проанализировано 4250 микрофотографий.

Выбор данных объектов был обусловлен следующими факторами: афалина, лишена слезных желез, но имеет хорошо развитые Гардеровы, и следовательно спутать железу не с чем. Исследование структуры желез афалины способствовало уточнению вопроса о критериях для

идентификации Гардеровых же&еэ. Для этой же цели дополнительно мы исследовали Гардеровы железы еще 18 видов на светооптическом уровне методом тройного окрашивания полутонких срезов, позволяющим идентифицировать белковые, углеводные и липидные продукты (Нишргу, Plttman, 1974).

Три вида хомячков рода Phodopus взяты нами для проведения сравнительных ультраструктурных исследований у представителей одного рода. Остальные виды взяты как представители других родов, но их объединяет то, что их железы липидсекретирующие.

Гардеровы железы сразу после гибели или усыпления животных фиксировали в 2,5 % глутаральдегиде и 1% OsO^ на S - коллкдиновом' буфере. Материал обрабатывали по общепринятой схеме для сканирующей и просвечивающей электронной микроскопии (использовали микроскопы JSM-840A и JEM-100C). Часть материала была обработана методом замораживания-скалывания-травления. В отдельных случаях после фиксации глутаральдегидом ткань резали на замораживающем микротоме и окрашивали Суданом 111 и Суданом черным Б.

Для оценки влияния, физиологического состояния особи на ультраструктуру Гардеровых желез электронномикроскопическими методами (просвечивающая микроскопия) было исследовано 12 самок сирийского хомяка на разных стадиях астрального цикла.

В экспериментах, подтверждающих гипотезу об участии Гардеровых желез в химической коммуникации использовано 45 самцов сирийского хомяка. Поставлено 4 серии экспериментов и проведено 130 опытов.

В отдельных случаях для выяснения влияния продуктов секреции Гардеровых желез на состояние шерстного покрова, а также для проведения поведенческих экспериментов Гардеровы железы удалялись у сирийского хомяка и джунгарского хомячка (Phodopus sungorus) (все--го у 27 особей) под общей нембуталовой анестезией. Для этого на ткани третьего века с помощью ножниц для глазной хирургии делали небольшие разрезы и легко извлекали Гардеровы железы целиком в виде единой структуры (последовательно из одной и другой орбит) с

- б -

помощью пинцета. Операции проводили под бинокуляром ОрЬоп. Всего в работе использовано 145 особей,

Гардерова железа млекопитающих. Обзор литературы

В 9 подразделах данной главы проанализированы и представлены основные имеющиеся сведения по структуре и биохимии Гардеровых желез млекопитающих, влиянию на них половых гормонов, фотопериода, взаимосвязи с эпифизом.

Показано, что Гардерова железа млекопитающих является одной из самых крупных орбитальных желез. У большинства исследованных видов она располагается под глазным яблоком, несколько смещаясь к внутреннему углу глаза и занимая значительную часть орбиты. Как правило, она представляет собой единое компактное образование, и имеет один проток с выходом, расположенным на третьем веке.

Синтезированные вещества, экспортируясь из железы, оказываются в конъюктивальном мешке и, скапливаясь в углу глаза, попадают в назолакримальный канал, называемый иногда назогардеровым, а оттуда в носовую полость и могут вытекать из ноздрей. При переполнении конъюктивального мешка секрет может выделяться непосредственно из глазной орбиты в виде "слез". Многие млекопитающие размазывают секрет по всему шерстному покрову при умывании и чистке.

Среди ранее исследованных 14 видов лишь у сирийского хомяка на ультраструктурном уровне обнаружен половой диморфизм.

В ряде экспериментов показано, что на активность и морфологические характеристики Гардеровой железы"некоторых, но не всех среди изученных млекопитающих может оказывать влияние освещенность. Кроме того, установлено, что Гардерова железа Палестинского слепыша (Бра1 ах еЬгепЬегй!), зрительный анализатор которого практически не функционирует, участвует в восприятии изменений фотопериода при переходе от длинного дня к короткому.

Выяснено, что в Гардеровых железах некоторых грызунов происходит активный синтез индоламинов, обладающих биологической активностью. Одним из таких'наиболее известных и часто изучаемых'соеди-

- ( -

нений является мелатонин. Кроме того, показано, что Гардеровы же-левы многих млекопитающих синтезируют еще одну группу особых биологически активных соединений - порфиринов. Содержание порфиринов в Гардеровых железе очень высоко и превышает таковое в других тканях организма. Основным порфирином, идентифицированным в Гардеровых железах, является протопорфирин.'

Убедительно показано, что морфофункциональное состояние Гардеровых желез сирийского хомяка контролируется андрогенами, обеспечивающими существование маскулинных характеристик их эпителиальных клеток.

