Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Роль и динамика содержания катехоламинов в онтогенезе территориальных рыб

ВАК РФ 03.00.13, Физиология

Автореферат диссертации по теме "Роль и динамика содержания катехоламинов в онтогенезе территориальных рыб"

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ИНСТИТУТ ЭВОЛЮЦИОННОЙ ФИЗИОЛОГИИ И БИОХИМИИ РГ6 ОД им. И.М. СЕЧЕНОВА

О / НОЯ Ьл,;

На правах рукописи

НЕЧАЕВ Игорь Вячеславович

РОЛЬ И ДИНАМИКА СОДЕРЖАНИЯ КАТЕХОЛАМИНОВ В ОНТОГЕНЕЗЕ ТЕРРИТОРИАЛЬНЫХ РЫБ

03.С0.13 г физиология человека н животных

Автореферат диссертация ва соискание ученой степени доктора биологических наук

• Санкт-Петербург, 1993

Санкт-Петербург, 1993

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

Научный консультант: Доктор биологических наук, профессор М.Н. Перцева

Оффициальные оппоненты: Доктор биологических наук, профессор ВЛ. Ткачук, Доктор биологических наук, профессор ОА. Данилова, Доктор биологических наук, профессор В.Г. Шаляпина.

Ведущая организация: Институт Высшей нервной деятельности и нейрофизиологии Российской Академии Наук,Москва

Защита состоится "_2__" ^¿^¿Ц/7-?_1993 г. в ^ часов на

Заседании Специализированного Совета Д.002.89.01 по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора биологических наук при Институте эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова РАН по адресу: 194223 Санкт-Петербург, проспект М. Тореза, 44.

С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке Института эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова РАН. Автореферат разослан 1993 г.

Ученый секретарь специализированного Совета

доктор ■биологических наук

Актуальность проблемы. Основы изучения механизмов поведения животных впервые были заложены в 1849 году Бертольдом. С тех пор было Еыделено несколько направлений, которые отличаются методами, предметами и целью исследований. В последние годы резко повысился интерес к вопросам изучения механизмов поведения с точки зрения определяющих их биохимических и физиологических реакций, тех реакций которые происходят в головном мозгу и других частях нервной и эндокринной систем {Аишарин, 1979, Кругликов, 1986, Подольский, 1978, Barfield, 1971, Gold, Murphy, 1980, Feme, 1978, Grunt, Young, 1952, Harris et all, 1958, Lehman, 1955, Munro, Pitcher, 1983,1985). Однако недостаточное развитие физиологической науки, а также существенный разрыв между ней и этологией, которая также пытается ответить на вопросы о том как осуществляется регуляция поведения и почему конкретные механизмы проявляются в конкретных обстоятельствах, не позволяют сейчас с достаточной степенью достоверности дать объяснение сложному поведению. Не имеется четкого представления о функционировании отдельных нейроэндокринных систем на протяжении всей жизни организма и их участия в организации отдельных форм поведения, а также о взаимовлиянии, соподчинении этих систем на разных уровнях организации - клеточном, органном, организменном (Мак Фарленд, 1988, Наточин, 1987, Siegel et all, 1989 и др.).

Выбор объекта исследования - катехоламинершческая система у территориальных рыб обусловлен фрагментарностью исследований данной системы в онтогенезе рыб, а' также во многом определяющей ее ролью в развитии стрессо-генной реакции, в.том числе и социального стресса, который вызывается конфликтным взаимодействием особей (Вальдман и др., 1987, Громова, Семенова, 1983, Давыдов, 1978, Ельскйй, 1974, Михайлов, Князев, 1983, Пошивалов, 1986, Bllss et all, 1971, Mimro, 1983, Scatton et all, 1975 и др.). Впервые на неспецифическую реакцию организма при действии на него различных' физических и химических раздражителей обратил внимание Селье (Селье, 1936). Он показал, что организм реагирует на эти воздействия появлением неспецифических признаков, и между ними он увидел определенную .связь, отражающую характер защитной реакции организма'на "повреждающее воздействие". Дальнейшие исследования показали важную роль центральной нервной системы, ее эмоциональной сферы в пусковых механизмах стресса. Сейчас уже известна чрезвычайно важная роль симпатико-адреналовой системы в развитии общего адаптационного синдрома.

\

Она, совместно с гапотапамо-гипофизарно-надпочечниковой, занимает важное место в обеспечении реакции организма на стресс. Пока остается неизвестной роль динамики изменений катехоламинергической .системы в эмбриогенезе в видовой стратегии поведения взрослых рыб, впрочем как и других позвоночных. Между тем, направленные воздействия на данную систему мйгут играть большую роль в адаптации рыб к условиям ограниченного пространства в искусственных водоемах.

Необходимо отметить сложность самой катехоламинергической системы. Биологически активные вещества продуцируемые ее близки по химическому составу, но каждое из них выполняет собственную функцию и участвует в регулировании различных процессов в организме. Кроме того, надо различать гормональную функцию катехоламинов и нейромедиаторную. Если гормонами являются дофамин, норадреналин и адреналин, то медиаторами только дофамин и нор-адреналин {Хухо, 1990, Moore, Bloom, 1979, Winkler, Westhead, 1980 и др.). В то же время до сих пор идут споры о самостоятельной функции ДОФА как нейро-медиатора. Продолжаются исследования й самих дофамин-, и норадр^яергичес-кой систем. Было показано, что этих систем несколько в организме, различных по местоположению, мишени медиаторов'™ сродству к рецепторам.

Все это обусловило необходимость проведения исследования по развитию и роли в онтогенезе катехоламинергической системы,.динамики катехоламинов в процессе становления и развития сложных форм поведения, а также обобщения современных данных по этой проблеме. Настоящая работа выполнена с использованием методических подходов нейрофармакологии, нейроэндокрино-логии, гистофизиологии и этологии.

Работа посвящена теоретическим и практическим вопросам нейрогумо-ральных механизмов поведений рыб; появлению и развитию катехоламинергической системы в эмбриональный период и ее роль в дальнейшем онтогенезе рыб с социальным доминированием на взрослых стадиях.

Цель и задачи исследования. Целью работы является анализ роли катехоламинергической системы в процессе развития икры и поведении рыб на разных этапах онтогенеза и изучение динамики содержания катехрламинов; по мере становления и организации социальных отношений у территориальных рыб из трех семейств; Cichlidae, Salmonidae и Pomacentrtdae.

В процессе исследования ставились следующие задачи: дать анализ данных литературы, о роли различных нейрогуморальных систем в обеспечении поведения позвоночных животных; представить современные данные о роли катехоламинов в организации и поддержании сложных форм поведения у рыб

(глава 1. Обзор литературы); исследовать последовательность появления реакций на катехоламинергические препараты и нарушения в развитии зародыша под их влиянием (глава 3); выявить корреляционные механизмы между стадиями развития личинок и мальков, их реакциями на изменения окружающей средь* и общим уровнем катехоламинов; на основании изучения этих механизмов предложить объяснение роли катехоламинов в раннем постнатальном развитии рыб (глава 4); дать общий анализ стратегии поведения территориальных рыб, как фундамент для последующего обсуждения полученных материалов (глава 5); выявить изменения в функционировании кате:юлзминергической системы в период становления социальных отношений и ргнь отдельных катехоламинов в приобретении рыбой определенного социального статуса р группах с разным числом рыб (глава 6), определить роль катехоламинергической системы в образовании брачной пары и динамику катехоламинов в брачный период (глава 7); показать изменения в поведении взрослых рыб, которые возникают при фармакологической обработке икры катехоламинергическим.ч препаратами (глава 8); дать анализ процесса становления функций катехоламинов в индивидуальном развитии, его особенностей у рыб, а также обсудить роль отдельных веществ катехоламинергической системы в поведении (глава 9. Заключение).

Научная новизна работы. Работа является первым комплексным исследованием роли катехолами новой системы в онтогенезе рыб с использованием методологии и методов нескольких научных дисциплин. Новым является подход к проблеме, охватывающий все стороны действия катехоламинов г, пределах одного типа поведения, свойственного большому числу видов рыб. Впервые проведено одновременное исследование дофамин-, норадрен- и адренергических систем как отдельных элементов общей системы и их взаимное влияние.