Сравнительный анализ литературных данных по ультраструктуре' секреторных клеток Гардеровых желез разных видов млекопитающих, проведенный нами, указывает на то, что Гардеровы железы разных видов млекопитающих не идентичны. Однако неясно насколько широко эти отличия варьируют у представителей разных родов, и в пределах одного рода. Кроме того, ограниченный выбор объектов (изучены железы у некоторых грызунов и зайцеобразых) исследований отразился на представлении специалистов об органе. В литературе утвердилось мнение, что Гардерова железа является липидсинтезирующей (в отличие от слезных) трубчато-альвеолярной структурой. Тем не менее появляются новые сведения, дающие повод усомниться в корректности такого определения, что делает вопрос об идентификации железы спорным.

Результаты и обсуждение

Черноморская афалина (Тигз1орз Ьгипса^э ропИсиэ).

Объектами нашего исследования послужили черноморские афалины,-содержащиеся в дельфинарии. Злектронномикроскопическими методами были изучены Гардеровы железы 3 взрослых (1 самец и 2 самки) клинически здоровых дельфинов. Кроме того макроскопически, путем общего препарирования, изучены Гардеровы железы еще трех афалин.

Гистологические и электронно-микроскопические исследования Гардеровой железы афалины г.сказали 8 что она представляет собой мощно развитый орган, охватывающий кольцом глазное яблоко и имеющий одинаковый клеточный состав в узкой и расширенной частях железы.

Железистый эпителий самки представлен одним типом клеток, в • котором очень хорошо развит гранулярный эндоплазматический ретику-лум, множество цистерн, которого вытянуто вдоль длинной оси клетки. У самки мы обнаружили три типа секреторных гранул: гранулы средней электронной плотности, могут сливаться, образуя сплошную массу, на полутонких срезах они окрашиваются синим; электронноп-лотные гранулы, не сливаются, окрашиваются в малиновый цвет и су-данофильные липидные гранулы. Аппарат Гольджи располагается в центральной части над ядром. .Он занимает значительный объем цитоплазмы' и представляет собой стопку лежащих параллельно друг другу вытянутых ламелл, часто образующих кольцо. В аппарате Гольджи путем отшнуровывания расширенных скопившимся продуктом цистерн формируются электронно-плотные гранулы.

Отличительной особенностью Гардеровой железы самца является наличие двух типов секреторных клеток. В обоих типах клеток хорошо развит гранулярный эндоплазматический ретикулум. Клетки 1-го типа характеризуются разнообразием содержащихся в них секреторных гранул. Аппарат Гольджи в клетках 1-го типа представлен стопкой уплощенных" или слегка расширенных анастомозирующих длинных цистерн с электронно-прозрачным содержимым, мелкими везикулами - средней электронной плотности.

Клетки 2-го типа располагаются в трубочке, как правило, группами. Их цитоплазма заполнена многочисленными однотипными секреторными гранулами, содержимое которых выглядит серо-черным с четко обозначенной границей между серым и черным. Аппарат Гольджи выражен хорошо, но отличен от такового клеток 1-го типа. .Его цистерны короткие и расширены в разной степени, содержимое их эле'ктронноп-розрачно или с тонкой еле заметной сеточкой. Везикулы вокруг цис-

терн немногочисленны.

Из нашего материала следует, что по строению биосинтетического конвейера Гардерова железа афалины является белоксекретирующим органом, что согласуется с электронномикроскопическими и, что особенно важно, биохимическими исследованиями других авторов (Ускова и др., 1976; Tarpley, Rldgway, 1991). По данным Усковой с соавторши (1976) в секрете Гардеровой железы афалины соотношение белков и углеводов 2:1. Кроме того, мы впервые выявили в Гардеровой железе афалины половой диморфизм, проявляющийся в клеточной специализации: железы самки содержат один тип клеток, синтезирующих белки, углеводы и липиды, а железы самца имеют два типа клеток, синтези-' рующих лишь белковые и углеводные компоненты.

Итак, и из наших исследований на примере афалины следовало, что Гардеровы железы могут быть не только липидсинтезирущими органами. Для проверку этого положения мы проанализировали еще 19 видов млекопитающих. Оказалось, что для 6 из них также характерна нелипидная секреция. Полученные нами данные увеличивают список видов, Гардеровы железы которых не относятся к липидсекретирующим. Из этого в свою очередь следует, что клеточная специализация Гар-деровых желез млекопитающих более разнообразна, чем представлялось ранее и утверждается "некоторыми авторами (Sakai, van Lennep, 1984).

Далее, для того, чтобы выяснить существует ли более тонкая специализация среди липидсекретирующих желез рассмотрим представителей грызунов:

Барабинский хомячок (Crlcetulus barabensis).

Нами исследованы Гардеровы железы 3 взрослых самцов и 3 самок барабинского хомячка, отловленных в августе в Туве.

Гардерова железа барабинского хомячка, как и остальных описанных ниже видов грызунов, представляет собой единое компасное образование. Располагается она под глазным яблоком, несколько смещаясь к внутреннему углу глаза и занимая значительную часть орби-

ты. Будучи погруженной в орбитальный венозный синус, железа покрыта эндотелием и легко вычленяется из орбиты с помощью пинцета. Проток открывается на поверхность кожи третьего века.

По нашим данным секреторные клетки Гардеровых желез барабинс-кого хомячка не отличаются по структуре у самцов и самок и принадлежат к одному морфотипу. Приспособлены секреторные клетки к активному синтезу и экскреции липидов. Одним из основных элементов биосинтетического конвейера, ответственного за синтез липидов, является, как известно, агранулярный эндоплазматический ретикулум. Именно эта органелла хорошо развита в секреторных клетках. Агранулярный эндоплазматический ретикулум имеет трубчато-везикулярную форму. Его короткие трубочки и многочисленные везикулы со среднез-лектронноплотным содержимым хаотично распределены по цитоплазме. Аппарат Гольджи представлен несколькими комплексами. Каждый комплекс, как правило, состоит из стопки плоских, параллельных друг другу цистерн, концы которых часто расширенны, а также из крупных вакуолей. Последние могут быть полигональной формы, но чаще они округлы'и имеют вид "пенистой" массы с электроннопрозрачным содержимым и редкими электронноплотными включениями. Гранулярный эндоплазматический ретикулум немногочисленен, имеет вид коротких профилей, которые нередко замкнуты в кольцо. В цитоплазме множество свободных рибосом и полисом. В секреторных клетках отмечаются необычные многочисленные образования называемые в литературе "щелями". "Они вытянуты в длину и состоят из нескольких, лежащих параллельно друг другу мембран и электронноплотного материала. В некоторых "щелях" вдоль их профиля можно видеть электроннопрозрачную зону различной ширины. Секреторные гранулы злектроннопрозрачны, окружены мембраной, округлы, овальны, иногда неправильной формы. Могут сливаться друг с другом. Нередко в них присутствует рыхлый волокнистый материал средней электронной плотности. Кроме того, встречаются гранулы, содержащие мембранозный материал.

Обыкновенный хомяк

(Cricetus crlcetus).

Нами изучены два взрослых самца обыкновенного хомяка, отловленных поздней весной в Москве.

В отличие от барабинского хомячка здесь эпителий представлен двумя типами секреторных клеток. Существенными различиями между клетками I и II типов являются следующие: 1) в клетках I типа аг-ранулярный эндоплазматический ретикулум трубчато-везикулярный, с короткими трубочками рыхло распределен по цитоплазме, тогда как во II типе он очень плотно упакован создавая электронную плотность цитозоля; 2) различна морфология гранул - хранилищ секреторных продуктов: в клетках I типа гранулы более разнообразны, но среди' них не встречаются гранулы, характерные для клеток 11 типа, а именно гранулы, состоящие из двух компонентов электроннопрозрачно-го и электронноплотного, где последний может занимать значительный объем гранулы; 3) в клетках II типа отмечаются характерные "щели"; 4) в клетках II типа ядра крупнее, чем в клетках I типа.

Монгольский сурок (Marmota sibirica caliginosus).

В нашем распоряжении было, к сожалению, лишь 2 половозрелые особи (самец и самка), -добытые в разное время года (самец в феврале, самка в августе) в МНР.

Для сурка, как представителя типичных гибернаторов, сезон года очень важен, поскольку в организме на разных уровнях происходят существенные перестройки, которые могут отразиться и на структуре Гардеровых желез. С другой стороны, имеются сведения, что в феврале, еще до выхода из нор зверьки могут быть репродуктивно активны и спариваться. Исследованные нами Гардеровы железы обоих зверьков активно функционировали, синтезируя и экспортируя, в основном,-продукты липидной природы. В- ультраструктуре секреторных клеток Гардеровых желез самца и самки выявлен ряд отличий, которые могли бы свидетельствовать о половом диморфизме в клеточной специализации Гардеровых желез у этого вида. Однако, наличие диморфизма тре-

бует доказательства на большем количестве особей, добытых одновременно (в один и тот же сезон). Не решая вопрос о наличии или отсутствии полового диморфизма в Гардеровых железах монгольского сурка, мы приводим эти данные для сравнения морфотипов у представителей разных родов.

Наиболее демонстративна вариабельность секреторных гранул, различающихся по морфологии у самца и самки. В секреторных клетках самца гранулы довольно крупны и относительно немногочисленны, распределены по всей цитоплазме. По структуре Гранулы разнообразны, но между ними существуют переходные формы, что дает возможность проследить вероятные пути их формирования и созревания и считать их монотипом.- Окружены гранулы тонким злектронноплотным ободком, содержимое их электроннопрозрачно. В некоторых из них имеются более плотные участки., тогда как в других по периферии залегает гомогенный' материал средней электронной плотности и также различимы отдельные электроннопрозрачные пузырьки со среднеэлект-ронноплотной окантовкой, образующие целые скопления и придающие гранулам "пенистый" вид. В цитозоле встречаются отдельные такие пузырьки, возможно, что это именно они сегрегированы в гранулы. В части гранул отмечается рыхлый материал средней электронной плотности. Все описанные варианты гранул могут сливаться друг с. дру~-гом, а также подвергаться экзоцитозу.