Были получены следующие результаты: 1. Установлено время появления реакций у развивающейся икры на весь комплекс катехоламинергических агента. 2. Определено время появления катехоламинреактивности эмбриона и специализированных секреторных клеток в процессе развития икры. 3. Показаны три типа дифференциаций потомства по уровню катехоааминов в процессе развития личинок и мальков и обнаружены поведенческие реакции, коррелирующие с данными дифференцировками. 4. Выявлена роль катехоламинов в организации социальной структуры по типу доминирования - подчинения. 5. Показана динамика катехоламинов у "асоциальных" особей в больших группах и возможность изменения их статуса в группе путем активирования дофаминергичес-кой системы. 6. Описана роль катехоламинов в определении мотивационного

состояния при образовании брачной пары и их участие в активации емещеннсн активности при уходе за потомством. 7. Обнаружен период в эмбрионально!, развитии, воздействие во время которого на дофаминовые гзлоперидолол рецепторы приводит к усилению форм поведения генетически свойственны; видам рыб с данной стратегией поведения.

На основании получений? результатов предложена концепция о доминировании дофаминергической . системы в определении и поддержании территориально-акрессивного поведения у рыб на протяжении всего онтогенеза. Изменение функциональной активности этой системы как в эмбриогенезе, так и в постэмбриональный периоды жизни приводит к нарушению общей стратегии поведения в рамках видоспецифичного стереотипа поведения рыб.

Ранние постэмбриональные дифференцировки потомства по уровню катехоламинов не определяют структурных форм поведения ззрослых рыб, а относятся к биохимическим механизмам, ослабления конкуренции. Этологическим проявлением этих дифференцировок являются различия двигательной активности и ориентировочно-исследовательским реакциям.

вклад в представления об одном из важнейших нейроэндокринных механизмов, обеспечивающих социальное поведение рыб и о способах снятия стресса в искусственных условия. Б работе выявлены принципы взаимодействия моноаминных систем организма в различные периоды жизни рыб. Данное исследование сочетает в себе физиологический подход, анализ на уровне управляющих систем и метод психологии, что позволяет говорить не только на уровне физиологических механизмов, но и событий, происходящих в мозгу. Кроме того, работа является сводкой данных, вскрывающей современное состояние исследований в области катехоламинергических механизмов поведения у рыб.

Результаты исследований, имеют практическое значение, обусловленное возможностью снижения стрессогенной активности и уменьшения агрессивности у рыб в условиях искусственного содержания, с целью увеличения количества потомства и его жизнестойкости.

Данные фармакологических и гистохимических исследований в прена-тальный период имеюг большое значение для понимания эмбрионального развития катехоламинергических систем организма и организации связей между ними.

Вклад автора в реализацию проблемы. Автору принадлежит разработка тематики и программы исследований, организация ее осуществления, выполне-

[ие полевых и лабораторных исследований, обобщение полученных материалов, еоретические выводы и практические рекомендации. Среди написанных в оавторстпе работ нет ни. одной, где бы автор не принимал основного участия в боре, обработке, анализе материала, микрофотосъемке.

Апробация работы. Материалы диссертации апробированы на расширен-юм заседании кафедры ихтиологии ЛГУ (Ленинград, 1992), на Международном Симпозиуме 'Signal Molecules and Mechanisms of Animal Behaviour" (Pushchino, 1989), на Всесоюзном Симпозиуме "Физиология нервных систем'' (Ленинград, L990), на III Международном Конгрессе "Comparative Physiology and Biochemistry" Tokyo, 1991), на Международном симпозиуме "Fish Endocrinology" (Tokyo, 1991), la объединенном коллоквиуме лабораторий Института эволюционной физиологии и биохимии им.И.М.Сеченова РАН.

Объем работы. Диссертация включает введение, 9 глав, выводы и список цитируемой литературы.

Работа изложена на 193 стр., из которых 124 стр. текста. В работе представлены 14 таблиц, 2 схемы, 6 микрофотографий, 50 графиков и гистограмм, список литературы, включающий 57 источников на русском и 114 источников на иностранных языках.

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1.1 КАТЕХОЛАМИНЕРГИЧЕСКАЯ СИСТЕМА В ИНДИВИДУАЛЬНОМ ПОВЕДЕНИИ ПОЗВОНОЧНЫХ ЖИВОТНЫХ.

В главе рассматриваются данные литературы о ролл катехоламинов КА -нейромедиаторов и гормонов в поведении позвоночных животных. В большинстве работ по влиянию трмонов на поведение животных изучали репродуктивное поведение и агрессивное, т.к. в этих случаях наиболее четко определяются мотивации животных. Кроме того, у большинства животных обе эти формы поведения связаны друг с другом и находятся иод контролем гипофиза (Мельник и др., 1985, Михайлов, Князев, 1983, Barfield, 1971, Beach, 1948, Lashly, 1938, Young, 1961 и др.). Изменения в нейромедиаторных процессах рассматриваются авторами в основном в связи с возникновением внешних нарушений, таких как нагрузки, которые возникают из информационных требований животного. Анализ химических изменений рассмотрен достаточно полно именно у социально организованных видоп, в основном птиц и млекопитающих. Это связано со еложностью изучения химизма организма при нарушениях его взаимоотношений со средой, тле. возникающие изменения не постоянны и их дина-

мика зависит от длительности воздействия, между тем Kai; социальные взаимодействия хорошо управляются во времени (Вальдман и др., 1987, Гамбарян и др., 1981, Bliss et al., 68, Bliss et al., 1971, Frischknecht et a!., 1985., Lorner el -al, 1980, Scatton et al, 1975, Oehleretal., 1987, Valzelli, 1968).

Большой цикл работ посвящен нейрофармакологическим воздействиям на катехоламинергическую систему. При этом изучали Kai: индивидуальные ответы особи на воздействия, так и изменения во взаимоотношениях двух и более индивидов (Никулина, Соболева, 1983, Никулина и др., 1983, Подольский, 1987, Пошивалов, 1986, Римкуте, 1979, Римкуте, 1983, Римкуте и др., 1984, Marrone et al-, 1966, Sauerbier, Meyer, 1976).

Серия работ посвящена развитию катехоламинергической системы и гор-монокомпетечтности клеток тканей и органов т, эмбриогенезе и начальном пост-натальном развитии (Вузникоб, 1987, Лейбсон, 1983, Мицкевич, 1978, Перцеза, 1989, Ask, 1983, Bartington, 1986, Wikberg, 19S2, Yates, 1982).

1.2 КАТЕХОЛАМИНЫ В ГРУППОВОМ ПОВЕДЕНИИ ТЕРРИТОРИАЛЬНЫХ

РЫБ.

Территориальное поведение в сочетании с агрессивностью и иерархическими отношениями между особями свойственно главным образом рыбам, обитающим в гетерогенных богатых убежищами биотопах (коралловые рифы, зоны, богатые растительностью, с каменистым грунтом), где складываются условия обостренной конкуренции за пищу, убежище, нерестовые участки и тд. (Высхребенцев, 1969, Lorenz, 1969, Mochek, Silva, ¡975 и др.). Различия между разными типами социальных структур (нейтргльным., стайным и территориально-иерархическим поведением) имеют, по-видимому, глубокую генетическую основу. Переходы от одного типа взаимодействий к другому возможны лишь v некоторых видов рыб, причем, скорее всего, только как наследственно закрепленная норма реакции на изменение плотности популяции, среды обитании или по мере развития поведенческих реахций в онтогенезе (Минек, 1987, Панов, 1983, Keenleyside, 1962, Sevenster, 1968, Tinbergen, 1951 и др.). Наследственно-нормативный характер переходов от одного типа социальных взаимодействий к другим описан у многих животных (и у рыб). Связь таких переходов с разного рода перестройками фенотипа, включая морфологические изменения, обнаружена и описана у азиатской саранчи и у леммингов (Ellis, 1953, 196t). Поскольку фенотипи-ческие перестройки у животных непосредственно сопряжены с функциями эндок-

пгаой системы, гормональная основа их социального поведения представляет-1 их главным аспектом.