В секреторных клетках самки нами выделено 5 дискретных типов гранул'; морфологически отличающихся от гранул самца: 1) овальные или неправильной формы электроннопрозрачные с двойным ободком -внутренний электроннополупрозрачный и наружный электронноплотный, толщина ободков может варьировать, в некоторых гранулах по периферии отмечается зернистый среднеэлектронноплотный материал; 2) электроннопрозрачные кристаллоподобные структуры, лежащие свободно в цитоплазме по одному или группами, гранулы первого типа' могут объединяться с кристаллоподобными структурами, образуя сложные гранулы; 3) гранулы с содержимым средней электронной плотности, "волнистым" на срезах, окружены злектронноплотным ободком и рыхлым

среднеэлектронноплотным материалом; 4) округлые электроннопрозрач-ные, окруженные мембраной с волокнистым или гомогенными, средней электронной плотности включениями; 5) округлые электронноплотные (черные) гранулы, напоминающие лизосомы, они могут свободно лежать в цитоплазме или сливаться с гранулами.

Наряду с перечисленными выше отмечаются и другие отличия: цистерны аппарата Гольджи самки, по сравнению с самцом, более расширены. Агранулярный эндоплазматический ретикулум представлен более длинными и ветвящимися трубочками. Базальная плазмалемма секреторных клеток самки иногда образует параллельные базальной мембране складки, в то время как у самца она имеет редкие тонкие пальцевидные выросты.

Из сравнительного анализа представленного выше материала следует, что исследованные нами Гардеровы железы млекопитающих представителей разных родов имеют секреторные клетки четко различающие-' ся по ультраструктурным характеристикам друг от друга.

Для того, чтобы выяснить отличаются ли на электронномикроско-пическом уровне секреторные клетки Гардеровых желез у представителей одного рода, рассмотрим железы хомячков рода РМориБ. Следует отметить, что нами исследованы половозрелые, релродуктивно активные особи обоего пола, при этом полового диморфизма в эпителии Гардеровых желез не выявлено. Сравнительный анализ ультраструктуры секреторных клеток Гардеровых желез показал: в секреторных клетках РЬ. гоЬогоуэкН присутствуют уникальные гранулы полигональной формы с широким ободком из электронноплотного материала, который,-концентрируется вокруг гранул со стороны цитоплазмы. Экструзия этих гранул отлична от -всех остальных (они экспортируются путем микроапокриновой секреции). В секреторных клетках РЬ. эилгогиБ присутствуют также характерные лишь для этого вида гранулы, по периферии которых, но уже с внутренней стороны ограничивающей мембраны в виде довольно широкой полосы, ширина которой варьирует в пределах одной гранулы, залегает гомогенный среднеэлектронноплот-

кый материал. Секреторные клетки Ph. Campbell1 содержат гранулы полигональной формы, в которых по периферии отмечается мембраноз-ный материал, нередко занимающий значительный объем гранулы. Еа-зо-латеральная плазмалемма секреторной клетки Ph. sungorus образует складки, а у Ph. roborovskii и Ph. campbelli - микроворсинки которые у P. campbelli более тонкие и длинные. Кроме того секреторные клетки у Ph. campbelli расположены довольно рыхло. Аграну-лярный зндоплазматический ретикулум очень хорошо развит у всех трех видов. Его трубочки распределены хаотично по всей цитоплазме, но у Ph. sungorus он иногда образует регулярную сеть из чередующихся узких ламелл и среднего размера везикул. Кроме того у Ph. campbelli отмечаются внутриклеточные канальцы - весьма редко встречающиеся вообще в секреторных клетках.

Таким образом, анализируя ультраструктурную организацию секреторных клеток Гардеровых желез трех видов хомячков рода Phodopus мы пришли к выводу о существовании между ними ряда отличий, позволяющих идентифицировать эти виды.

Общеизвестно, что секреторная клетка характеризуется хорошо развитым биосинтегическим конвейером, основными элементами которого являются агранулярный и гранулярный зндоплазматический ретику-лумы и аппарат Гольджи, а продукты её синтеза в подавляющем большинстве .случаев запасаются в своеобразном депо - секреторных гранулах .

Следует отметить, что в соответствии со структурой внутриклеточного биосинтетического конвейера еще в 70-е го^ы было принято выделять белок-, липид- и слизьсинтезирующие клетки (см. Зуфаров, 1983). Однако исследования кожных желез большого количества таксономических групп млекопитающих, проведенные в нашей лаборатории, выявили чрезвычайно разнообразную специализацию экзокринных секреторных клеток, далеко выходящую за пределы названной классификации (Sokolov, Stepanova, 1989).