У рыб с «ерархическимя отношениями внутри групп определенную роль грают изменения в эмоциональной сфере. Выделение доминирующей особи и ; дальнейшее поседение по отношению к субдоминантам вызывает сильные

г. ^

сихосоматическке расстройства последних. В осуществлении стресс-реакции, ызванной агрессивностью доминанта,- решаюхцую роль играет КА-ергичесхая нстема, как наиболее реактивная (Mason, 1984, Feters etall, 1980). Происходит ильное изменение состояния гормонального звена симпатоадреналовой систе-ш у особей всех рангов (Ferna et al, 1976, Hasselager et cd, 1972, Mclntyre et cd, 979, Wmberg et al, 1990). В развития комплекса нарушений при деспотическом длительном эмоциональном воздействии преобладающим фактором является гостоянная активация симпато-адреналовой системы, проявляющаяся усилен-шм синтезом, освобождением ii утилизацией катехоламинов в ЦКС. Результаты многочисленных исследований показывают, что ранговые отношения определяют тип эмоционально-поведеэтесхой реактивности особей и опосредованы состоянием катехоламиновых систем мозга. Они во многом определяют качественный характер адаптивной деятельности у рыб в условиях социального стресса. Наблюдается снижение уровня дофамина в связи с его усиленной утилизацией у доминантов и почта полнее истощение запасов норадреналина с одновременным появлением адреналина в головном мозге. Это вызвано, по-види-

»

мому, развитием психогенной патологии, характерной для деспотического доминирования в условиях ограниченного пространства. Блокада дофаминовых посг-

синаптических рецепторов галоперияолом и адренергических рецепторов про-

i*

пранололом и фенюламином у доминантов'устраняет высокий уровень их психомоторного возбуждения и агрессивность, что приводит к некоторым прояв-• лениям адаптивного целенаправленного поведения у субдоминантов. С другой стороны, воздействие антагонистом ^р-адренорецепторов на подчиненные особи приводит к развитию тормозных процессов, в свою очередь подавляющих их способность к адаптивному поведению. Обобщая имеющиеся данные, следует отметить, что антагонисты норадреналиновых и дофаминовых рецепторов сущест-- венно подавляют агрессивность рйб. Они играют общую депремирукяцую роль, снижая внутривидовую общительность и агрессивность (Мипго, 1986 а, Ъ, Nelissen, 1989, Nookes, Leathetiand, 1977, Scott, Currie, 1980). У субдоминантов ингибиторы усиливают защитное поведение, провоцируемое внешней социальной стимуляцией.

Наряду с изменением уровня катехоламинов в головном мозге, происхо дят изменения их содержания в головной почке. Состояние гормонального звен; симпатоадреналовой системы в условиях социального стресса оценивается ш содержанию катехоламинов. По Селье, адаптационный синдром включает в ce6¡ три основные стадии: тревогу, резистентность и истощение. На первой стадш развития стрессовой реакции происходит снижение концентрации катехол аминов с последующим восстановлением их уровня и истощением на последнее стадии. Качественный анализ агрессивного поведения рыб свидетельствует ( том, что хотя агрессивное и нормализующее (для доминантов) действие нейро фармакологических средств при однократных и повторяющихся инъекция) могут быть изучены, ни один из указанных препаратов не способен вызван достаточно стойкого длительного нарушения иерархических отношений. С исчез новением временных нейрохимических сдвигов происходит первоначальное восстановление социальной структуры.

Таким образом, анализ исследований роли катехоламинергической системы в иерархических отношениях рыб показывает отсутствие целостного представления о развитии катехоламинергической системы в онтогенезе, взаимосвязи всех веществ данной системы и изменениях, которые она претерпевает на пути становления социальной структуры. Более того, отсутствуют данные о функционировании данной системы в ранний пренатальный период, что является существенным пробелом при обсуждении основ формирования нейрохимических механизмов и поведения.

1. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.

Данные исследования были получены в 1984 - 1992 гг. Исследования проводили в лабораторных условиях. Исследованы 7 видов рыб из 3 семейств: Hemi-chromis bimaculatus, H. fasciatus, Cichlasoma bicelatum, Aequidens ylâcher (сем. CicMidae), Salmo gairdne/% Tliymalus thy malus (сем. Salmonidae), Chromis chromis (сем. Pomacentridde). Полностью онтогенез от момента оплодотворения икры исследовали у 2 видов: H. bimaculatus, A. pulcher. Изучали вещества катехоламино-вого (КА) ряда: тирозингидроксилазу (ТН), ДОФА, дофамин (ДА), норадреналин (НА), адреналин (Адр) и 3,4- диоксифенилуксускую кислоту (ДОФУК). Для исследования динамики содержания катехоламинов использовали 185 особей 5 видов достигших возраста, при котором устанавливаются отношения типа доминирования - подчинения. Для фармакологических исследований использовали 77 осо-

5ей. Гистологический кариометрический анализ проведен на 18 рыбах АГ. Ытаси-Мш.

При изучении роли КА в образовании брачной пары исследовали 40 рыб Ч. Ытаси1аШ и А. ри1сИег (30 самцов и 10 самок).

Этапы онтогенеза от вылупления личинок до начала антагонистических отношений исследовали у А. ри1сИег, Н. ЫтааЛсйш и Т. Лута1из. Для изучения динамики содержания КА использовали 300 рыб.

В процессе изучения развития катехоламинергической системы использовали: на физиологические эксперименты по влиянию КА-ергических агентов - по 8-10 икринок из каждой кладки на каждую стадию развития (см. ниже) на одно вещество; биохимические эксперименты - по 15 икринок на каждую стадию; гистохимическое исследование - 8 кладок по 5 икринок на каждую стадию. Для изучения поведенческих последствий пренатальпого воздействия на икринку КА-ергических препаратов использовали 36 икринок.Я. ЫтаЫаШз и А. рикИег.

Таблица 1.

Минимальные концентрация препаратов (Ноль), при которых проявлялась реакция при экзогенной воздействии на икру.

фармакологические стадии развития икры

лгвгт Ii i iv v-vii vii-ix х

-6 -б -7 -7 -7

L-ДХРА 5X10 lxio 6.2X10 2X10 1X10

-б -б -7 -7 -7

-алонорфш в. 7X10 lxio 3X10 1X10 1X10

-б -б -б -7

бронокрштнг — 7X10 2X10 5x10 3x10

■б -7 -7 -7 -7

гапоперндод 2x10 7.4X10 5X10 1X10 1x10

-б -б -7 -7

яорадреяалнн — 3X10 3X10 1X10 1X10

адреналин — — — — --

-5 -6 -6

незатон — — 6x10 4X10 6x10

-5 -б -7

нзадркн —- — 5X10 7, 4X10 8X10

Февтолзмпн __

ф "Ч ■ -6 -7 -7 -7

пропракодол — в, 2X10 7x10 2x10 1X10

-б -б -7

нкапанид — — 6x10 2x10 в. 9X10

-7 -7 -в

.ннказан — — 4, Тхю 1x10 б, 9хю

-- - отсутствие реакции до концентраций 10 Н

Применялись гистохимическая (Каботхнский, 1989), разнообразные этол гические методики: поведение в открытом поле, поведение в лабиринте и pea ция испуга (Beriyne, I960, Demnberg, Whimbey, 1963, Haüiday, 1966, Kussel, 196 фотореакция, организация и описание иерархических отношений и брачио поведения (Панов, 1988, Lorenz, 1958,1965,1966, Tinbergen, 1963).

Для количественного определения КА применяли спектрофлуориметр ческие методы (Maikel et all, 1968, Манухин и др., 1975) и метод жидкостной хр матографиа (Jaequot et all, 1986, Magnussen, 1980). Для кариометрического анал за хромаффиновых клеток использовали метод Визеля (.Ромейс, 1953). Физиолог ческие эксперименты с икрой проводили по орнпшалькой методике (Лабас и 1968) на механографе. Метод основан на преобразовании изменений освеще: ностн поля зрения микроскопа проходящим светом, создаваемым движение объекта, в электрические сигналы Исследовали процесс пульсирующей зпнб лии, обрастания бластодиска и кардиоритмы зародыша при фармакологачесю воздействиях. Применяли б концентраций вводимых экзогенно препаратов: < физиологической до легальной. Список препаратов и минимальнь ^концентрации, при которых регистрировалась реакция, приведены в таблице При изучении поведенческих последствий пренатального фармахолотическо! воздействия опытным путем определяли оптимальное время даино! воздействия, длительность его и этап, на котором оно должно быть произведен В результатах приводится минимальная концентрация и время действ* препаратов, ' при котором наблюдаются изменения в поведении ры Математическую обработку данных, полученных при количественно определении КА, проводили с применением непараметрического критери достоверности отличий между выборками Уайта (Т).

РЕЗУЛЬТАТЫ СОБСТВЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУ2ЗДЕНИ 3. ДИНАМИКА &АТЕХОЛАМИНОВ И ИЗМЕНЕНИЯ В ПРОЦЕССЕ РАЗВИТО ПРИ НЕЙРОФАРМАКОЛОГИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ В ЭМБРИОНАЛЬНЫЙ ПЕРИОД.

В процессе эмбриогенеза нами были выделены следующие десять стадий

I. От начала формирования бластодиска, формирования перибласта до д< синхронизации клеточных делений при 32 бластомерах,

П. От начала асинхронных делений, утолщения бластодиска, начальны этапов гаструляции, утолщения- заднего края бластодермы до появления краеж го узелка.

П1. От начала появления краевого узелка до начала формирования осевых ггруктур и закладки первых сомитов.

IV. От закладки первых пар сомитов, развития эпиболин, закладки глазных пузырей, 3 мозговых пузырей, слуховых плаход и полного обрастания бластодермой желтка до образования зачатка хвоста, среднего мозга, закладки кишеч-яика и сердца.

V. От закладки кишечника, окончательного формирования сердца и появ-пения авторитмнческой активности, образования первой жаберной щели, движения хвостовой частью до зачаткоз грудных плавников, появления вольфоза канала, начала пигментации сосудистой оболочки глаз и появления 4 жаберных ще-пей.

VI. Ог полностью пигментированной сосудистой оболочки глаз и появления печенн, формирования воротной гены, отделения головы от желтка и образования сосудистой cení в среднем мозге до начала формирования мочевого пузыря. ' ; '

VII. От начала закладки анального и спинного плавников, закладки сосудистой сети на уровне хвостоеого плавника до зачатков брюшных плавников.

VIII. От начала формирования птеригиофороз в закладках анального и спинного плавников и появления лепидотрихий, расщепления жаберных дуг до начала личиночного развитая. IX. Личиночное развитие. От развитых лепидотрихий в хвостовом плавнике до их появления в грудных, брюшных и анальных плавниках.

X. До появления зубчатой формы на грудном плавнике.

С начала зпиболии зародышевого диска наблюдаются ритмические сокращения его края с периодом порядка 1,5 - 2 минуты, типичные для ростовых пульсаций. Эти сокращения сопровождают эпиболию до закрытия бластопора и сопутствуют последующему началу нейруляции. В нейруле в конце четвертой стации появляются значительно более сильные ритмические сокращения зародыша с вариабельным периодом 15 - 25 минут.

Ритмические сокращения сердца появляются в конце той же стадии, причем, ритм первых биений носит замедленный и вариабельный характер. Затем, частота сердцебиений значительно возрастает и стабилизируется, чему соответствует начальный период появления кровотока. При изучении эффекта фармакологических препаратов катехоламинергического действия

галопермдод

(V 30 4Г <0 (™)

вр^мя регистра™*

Рис.1. Механографическая запись пульсирующей эпиболии блас-тодиска в икре А.ри1с)\ег: а - в контроле) 6 - угнетение эпиболии при отсутствии влияния на частоту пульсаций бластодиска при воздействии галоперидолои (1 мИ)? в - ускорение эпиболии при уменыие-нии частота пульсаций при воздействии 1,-ДОфА (0-1 нМ).

На рисунке показана зависимость обрастания зародышем желточного кешка и изменения напряжения (при уменьшении светлого поля)

а '.

кор*др«вални ( 8,3 ыхг/г I 11,5 мин

S - контроль

-.Т—ТП—ТТГПТТТ"

- галоперидол ( 3,5 нкг/г )

частота 55

норадравалнв ( 8ывг/г )

частота 225

апоморфин ( 4,1 ихг/г )

т\' 7,2 мня

____L • СОРА (_7_,2_икг/г )

частота 95 пропранолол { 3,9 ихг/г >

частота 124 ниании ( 6,3 «г/г )

viwiwbw;*^^^^ 11,5 мин

частота 240

Рис.2- Механокардиограмма зародыша на V (а) и VII (б-д) стадиях развития икры A-pulcher! а - аномальное снижение частоты в середине V стадии развития икры при воздействии НА» б - кбнтроль) в - урежение сердечного ритма при действии галоперидола и восстановление его после добавления L-ДОФА, г - учащение сердечного ритма при добавлении НА и снятие эффекта пропранололом! д - учащение сердечного ритма апоиорфином и снятие этого эффекта ниаминои.

2

получены следующие результаты (табл.2). Адреналин и антагонист^-рецепторов -фентоламин в любой из применявшихся концентраций не оказывают заметного влияния ни на моторику раннего эмбриона (стадии I - IV) ни на его сердечный ритм до самого момента выклева (табл.2). Из других веществ раньше всего, с III стадии (появление краевого узелка, образование первых сомигов), начинает действовать блокатор дофаминовых рецепторов - галоперидол. Он останавливает эпиболию зародышевого диска, несмотря на продолжающиеся пульсации его края (рис.1). Этот эффект остановки снимается предшественником дофамина -ДОФА и в меньшей степени агонистом дофамина - апоморфином, вызывающими противоположный эффект - ускорения эпиболии (табл.2). Действие ДОФА и апоморфина на развивающийся зародыш проявляется в снижении частоты пульсаций бластодиска (табл.2) без изменения темпа эпиболии.

На IV стадии обнаруживается действие НА, который учащает ритм сокращений зародышевого диска (табл.2). Некоторое тормозящее действие, по-видимому, оказывает и р -адреноблокатор - пропранолол (табл.2). Эффект НА снимается пропранололом, и в этом случае его действие выражено сильнее, чем при действии пропранолола на интактную икринку. При регистрации генерализованных сокращений тела эмбриона вновь обнаруживаются стимулирующие и ускоряющие эффекты ДОФА, а также дофамина, снимаемые галоперидолом, но по-прежнему слабо выражен эффект апоморфина (табл.2). В тоже время впервые начинает действовать агонист дофамина - бромокриптин (табл.2). На V стадии при появлении авторитмической активности выявляется стабильное действие бромокриптина и одновременно вновь падает необходимая для получения эффекта концентрация апоморфина. На этой стадии введение галоперидола на фоне действия агонистов ДА давало хорошо выраженный эффект увеличения длительности медленной эмбриональной моторики. Обратное воздействие агонистами на фоне действия галоперидола было выражено слабее и эффект действия проявлялся позднее, чем в первом случае. С самого начала регистрации сердечного ритма (V стадия) наблюдалось ускоряющее действие на него норад-реналина, хорошо снимаемое пропранололом. Позже, по мере стабилизации этого ритма, он начинает в течение некоторого периода (порядка 2, 5-3 часов) не учащаться, а, напротив, уряжаться норадреналяном приблизительно на 37% (рис. 2 а). Вслед за тем ускоряющее действие норадреналина возобновляется и сохраняется до самого конца эмбриогенеза. Между тем, только К концу пятой стадии развития впервые появляются клетки с типичным для норадреналина зеленым свечением. Сперва их только две, причем они располагаются проксимолатеральнее головного конца зародыша.

Эффекта воздействия КА-ергическюи препаратами на змбшонашюе развитее икринок.

РЕПОРИРЯЙЕ ИАР/ЖГРИ: ЧАСТОТА ПУЛЬСМШ ЕАОШЙСКА (сокр/1аян) й 11.2 ЧАСТОТА СЕРДЕЧНОГО МША (УД/МИН)

КОНТРОЛЬНЫЕ ДАННЫЕ 5,1 5.5 6.6 93 98 120 120 120 120

\ \CIAffiS РАЗШГЕЯ МШ \ I II III IV V VI VII VIII IX X

КИША

ДоФанин-ерпяэские препарат х агонисхы L-ДОФА бРОМОКРЯПИЙ ШЮМОРФИН - 72.1 - 76.0 92.8 82.1 122.6 123.5 106,7 105.0 186.0 183,3 119.4 120.4 105.6 120. В 141.7 145.8 104.3 132,6 108,3 126Л 164.2 166,7

антагониста галоперидоп ноюдренашн адрошшин ■ мезатон 151.8 81.2 88.2 88,8 83.3 83,3 57.5 54.2 «к 118.3 123,5 110.0 141.7 115.8 116.7 - 105,1105.0 113.3 114.2 116.7

Нор- и адрен-еишеские препарата,'/. згониста - . -

аятзгонисш фагголамш пгонранолоп ниаламид инказан " г • 105, '1 9G, С 95,9 93,3 65,0 68.3 65,8 - 114. 3 10"?, 2 ЮЗ.З 140,0 137.5 - 133,7 116,7 118.3 121.7 1£5.0

Ингибиторы НАС, '/ -

В-ва, тоит обрати ззхват яейромедиаторов, г . -

* -** -*** -

Длительность периода недленной эмбрионально» которики (кип).

В середине стадии НА на протяжении 2-3 часов снижает частоту серцебиений до 75 уд ккп При отсутствии влияния на частоту пульсаиий бмстплипеа. ------------- ■

На следующей, VI, стадии развития икры впервые обнаруживается эффект действия агонистов норадреналина мезатона и изадрина, которые начинают увеличивать частоту сердечных сокращений. Параллельно отмечается последнее заметное уменьшение пороговых концентраций ДОФА и апоморфина, также ускоряющих сердечный ритм (табл. 2). В то же время впервые и далее на всем протяжении развития начинают действовать, опять-таки учащая сердцебиение, ингибитор МАО ниаламид, а также инказан соединение, тормозящее обратный захват нейромедиаторов (табл. 2).