Для адекватных сопоставлений ультраструктурных особенностей

секреторных клеток и их специализаций (морфотипов) разработан ряд критериев (Соколов, Степанова, 1986), которые мы использовали в данной работе. Эти критерии следующие: 1) характер клеточных соединений и контактов, 2) наличие или отсутствие межклеточных канальцев, 3) складчатость базальной мембраны, 4) морфология микроворсинок на апикальной плазмалемме, 5) тип эндоплазматического ре-тикулума, б) морфология секреторных гранул, 7) наличие уникальных структур (необычные митохондрии, кристаллоиды в цитоплазме, необычная форма эндоплазматического ретикулума).

Вариабельность по форме и упаковке эндоплазматического ретикулума и аппарата Гольджи в зукариотических клетках отмечали многие исследователи (Fawcett, 1981; Terasaki et al., 1986). Не составляют исключения и секреторные клетки. На большом фактологическом материале показано, что "портреты" аппарата Гольджи, эндоплазматического ретикулума чрезвычайно разнообразны, но при этом в том или ином типе секреторных клеток (даже если исследовалась железа от 5 особей и более) биосинтетический аппарат всегда имеет один и тот же вид (Sokolov, Stepanova, 1989)..Иными словами, каждый клеточный морфотип характеризуется той или иной формой эндоплазматического ретикулума и аппарата Гольджи. А в серии работ по пересадке эндоплазматического ретикулума и аппарата Гольджи из донорской печеночной клетки в ооцит лягушки продемонстрировано, что трехмерная структура этих органелл генетически детерминирована. Иными словами, их морфология являясь отражением их функции, связана со специализацией клетки (Paiement, 1986; Dominguez, Paiement, 1989; Paiement, 1988, 1989, 1990).

Напомним, что секреторные гранулы - основной отличительный признак железистого эпителия вообще. По морфологии цитологи легко отличают липидные гранулы, содержащие триглицериды, гликоген, ли-зосомы и пероксисомы - своеобразные гранулы, заполненные различными ферментами, т.е. белковыми продуктами, пигментные гранулы, содержащие меланин. Узнаваемость гранул, содержащих различные химические вещества, свидетельствует, о том, что химический состав гра-

нул коррелирует с их внешним видом. Такая мысль, высказанная целым рядом авторов (Kousvelari et al., 1982; Harrison et al., 198?) нашла прямые подтверждения. Это те случаи, когда гранулы той или иной морфологии были выделены из клеток в чистом виде, а их химический состав точно установлен биохимическими или иммунохимически-ми методами, например семь типов гранул в клетках гипофиза, где каждый гормон, представляющий собой пептид и отличающийся от другого лишь длиной цепи, упаковывается в гранулу своей, отличной от других морфологии (Зуфаров, 1983). Это кератогиалиновые гранулы эпидермиса млекопитающих, где четко показано, что светлая часть гранулы содержит белок инволюкрин, а темная - филаггрин (Kastl, Anton-Lamprecnt, 1990). Такие примеры можно продолжить, но мы приведем лишь еще один, касающийся непосредственно Гардеровой железы. Комплексными исследованиями, с применением метода замораживания-скалывания-травления, просвечивающей микроскопии и применения биохимических методов установлено, что в Гардеровой железе кролика два разных морфотипа эпителиальных клеток, гранулы которых морфологически отличны, синтезируют разные классы липидов (Jost, 1974; Winterhager, Kuhnel, 1983).

Перечисленные выше факты указывают, что вариации структур носят неслучайный характер, а обусловлены генетической детерминированностью секреторных клеток и их специализацией, т.е. способностью клеток синтезировать определенный спектр химических веществ, упакованных в гранулы определенной морфологии.

Белок- и слизьсинтезирующими среди исследованных нами видов оказались Гардеровы железы черноморской афалины (furslops trunca-tus ponticus), а в литературе среди исследованных ультраструктурными методами видов - дольки Гардеровых желез девятипоясного броненосца (Dasypus novemclnctus) (Weaker, 1981). Эпителиальные клетки' и того, и другого вида характеризуются обилием секреторных гранул, а тгтае хорошо развитыми элементами белоксинтегического конвейера - гранулярным эндоплазматическим ретикулумом и аппаратом Гольджи. Однако морфология гранул и указанных органелл, а также

упаковка ретикулума оказалась различной у Т. truncatus и D. novem-cinctus, указывая на различную специализацию клеток у этих 2 видов млекопитающих.