Начиная с VII стадии, устанавливается постоянный сердечный ритм (около 120 ударов/мин.) и резко усиливается эффект как агонистов, так и антагонистов нор- и дофаминергической системы (рис. 2 б, в, г, д). Наиболее сильно этот эффект, соответственно ускорения и уряжения ритма, выражен на девятой стадии, то есть перед выклевом, когда, например, ДОФА начинает ускорять сердечный ритм на 186% (табл. 2).

В начале VIII стадии в зародыше на том самом месте, где было всего две норадренергические клетки, их уже видно четыре. Существенно отметить, что ускоряющее влияние норадреналина на сердечный ритм к концу IX стадии -несколько ослабевает (табл. 2). Это ослабление соответствует началу личиночной стадии, на которой далее, после вылупления, начинает действовать Адр. Динамика эндогенных КА в эмбриогенезе показана на рис. 6 (контроль).

Полученные данные подтверждают, с одной стороны, функцию КА в регуляции общей эмбриональной моторики и развивающегося миокарда заведомо до появления нервной системы, а с другой, - специфику и ярко выраженную временную последовательность эффектов действия на эмбрион разных катехоламин-ергических медиаторов, их агонистов и антагонистов. Между тем, последовательность ДА - НА - Адр, как известно, соответствует цепи метаболических превращений исходного субстрата ДОФА. Поэтому напрашивается вопрос - не является ли наблюдающаяся временная последовательность включения функций КА одним из проявлений биогенетического закона: повторения филогенеза в онтогенезе. Хотя этот закон решительно отвергается в последнее время некоторыми авторами (Рефф, Кофмен, 19&6), он все-таки с известными оговорками признается большинством исследователей.

По крайней мере, нельзя исключить возможность того, что онтогенетическая последовательность появления КА и их рецепторов совпадает с некогда осуществлявшейся в филогенезе очередностью приобретения гормонально-медиа-торной функции различными продуктами метаболических превращений ДОФА. То же касается эволюции функций МАО и механизмов обратного захвата КА.

В целом, проведенные эксперименты несомненно подтверждают закон* мерную последовательность развития в эмбриогенезе комплекса катехолами! ергических систем, а также их участие в регуляции процесса эмбрионально: развития, начиная с начальных стадий.

4. РАЗВИТИЕ КАТЕХОЛАМИНЕРГИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ У ЛИЧИНОК И МАЛЬКОВ В СВЯЗИ С ФОРМИРОВАНИЕМ ПОВЕДЕНЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ.

У личинок продолжает развиваться дифференциация на две группы по с держанию ДОФА, впервые обнаруживаемая на последних стадиях развития и ры; обнаруживается ДА, причем его уровень различен у разных особей и таю подразделяется на две группы. Различий в поведении личинок обнаружить 1 удалось. Они держатся группами, более компактными через 7 дней после выхо; из икры и менее - через 15 дней. Уровень НА сильно варьирует, однако дост верных различий, которые могли бы дать основание разделить личинок на д группы нет. Адр появляется между 7 и 15 днем развития, причем его урове] сразу довольно высок. Общая схема развития рыб в этот период и динамика Е показана на рис. 3. В месячном возрасте мальки в аквариуме образуют группы постоянно меняющимся составом. Время пребывания мальков поодиноч крайне мало, как правило это время перемещения от одной группы к друге Каких-либо антагонистических взаимоотношений нет: у мальков отсутству! охраняемые территории и взаимноагрессивное поведение. При анализе содер» ния КА отмечена еще более резкое различие в уровне ДОФА и ДА. Однако сос ношение этих веществ К= ДОФА/ДА в обеих группах остается постоянным равным. При проведении тестирования мальков по уровню локомоторной исс; довательской активности и реакции испуга оказалось, что они четко разделяют на две группы: с высоким уровнем исследовательской активности (А) и низ» (В).

Индивидуальное определение КА показало, что 94% мальков из группы имеет высокий уровень ДОФА и ДА. Порог "пугливости" этих мальков выи однако уровень Адр несколько увеличен. В эксперименте в лотке-лабиринте одним комфортабельным отсеком было показано, что 84% остающихся в пер! начальном комфортабельном отсеке рыб принадлежат к группе с низким ур( нем КА Представляет интерес тот факт, что большинство мальков с низга уровнем КА имели крупные или мелкие размеры, а с высоким - средние. Таю образом, можно констатировать наличие двух групп мальков из одной клад различающихся как по уровню КА так и па поведенческим реакциям. Позже, в

месячном возрасте, происходит сильное увеличение размера и веса мальков с одновременным углублением индивидуальных размерных различий. Агрессивных форм поведения не наблюдается, но к 2,5 месяцам оформляются новые две группы, различные прежде всего по размеру. Предшествующие группы А и В дают: первая - мелких и крупных рыб, вторая - продолжается усиление различий между мелкими и крупными. В соответствии с этим происходит и дифференциация по уровню КА: у крупных мальков понижалось содержание ДОФА и увеличивалось ДА, увеличивался уровень НА й уменьшался Адр.

мальки

Период повышенной дВига- „

темной активности мслхиг^влъно-церарзических форм мальков и мальков из

групуы-\%^-с Высоким содержанием и дн

Этапы становление территори-

-----я --рархическиг-----

поведения

М а

РисЗ. Биохимические и этологические аспекты раннего онтогенеза на примере А. ри1сИег. 1. - высокий уровень синтеза; 2 - низкий уровень синтеза.

Опыты в лотке - лабиринте показали, что в течение 7-9 часов крупные мальки вытесняют мелких из комфортабельного отсека, однако без агрессивного

поведения по отношению к ним. В случае, когда количество крупных мальков было достаточно велико, часть из них также уходила в соседние отсеки лотка, но по уровню КА различий между крупными рыбами из разных отсеков не наблюдали.

Мы предполагаем, что различия в уровне синтеза и утилизации КА по мере развития личинок и мальков имеют непосредственное отношение к так называемой предваряющей связи, когда последствия поведения, вызываемого обратной связью, предвосхищаются и принимаются соответствующие меры по предотвращению отклонений (Mac Farland, 1971; Hogan, 1980). Принимая это положение можно объяснить столь большие различия в поведении разновозрастных мальков и перестройку их КА-ергической системы, как системы, отдельные элементы которой (дофамин- и норадренергические) и их взаимодействие определяют в дальнейшем развитии тактику поведения.

Полученные данные в целом свидетельствуют о наличии ранее не описанных у низших позвоночных четко выраженных корреляций между индивидуальной изменчивостью по биохимическим признакам и по поведению. Очевидно, что по мере изучения индивидуальной изменчивости шЛлх форм поведения рыб могут выявиться новые корреляции подобного же типа, но с другой системой.

Вполне очевидно, что индивидуальная изменчивость по тем или инбш провизорным признакам, приуроченная к определенным стадиям онтогенеза "и имеющая именно на этих стадиях приспособительный характер, относится к числу пока еще мало исследованных общих закономерностей биологии развития.

6. КАТЕХОЛАМИНЕРГИЧЕСКАЯ СИСТЕМА В СОЦИАЛЬНЫХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯХ НЕПОЛОВОЗРЕЛЫХ РЫБ.

В возрасте 3 месяцев у мальков Apulcher, H.bimaculatus и C.biocellalum впервые были отмечены агрессивные взаимодействия и разделение их на занимающих придонное пространство и проводящих большую часть времени в средних слоях воды. К 3,5 месяцам появляются истинные доминанты. В общем аквариуме их число зависело от размера и общего количества рыб. В емкостях, где группы состояли из 3-4 рыб отношения доминирования - подчинения приобре- ■ тали классический характер: выделялся доминант, который контролировал всю площадь дна, и подчиненные особи, распределявшиеся в средних слоях (рис.4б).

Масса доминирующих рыб резко возрастала и за неделю могла увеличиться до 68%. Однако первоначально максимальная масса малька не всегда явля-

Адр, Ьк от ВОЯУК (тсг/в)

голобноа мозг

НА (тсг/а)

из 5 рыб

1

из 7 рыб

X

л

- 3

- 2

- 1

X £ V 5

^ ¿|р Г. I НА

О ^ \

3 3;5 в

ПА СИ БОФУК

1

ЧНСУ

Ъ5

I, .V . 1-7 - ранги особеа 6 группах

(5,6,7 - номера асоциальных рыб)

Шч7

постоянная агрессиЬная актиЬность периоЭическая агрессиЬная актиЬность

7

Рис.4. Индивидуальный уровень КА у рыб в группах разного размера (а) и травление их взаимодействий при развитой иерархии (б).