Липидсинтезирующими среди изученных нами электронномикроско-пическими методами оказались Гардеровы железы б видов грызунов: барабинского хомячка (Crícetulus barabensis), обыкновенного хомяка (Cricetus cricetus). монгольского сурка (Marmota sibirica caligi-nosus), хомячка Роборовского (Phodopus roborovskli), хомячка Кзмп-белла (Phodopus campbelli), джунгарского хомячка (Phodopus sungo-rus). Секреторным клеткам Гардеровых желез этих видов, как правило, присуще хорошо развитая сеть гладкого эндоплазматического ретикулума - главного элемента липидсинтетического конвейера и большое количество липидных гранул. Однако во всех случаях мы наблюдали видовое разнообразие структурных элементов секреторных клеток. Форма, упаковка, электронная плотность содержимого цистерн аграну-лярного эндоплазматического ретикулума,. строение, расположение и количество митохондрий, присутствие в клетках необычных структур ("щелей", политубулярных комплексов) вносит свой вклад в "портрет" клетки. Особенно демонстративна вариабельность морфологии липидных гранул, что, как указывалось, является отражением разнообразия химического состава их содержимого.

Проведенные в ряде лабораторий биохимические исследования показали что состав липидов и их количественное соотношение в Гардеровых железах млекопитающих разных видов являются видоспецифичными (Yamasaki et al., 1981; Seyama, 1984). Что служит подтверждением наших заключений, полученных на основе морфологических признаков,' поскольку разнообразие синтезируемых липидов отражалось на ультраструктурных характеристиках клеток. Таким образом, мы пришли к выводу, что эпителиальные клетки Гардеровых желез исследуемых видов млекопитающих неоднородны структурно и функционально т.е. отличаются друг от друга по строению и, соответственно, принадлежат к разным морфотипам. Они специализированы на синтез разных (но характерных для вида) продуктов. В пользу стабильности существования

морфогипов клеток Гардеровых желез у разных видов говорят результаты получения разными авторами в разное время и в разных местах: 1) описания ультраструктуры клеток одних и тех же видов аналогичны: монгольская песчанка (Merlones unguiculatus (Brownscheidle, 1974; Kaiho, Ichikawa, 1982; Johnston et al., 1983), афалина (Tur-siops truncatus) (Tarpley, Ridgway, 1991; собственные данные), сирийский хомяк (Mesocricetus auratus) (Bucana, Nadacavucaren, 1972; Lopez et al., 1990); 2) у сирийского хомяка стабильно выявляется половой диморфизм (Bucana, Nadacavucaren, 1972; 1973; Diioria, Nadacavucaren, 1984; Lopez et al., 1990), при этом авторы использовали одни и те же критерии; 3) на примере сирийского хомяка нами показано, что физиологическое состояние самок (стадия зстрального цикла) не отражается на ультраструктуре секреторных клеток Гарде-ровой железы; 4) при исследовании сирийского хомяка выявлено, что определенные воздействия на животных (инъецирование самок андроге-нами, кастрация самцов, содержание зверьков в темноте) могут приводить к появлению в Гардеровых железах особенностей, характерных для противоположного пола, однако эти изменения не выходят за рамки видовой специфики.

В итоге сравнительный анализ имеющихся литературных и собственных данных позволил нам выявить значительные вариации ультраструктурных характеристик Гардеровых желез млекопитающих и 'придти к. выводу, что структурные различия существуют не только между белок-,, слизь- и липидсинтезирующими клетками, но и внутри каждой из этих групп. Железы у изученных нами представителей имеют свой, отличный от других морфотип секреторной клетки. Иными словами по морфотипу секреторной клетки Гардеровых желез можно.отличать виды, даже в пределах одного рода. Это делает принципиально ..возможным использование указанных признаков в качестве систематических.. Однако, степень филогенетических отношений между видами, а также- вопрос о решении их таксономического статуса остается вне пределов разрешающей способности данного метода.

Несмотря на то, что наше предложение применять в систематике

ультраструктурные признаки секреторных клеток, является в определенной степени нововведением, сам принцип использования данных электронной микроскопии в классификации живых объектов успешно аппробирован в систематике бактерий, беспозвоночных (Specht, Westheide, 1988). Среди млекопитающих ценность этого подхода была продемонстрирована на грызунах при использовании в качестве систематических признаков особенностей ультраструктуры эмали резцов (Kof-veokontio, 1934; Wahlert, 1968), в том числе и для филогенетических построений (Escala, Gallego, 1977). Исследование ультраструктуры слюнных желез листоносов Нового Света выявило существование видоспецифичности и, соответственно, обусловило возможность использования этих признаков в качестве дополнительных в систематике (Tandler et al., 1986) по одному лишь признаку - морфологии секреторных гранул. Что неудивительно, поскольку секреторные гранулы -"визитная карточка" секреторной клетки. Работы Соколова и Степановой (1986; 1989; 1993) по ультраструк.туре кожных желез различных' видов млекопитающих (80 видов, представителей 20 семейств и 9 отрядов; железы 16 различных локализаций у животных обоих полов в различные сезоны с использованием биопсийного материала) убедительно продемонстрировали чрезвычайную и неслучайную вариабельность структуры железистого эпителия, которая не отражает лишь индивидуальные особенности строения и степень функциональной активности клеток. Кроме того было показано, что экзокринные кожные железы являются структурно и функционально гетерогенной группой органов и обладают видоспецифичностью. Под видоспецифичностью желез в данном случае подразумевается, что эпителий каждой конкретной железы по ультраструктурным характеристикам отличается от железы той же локализации даже у близкородственных видов.