зимечание: здесь и далее I - -26

лась определяющей в йриобретении высшего социального ранга. Деспотического доминирования в этом возрасте не наблюдали.

При определении КА в головном мозге было обнаружено (рис.4а) пониженное содержание ДОФА и увеличенное ДА у доминирующих особей. Уровень НА у них был ниже, чем у субдоминантов, а Адр у рыб всех рангов имел столь низкий уровень, что говорить о его абсолютной концентрации не представляется возможным. В гормональном звене в хромаффиновой ткани головной почки различия только намечались. Можно говорить только о тенденции к уменьшению уровня ДА у доминантов. Только уровень Адр у доминантов достоверно был ниже, чем у субдоминантов. Анализ поведения рыб всех трех видов в 4-6 месячном возрасте в группах показал, что независимо от количества рыб социальная структура образующегося сообщества относится к территориально-иерархическому типу. Однако, если в группах из 3 рыб устанавливается доминирование по типу деспотизма, то в больших группах (до 7 - 8 рыб) - линейное доминирование. Кроме того, в трех группах из 5 рыб и во всех группах из 7 рыб появлялись особи, которые не принимали участия в социальных взаимодействиях рыб ■ "асоциальные" особи (рис. 46). Их наличие возможно объясняется тем, что: во-первых, данные особи могут являться потенциальными доминантами, агрессивная активность которых и групповая мотивация подавляется истинным доминантам и, во-вторых, значение может иметь уровень индивидуального узнавания свойственный одной рыбе. В группах из 9 и 11 рыб происходило нарушение со циальной структуры сообщества и практически отсутствовали персонализиро ванные отношения, хотя сохранялись агрессивные взаимодействия между члена ми групп.

Полученные результаты мы проиллюстрируем на примере Н. ЫтасиШиз. Биохимический анализ содержания катехоламинов показал, что существует только 5 возможных вариантов соотношений катехоламинов независимо от числа рыб в группах (рис.4). Прежде всего, выделяется доминант. Во всех группа? до 8 особей доминирующая рыба имела повышенное содержание ДА в мозге Близкий уровень имели только "асоциальные" рыбы, которые не подвергали« нападению со стороны доминанта. Однако уровень Адр в головной почке превы шал таковой у "асоциальных" рыб. Уровень НА возрастал по мере сниженш социального ранга рыбы в группе. '

Меньшие различия по содержанию катехоламинов обнаружены в голов ной почке. При деспотическом доминировании снижается уровень норадренали на и дофамина у особи низшего ранга, но в больших группах подобных явны) изменений мы не наблюдали.

Таблица з.

изменение социального ганга рыб во вновь созданной группе из

3 особей н иерархической группы из 7 особей после в/и инъецирования катехоламинергическини препаратами.

Фармакологические!

агента и их концентрации

ПЕРВОНАЧАЛЬНЫЙ РАНГ ОСОБЕЙ В ГРУППЕ

ь созданной) из 7 рыб с иерархией) л)| О 7 (асоциальная)«

-4

гхю -5

апоиорф.'ш 3X10 -б ЗЯ10

Ь-ПОРА

-4 2X10

-5

2x10 -б 4x10

-4 4X10 -5

НОР- 4x10

адреналин -б ЗзЮ

Гало-перндол

Пропра-нолол

-6 2x10

-5 ЗхЮ -б 3X10

1-31Х, 2-525!. 3-17* 1-535!, 2-47Х 1-72Х, 2-28 У.

1-61Х, 2-33% 1-86Х. 2-14'/ 1-58*. 2-42*

1-49Х, г-Ж/., 3-1 У/.

1-55Х, 2-37Х, 3- йУ. 1-ЭЗХ, 2-45 У., 3-22И

3-100*

З-ЮОХ 2-8Х. 3-92Х

1-4/.. 2-90 У.. З-б У.

1-7Х. 2-912. 3-2Х

1-2К, 2-96Х. 3-2Х

1-5И. 2-95Х

1-7И, 2-93'/

1 -IX. г-87И. 3-12Х

1-4 У; 2-77 У., 3-19'/

1-4 У., 2-79*. 3-173!

1-1Х. г-ргу., з-з7у.

7-88у., Ч-1У., 5-5/.

7-94Х, 4-65:

7-98У.. 4-2У.

»Примечание - 1 - 7 - социальные ранга особей в группах (7 - асоциальная особь, не пришшагоая участия в антагонистических взаинодействнях внутри группы)

Инъецирование одной из произвольно выбранных рыб во вновь созданной группе из 3 особей'ДОФА или апоморфином почти во всех случаях приводило к тому, что эта рыба становилась доминантом (до 86%)(табл. 3). При введении НА она занимала лидирующее положение в 55% опытов (таблЗ).

Внутримышечное введение пропранолола и галоперидола снижало как двигательную активность, так и агрессивность рыб, что, в свою очередь, не позволяло занять рыбам ни доминирующего положения, ни положения второй по рангу рыбы (таблЗ). Инъекции фентоламина в крайне малой степени оказывали

влияние на поведение рыб и из 24 опытов в 16 случаях инъецированная рыба занимала низший иерархический ранг, в 6 - второй и в 2 - доминирующее положение.

В экспериментах по инъецированию "асоциальных" рыб было показано, что при введении ДОФА и апоморфина рыбы увеличивали свою социальную активность, вступали во взаимодействия с другими особями группы и особую агрессивную активность начинали проявлять к доминанту и второй по рангу особи. В результате подобной активности инъецированная рыба в 7% случаев занимала доминирующее положение, оттесняя бывшего доминанта на более низкий социальный ранг, в 91% случаев занимала положение второй по рангу особи и в 2% - третьей (таблЗ).

Качественный анализ агрессивного поведения рыб свидетельствует о том, что хотя антиагрессивное и нормализующее (для доминантов) действие нейро-фармакологических средств катехоламинового действия при однократных и повторяющихся инъекциях могут быть получены, ни один из этих препаратов не способен вызвать достаточно стойкого длительного нарушения иерархических отношений. С исчезновением временных нейрохимических сдвигов происходит восстановление первоначальной социальной структуры. Однако активация дофаминовой системы, путем инецирования предшественников ДА, одной из особей группы до образования иерархической структуры однозначно приводит к необратимому доминированию этой рыбы.

Учитывая вышеизложенное можно констатировать, что дофаминовая система может играть определяющую роль и на этих этапах развития в распределении социальных рангов между особями, но лишь в том случае, если у членов группы еще не выработан условный рефлекс на присутствие доминанта.

7. РОЛЬ КАТЕХОЛАМИНОВ В РЕПРОДУКТИВНЫЙ ПЕРИОД.

Эксперименты, проведенные с семьями Н. Ытаси1а№ и А. рикИег показали, что у самок и самцов в период подготовки к кладке и охране икры активируются разные системы. У самок активируется НА-ергическая система (рис.5). Усиливается синтез НА, его количество в головном мозге резко возрастает, причем фармакологические воздействия антагонистами НА практически не изменяют поведения, связанного с уходом за икрой и ее охраной. Максимум, чего нам удалось добиться - это снижение двигательной активности. Дополнительная активация НА-ергической системы мезатоном (5 мкг/г) и изадрином (5,8 мкг/г)

удлиняла у самки единовременный уход за икрой: чистку и обмахивание плавниками на 22 - 36%.

Некоторое не длительное влияние оказывал ниаламид в концентрации 5 мкг/г. Оно заключалось в периодическом появлении серии быстрых агрессивных бросков в сторону самца. Наибольшая длительность этих серий после инъекций составляла 6,4 мин. Надо отметить, что уровень ДА в этот период не изменялся. Искусственная активация ДА-ергической системы введением ДОФА и апомор-фина не приводила к видимым изменениям поведения. Более того , анализ уровня ДА и НА через 7 мин после инъекций показывал увеличение уровня НА. Концентрация уровня ДА в мозге не изменялась.

По мере развития икры и постепенного выхода предличинок и начала их расселения увеличивается "тревожное" состояние самки: часть икры еще развивается в убежище, а предличинки уже начали рассредотачиваться по дну аквариума. В это время у самки постепенно увеличивается уровень ДА, причем в мозге хорошо выделяются два пика этих изменений: минимальный, к моменту появления первых предличинок и максимальный при выходе личинок из убежищ (рис.5).