В свете полученных данных обсуждаются критерии идентификации Гардеровых желез и их филогенетическая связь со слезными.

Общим итогом анализа полученных нами данных морфологических и гистохимических исследований является следующее: 1) Гардеровы же-

лезы млекопитающих могут быть не только липидсекретирующими (что выявлено у 7 из 25 исследованных нами видов); 2) секреторные клетки Гардеровых желез исследованных нами на ультраструктурном уровне 6 видов млекопитающих, являясь липидсекретирующими, весьма вариабельны по структуре их биосинтетического аппарата и морфологии секреторных гранул у разных видов, даже в пределах одного рода. Это свидетельствует о возможности выявления зяектронномикроскопи-ческими методами более узкой специализации, т.е. что синтезируемые Гардеровыми железами разных видов липидные вещества отличаются по химическому составу; 3) Гардеровы железы афалины обладают половым диморфизмом, заключающимся в различной специализации клеток: железы самцов и самок выделяют секрет разного химического состава. Гардеровы железы сирийского хомяка также обладают половым диморфизмом (Bucana, Nadacavucaren, 1972, 1973; Lopez et al., 1990) и выделяют секрет разного химического состава (Lin, Nadacavucaren, 1981; Buzzell et al., 1991). Учитывая последнее, a также полученные в данной работе данные, логично предположить далее что в секрете, продуцируемом Гардеровыми железами может содержаться информация о видовой и половой принадлежности животных, а сами Гардеровы железы таким образом участвуют в химической коммуникации животных .

Для выяснения роли Гардеровой железы в химической коммуникации мы .провели 4 серии экспериментов на сирийском хомяке. Выбор объекта в данном случае оказался неслучайным, поскольку работами многих исследователей ранее продемонстрирован четкий половой диморфизм клеточной специализации на ультраструктур.-юм уровне. Это подтверждено также биохимическими данными, которые показали, что синтезируемые секреторными клетками продукты у самца и самки различны по химическому составу. Кроме того, аспекты поведения сирийского хомяка, хорошо изучены (см. Суров и др., 1986).

В первой серии экспериментов при парном предъявлении самцам сирийского хомяка свежего гомогената Гардеровых желез самцов и самок они более продолжительное время исследовали пробирку с гомоге-

натом желез самок (1=3,19; Р<0,01; п=25). Из этого эксперимента следовало, что секрет Гардеровых желез самок является аттрактивным для самцов.

Во второй серии экспериментов в ольфактометре с 4-мя возможностями выбора тестируемые самцы дольше всего находились возле бокса, содержащего подстилку от интактных самок (Р<0.01; п=20), в то время как продолжительность нахождения возле бокса с подстилкой от самок лишенных Гардеровых желез незначительно отличалась от продолжительности исследования подстилки от интактных самцов (1=1,3; Р>0.05). Бокс, не содержащий никаких стимулов (чистый) исследовался реципиентами достоверно меньше, чем любой из предъявляемых стимулов (Р<0.001). Таким образом, лишение самок Гардеровых желез делает их менее привлекательными для самцов.

В третьей серии экспериментов предварительно из элементов поведения самцов-реципиентов, в случае предъявления им обездвиженного самца, методом главных компонент были выбраны 7 элементов, характеризующих его поведение. Таким же образом, но уже в случае предъявления им обездвиженной самки, было выбрано 5 других элементов. В результате получено 2 группы элементов поведения, которые можно интерпретировать соответственно как реакцию тестовых самцов на "мужской" и "женский" факторы модели.

При нанесении гомогената Гардеровых желез самок на обездвиженного самца средняя частота элементов поведения самца-реципиента, отражающих его реакцию на "мужской" фактор снижалась, а частота элементов "женского" фактора - возрастала. Таким образом, благодаря секрету Гардеровой железы, модель приобретала некоторые свойства, присущие "образу самки".

В четвертой серии экспериментов при парном предъявлении самцам сирийского хомяка свежего гомогената Гардеровых желез самок сирийского хомяка и самок хомячка Кэмпбелла, они исследовали более продолжительное время пробирку с гомогенатом желез самок своего вида (1=3.9; Р<0.01; п=33).

Таким образом первые три серии экспериментов четко показывя-

ют, что секрет Гардеровой железы самок сирийского хсмшга несет информацию о половой принадлежности.

Четвертая серия экспериментов указывает на существование в секрете Гардеровых желез информации о видовой принадлежности.

Таким образом, полученные результаты этих экспериментов согласуются с нашими морфологическими находками, и заключениями о половом диморфизме, и видоспецифичности Гардеровых желез млекопитающих .

Заключение

Широкое распространение Гардеровых желез в ряду позвоночных и, в том числе, среди млекопитающих свидетельствует о значимости этой структуры в жизнедеятельности животных.

К настоящему моменту, учитывая наши данные, исследована ультраструктура Гардеровых желез всего лишь 19 видов млекопитающих. Но дане эта небольшая выборка продемонстрировала существование половых и межвидовых вариаций. Оказалось, что Гардеровы железы млекопитающих могут состоять из одного или нескольких (2-3) типов клеток, специализация которых различна.

Анализ литературных данных по гистохимии и биохимии продемонстрировал большой спектр химических веществ, синтезируемых Гар-деровыми железами, и выявил существование значительной межвидовой изменчивости по этим признакам. Наши же данные впервые показали, что ультраструктура секреторных клеток, синтезирующих эти вещества видоспецифична. Отличия в ультраструктуре секреторных клеток Гардеровых желез имеют стабильный характер, и не яьЛяются случайными отклонениями, отражающими особенности функциональной активности.

Указанные факты приводят к мысли, что тезис об универсальности функций Гардеровых желез, предлагаемый некоторыми авторами, не имеет достаточных оснований; напротив, получены дополнительные аргументы в пользу идеи о специализации функций у разных видов. Но подтверждение этой концепции требует проведения серии комплексных исследований, в тш числе выявляющих закономерности влияний внут-

ренних факторов организма, а также внешних воздействий среды на морфологию, биохимию Гардеровых желез у равных видов млекопитающих. Интригующим направлением исследований является выяснение роли мелатонина и порфиринов, синтезируемых в огромных количествах Гар-деровыми железами некоторых, но не всех видов млекопитающих и связанная с этим, предполагаемая эндокринная функция органа. Интересна роль железы в терморегуляции и состоянии шерстного покрову. Весьма перспективной нам представляется разработка проблемы ба-зо-латерального экзоцитоза липидов в клетках Гардеровой железы, впервые обнаруженного нами, но неосвещенной в данном сообщении из-за недостатка времени. Перечисленные вопросы показывают сколь широкое поле деятельности связано с этим интересным и загадочным органом позвоночных.

Выводы

1. Обнаружено, что у 7 из 25 исследованных видов млекопитающих секрет Гардеровой железы имеет нелипидную природу.

2. Ультраструктурные различия существуют не только между белок-, слизь- и липидсинтезирующими секреторными клетками Гардеровых желез, но и внутри каждой из этих групп.

3. На основании электроиномикроскопических исследований установлено, что Гардеровы железы изученных видов млекопитающих имеют секреторные клетки уникальных морфотипов.

4. В Ггфдеровой железе одного вида можно выделить от одного до нескольких морфотипов секреторных клеток. Секреторные клетки разных морфотипов специализированы для синтеза характерных для них химических продуктов. По этому признаку нами впервые выявлен половой диморфизм у черноморской афалины (Тигз1орз ^ипсаЬил ропИ-сиз).

5. Показано участие Гардеровых желез в коммуникативных процессах у сирийского хомяка: вещества, секретируемые Гардеровыми

железами, содержат информацию о половой и видовой принадлежности, стимулируют половые реакции самцов.

6. Выявленные отличия в ультраструктурной организации секреторных клеток Гардеровых желез млекопитающих указывают на существование видоспецифичности их структуры и позволяют использовать этот признак в качестве дополнительного в систематике.

По теме диссертации опубликованы и сданы в печать следующий работы:

1. Соколов В.Е., Бодяк Н.Д., Степанова Л.В. Новый тип железы в коже млекопитающих. Докл. АН ССОР. 1989. 1. 309. N. 2. С. 501-505.

2. Бодяк Н.Д., Степанова Л.В. Гардерова железа - модель для изучения латерального экзоцитоза. XIY Конференция по электронной микроскопии. Черноголовка. М.:ИКАН. 1992. С. 92.

3. Bodyak N.D., Stepanova L.V. Harderian Gland Ultrastructure of the Black Sea Bottlenose Dolphin (Tursiops truncatus ponticus). J. Morphology. 1994. 220. 1-15.

4. Бодяк Н.Д. Гардерова железа млекопитающих. Особенности структуры и функции. Изв. РАН. 1994.

5. Соколов В.е., Бодяк Н.Д., Степанова Л.В. Липидсекретирую-шие кожные железы обыкновенного хомяка (Cricétus cricetus Linnaeus, 1758). Изв. РАН. сдано в печать.

6. Соколов В.Е-, Бодяк Н.Д., Суров A.B. Возможная роль Гарде-ровой железы ь химической коммуникации сирийского хомяка (Mesocri-cetús aurat.us Waterhous, 1839). Изв. РАН. сдано в^печать.

7 Степанова Л.В.. Бодяк Н.Д., Суров A.B. Морфофункимональкые особенности Гардеровой железы некоторых видов млекопитающих. Изв. РАН. сдано в печать.