Однако анализ уровня ТН и ДОФУК показывают, что эти изменения не связаны с усилением синтеза ДА. Происходит накопление его в клетках в связи со снижением уровня утилизации. В этот период сильную реакцию дают инъекции инказана (8, 2 мкг/г): у самки в поведении появляются черты, свойственные самцу - баражирование над личинками и кладкой, отход к поверхности воды и быстрое возвращение, а также движение вдоль стенок аквариума с поднятыми плавниками.

После подготовки места для будущей кладки и начале брачного танца у самца наблюдаются изменения в соотношении ДА и НА (рис.6). Уровень НА снижается, однако количество ТН не изменяется. Резко возрастает уровень ДОФУК. Синтез смещен в сторону образования ДА и его усиленной утилизации. В это время резко повышается агрессивность самца. Он приобретает яркую' окрасху и практически все время передвигается с поднятыми плавниками. Появление любого объекта в непосредственной близости от границ индивидуального участка вызывает однозначно агрессивную реакцию.

После оплодотворения икры самец принимает на себя функции ее охраны. В это время и вплоть до вылупления личинок у самца не происходит изменений в функционировании НА- и ДА-ергических систем.

Интересен тот факт, что никакие фармакологические инъекции не могли подавить основной тактики поведения по защите потомства. Мощное воздейст-

самка

ЮЛ ег ЮЧ>УК(шс4/в)

ГОЛОВНОЙ МОЗГ НА (тсц/г)

г.ь

о.в -

0.6 -

0.4 -

0.2

а

л ш ге

Шш 01Ю9УК

самка

ОА от ООФУК (тся/в)

тп та та

1 на

НА (тсг/в)

УШ

икра 3 ш Ооофук

Рис.5. Динамика КА в головном мозге самки с момента ее подсади самцам до выхода личинок. I - УШ - периоды развития иерархии (до VII; начала взаимодействия с самцом, образующим брачную пару.

вие галоперидолом (11 мкг/г) и пропранололом (16 мкг/г) подавляли общую активность рыб, самцы в этом случае занимали постоянное место самки над кладкой, а самки временно выполняли функции самцов, т.е. существовала своего рода "договоренность" о том, что делать, в случае плохого состояния одного из родителей. '

После вылупления личинок у самцов восстанавливается высокий уровень ДА, при этом уровень ТН и ДОФУК не изменяется (рис.6). Постоянная активация агрессивного поведения сменяется потенциально высокой агрессивностью, но без беспрерывной реализации ее даже при отсутствии выраженной опасности. Уровень НА остается низким и приближается к таковому до репродуктивного периода.

В это время легко вызывается поведение по охране потомства инъекциями апоморфина (3, 4 мкг/г) и ДОФА (4, 7 мкг/г). Причем траектория движений самца восстанавливается в первоначальном виде, хотя произошло частичное рассредоточение личинок и вызванное охранение самцом не в полной мере соответствует своей задаче.

Известно, что нейроны различных областей ЦНС изменяют чувствительность к ДА и НА в ходе эстрального цикла у млекопитающих. Было показано, что наиболее выраженные изменения в чувствительности нейронов к ДА возникают в начале проэструса, который характеризуется высоким уровнем эстрогенов и началом развития праовуляторной волны лютеинизируюшего гормона (ЛГ) в крови. с другой стороны, сам ДА не оказывает прямого влияния на активность нейронов и уровень ЛГ, только на стадии диэструса есть данные о его роли в накоплении ЛГ. На этих же стадиях (ди- и проэструса) большинство нейронов отвечает торможением на действие НА (Ь'ихс et а1, 1970). Лишь к концу проэструса, когда уровень эстрогенов резко падает, а преовуляторная волна достигает максимума, число клеток с активацией на НА возрастает. В наших экспериментах у самок рыб максимум активности НА звена достигается в период предшествующий откладке икры, что не соответсвует данным по млепитающим и птицам. У самок рыб период снижения активности НА наступает в период откладки икры и вновь возрастает (уже как и у млекопитающих) сразу после этого.

Результаты экспериментов с самцами по изменениям в НА- и ДА-ергичес-ких звеньях системы вполне совпадают с результатами исследований на млекопитающих. Необходимо только отметить характерную особенность самцов рыб: несмотря на изоляцию пары у самцов весьма велик уровень агрессивности. Он не достигает такоЪого, как у трехиглой колюшки, когда самец прогоняет самку сразу

головной мозг самцы (образобабшие брачную пару)

ЕЗ ш. СИ софук в ш.

БА от Е0»Ук (ысг/*)

НА (юое/ц)

икра личинки

В Ш О ПОФУК Б НА

Рис 6 Динамика КА в головном мозге самца с начала взаимодействия с самкой (VII) до выхода личинок. VII - VII - периоды образования брачной пары.

после откладки икры (Sevenster-Bd, 1962), но тем не менее, активность ДА звена не оправдано высока.

Таким образом, опосредованная через рилизинг-факгеры гипоталамичес-кая регуляция гонадотропиой функции гипофиза находится под центральным контролем, который реализуется на основе, в частности, нейромедиаторов кате-холаминового ряда и нейромодуляторов пептидергических нейронов (к ним, относятся и КА) (Бабичев, Игнаткав, 1981). В этой связи заслуживают внимания данные Хардин (Hardin, 1973) о повышении уровня НА и ДА в мозге неонатально андрогенизированных самок крыс и ведущей роли НА в андрогензависимой половой дифференциации гипоталамуса и отсутствии непосредственного влияния ДА на этот процесс (Носенко, 1981). Здесь возникает казкущееся противоречие с нашими данными. Казалось бы, раз в андрогензависимой половой дифференциации основную роль играет НА, то и в репродуктивный период (когда созревают половые продукты) он также будет сесьма активен. Однако надо учитывать, что процесс половой дифференциации гипоталамуса уже давно завершен и уровень «шдрогенов циклически постоянен (в том числе, благодаря наличию самки). В то же время известно, что ДА подавляет секрецию ряда гормонов, связанных с половым поведением. После откладки икры поведение самца изменяется и его основной функцией становится охранение и отпадает необходимость в высоком уровне гормонов (в частности пролахтина). Учитывая вышесказанное можно с большой степенью вероятности предполагать, что кратковременное снижение активности ДА у самцов несомненно связано с синтезом андрогеноз и усиливающейся ролко НА, но происходит это на фоне основной стратегии поведения -территориальности.

Инкубация икры на V стадии развития зародыша (в период образования специализированных КА-ергических клеток) в различных средах с агонистами и антагонистами КА (рис. 6) показала, что: 1. Добавление ДА и его предшественника ДОФА даже в минимальной концентрации (5x10"^ М) и наиболее коротком отрезке времени (24 мин), при котором заметна реакция зародыша, приводит к вылуплению личинки с сильно обводненным желточным мешком, что в течение суток вызывает гибель личинки. 2. Добавление Адр и НА (1Х10-6 М, 10 мин) приводит к гибели зародыша в течение первых 7-11 часов. 3. Добавление фенто-ламина (7x10"^ М, 30 мин) несколько увеличивает срок развития зародыша (с 4,5

мкг/г

12 0,8 ОА ОА 08 1,2 13 9,0 0/ ОД 12 1,6 9.0 0А 0,8 16 о.О 0А 0,8 /2 2,0 "1 ' ■ ■ ■__1 1 ■ ' 1 < ■ ' ' ' ■ ........'. 1 ' '--I I I I I I I I I I__. 1 . ■' . У ■ '. . '.

- ПЕРВЫЕ -1- СУТКИ

" « П О

3_

н

чптшпшь

То о о| о о д о

АДРЕНАЛИН (10 - 30 мкг/г) или

"Н Н0РАДРЕНАЛИН (10 - 30 кхг/г)

О О С| I

ТРЕТЬИ СУТКИ

И/////{/Т/1

ООО О« О О О-!! 9 О О_2_2_£П

ПЯТЫЕ КОНТРОЛЬ

ТШШШШ.

СУТКИ

ч/шттъА

.о"о~е0оро°с°

ея—--

СЕДЬМЫЕ Л.. СУТКИ □ — Д0&АШН ФЕЬТОЛАШН (3 - 15 мкг/г)

Щ - ь - дом . и

0 — Н0РАДРЕНАЛИН И — АДРЕНАЛИН

3—I

ПР0ПРАН0Л0Л (3 - 12 мкг/г)

щ

ШПДПШШгЛ

чшщшптл

О О О

^¡Шишит

Ъ - Д№А Сз - 15 мкг/г)

о ° о О о О о О о ° дТ—I

ШУш/шпнн

ДЕВЯТЫЕ -1- СУТКИ

ГАЛ0ПЕРИД0Л (I - 1,5 иг/г)

Рис.7. Динамика КА в икре А•ри1сЬвг в контроле и после обработки еэ антагонистами и агонистаки ядр* НЛ и ДА-

суток до б), но видимых последствий на поведение мальков и взрослых рыб не оказывает. 4. Добавление пропранолола (2x10'^ М, 34 мин) и, особенно, галоперидо-m (1. *х10~3 М, 45 мин) увеличивает срок развития зародыша на 80 - 84% от контрольного. Биохимический анализ показал, что оба эти воздействия приводили к постепенному увеличению эндогенного ДА Гистохимическое исследование выявило различия в форме специализированных клеток - униполярные в контроле и мультиполярные в опыте. У личинок и мальков отклонений в поведении не наблюдали, однако уровень ДА у мальков (до 2 мес) выше, чем у контрольных на 33 - 41 %. Этологические изменения наблюдали у рыб в возрасте 2 месяцев: контрольные рыбы не проявляли агрессивного поведения в это время, между тем как у опытных уже выявлена ненаправленная индивидуально агрессивная активность. Дальнейшее развитие агрессивности не связано с развитием территориально-иерархического поведения, свойственного данным видам. Иерархия не создается, отсутствуют субдоминанты, как особи, подчиняющиеся определенным законам в структуре доминирование - подчинение, невозможно очертить границы охраняемой территории, независимо от разлигра аквариума. У всех особей резко смещен синтез КА в сторону образования ДА - уровень тирозингидроксилазы остается в пределах контрольного, но резко снижено содержание НА и увеличено ДОФУК и ДА в головном мозге. В хромаффиновой ткани головной почки увеличен уровень ТН, но ДА и НА распределены в равно увеличенных количествах. Уровень Адр снижен.

Почему антагонисты КА способствуют повышению эндогенного содержания КА и в то же время замедляют эмбриогенез, но существенно повышают выживаемость икры даже по сравнению с контролем? По какой причине экзогенные НА и Адр, напротив, снижают выживаемость? Мы полагаем, что процессы синтеза и утилизации КА регулируются по принципу обратной связи. При этом моноамины ферментативно окисляются в З-метокси-4 оксиминдальную кислоту, преимущественно не в свободном состоянии, а после их связывания с соответствующими рецепторами на наружной поверхности клеточных мембран, с которыми (внутри клетки) структурно ассоциирована моиоаминооксидаза. Таким образом, антагонисты КА препятствуют их окислению. В то же время токсическое действие экзогенных КА и протекторное их антагонистов, скорее всего, объясняется тем, что некоторые продукты окисления КА (экзэ- и эндогенных) моно-аминооксидазой содержат активные формы кислорода: супероксид, и, вероятно, в результате его трансмутаций, Н2О2, НО", НСЮ". Данные о возможности образования подобного рода токсических продуктов в процессе окисления ÎCA моно-аминооксидазой имеются в литературе (Sec, Davison, 1989).

9. К ПРОБЛЕМЕ СТАНОВЛЕНИЯ И СМЕНЫ ФУНКЦИЙ КАТЕХОЛАМИНОЯ В

Изучение КА-ергичесхсй системы в онтогенезе рыб позволило выявить ее роль на отдельных этапах развития поведенческой стратегии, изучить значение данной системы при смене поведенческих реакций и показать, что существуют этапы, на которых воздействие на ДА-ергическую систему приводит к необратимым последствиям. Развитие организма и реализация генетически опосредованной поведенческой стратегии непосредственно сгязаны с изменениями в КА-ергическом звене эндокринной и медиаторной систем, особенно медиа-горной, т.к. в раннем постнатальном онтогенезе происходит резкое, опережающее морфологические и физиологические перестройки, усложнение поведения и, соответственно, развитие психики животного.

Учитывая реактивный характер изучаемой системы и ее важнейшую роль в ответе организма на любые изменения внешнего и внутреннего порядха, мы можем предполагать, что дифференциация по уровню моноаминов на личиночной и мальковой стадиях развития является ответом организма на включение программы реализации поведенческих реакций данного типа и механизмов ее поддерживающих. Та же ситуация сохраняется и при установлении социальной структуры, когда тонхие изменений медиаторного звена предшествуют самой этой структуре и развиваются по мере ее развития, т.е. психологическая подготовка организма к возложению на него той или иной роли в социуме основана, в частности, на таких изменениях.

Ранние фармакологические воздействия, опережающие подготовленность животного к их восприятию, приводят к нарушениям эмоциональной сферы, к ее патологии. Как показали наши эксперименты, взрослое животное, подвергшееся фармакологическому воздействию на пренатальной стадии развития,' не воспринимает окружающих особей как реальных живых организмов. Для него они лишь объект тех или иных действий, в зависимости от того, какие нарушения вызваны фармакоагентом в пренатальный период. Нормализующее действие антагонистов гипертрофированной нейрогуморальной системы может дать временное восстановление "генетической" памяти и возвращение к видовой стратегии поведения, однако внесенные корреляции в столь раннем возрасте в период становления и развития ДА-ергической системы делают неустойчивым этот компенсирующий эффект. '

На основании полученных результатов мы полагаем, что у рыб, стратегия поведения которых основана на территориальности, приоритетной нейрогумо-

рамной системой является ДА-ергическая система. С раннего возраста эти.»

\

рыбам свойственны внутр'ивидовые антагонистические взаимодействия, установление иерархических отношений. Основой их мотивационного состояния является охрана персональной территории. Доже в репрод)'ктивный период достаточно "асто мотивация ;; охране территории превалирует над брачным поведением В период выведения потомства этим рыбам также свойственны элементы смещенной активности агрессивной направленности при полном отсутствии элементов опасности. Таким образом, ДА-ергическая система, как система непосредственно связанная и поддерживающая комплекс агрессивньос взаимодействий и "физиологическую бдительность", шкходится в постоянно активном состоянии. Об зтем говорит как изменение размера ядер при деспотическом доминировании, так и уровень веществ в синтетической цепочке от предшественника до метаболита ДА в течение вссй жизни рыб. Кроме того, эмбриональное воз-деистеие именно на дофаминеюгическую систему приводит к ускорению развития промежуточное форм поведения и быстрейшему достижению видотипичного поведения. По-видимому, это связано с сальной сцепленностью данной системы с генетической программой поведения рыб.

ВЫВОДЫ

1. Чувствительность эмбриона к катехоламинергкческим соединениям развивается до появления специализированных нейросекрсторкых клеток, что говорит о более раннем появлении специфических рецепторов для дофамин;« и норадреналина. Порог чувствительности к агонистам и антагонистам катехоламинов уменьшается в ходе эмбриогенеза.

2. Па ранних этапах эмбриогенеза ДОФА полностью или в большой мере выполняет функции ДА, о чем говорит отсутствие реального количества ДА в ранней икре, и физиологический ответ зародыша на экзогенное воздействие ДОФА после блокады дофаминовых рецепторов.

3. В эмбриональный период развития отсутствует!- рецепция. По-видимому, ее появление (или дифференциация jv рецепторов на два типа) происходит только в конце эмбрионального развития; тогда же обнаруживается действие специфических антагонистов рецепторов.

4. Дифференциация личинок и мальков по уровню ДОФА п ДА предшествует смене зтолошфтшшшгкч'ких сгерапипо» л являсгся их отражением. Однако на рлшшч манлч опингнеи т\кчч-нич н мж'чо.таминергической системе не шпнцчо! iipinui 1>и'1'гм.!ками auui.rii.iuMi> . килеа ш[н>с.ты\ рыб, т.е. до

формирования механизмов социального поведения уровень катехоламинов не отражает социальный ранг особи в будущем.

5. Воздействие на дофаминергическую систему определяет ранг особи в группе до установления иерархической структуры. В больших группах воздействие на дофаминергическую систему и в гораздо меньшей степени на норадренер-гическую асоциальных рыб провоцирует их активность и, как следствие, перемещение рангов в группе.

6. Длительное деспотическое доминирование приводит к серьезным нарушениям эмоционального статуса животного и перестройке метаболизма катехол-аминергической системы, а следствием этого являются морфологические нарушения: увеличение диаметра ядер хромаффиновых клеток. При длительной изоляции доминанта - деспота первоначальные размеры ядер восстанавливаются.

7. В процессе образования брачной пары основную роль играет уровень двигательной активности самца, который поддерживается активацией норацрен-ергической системы. Высокая агрессивная активность, вызванная стимуляцией активности дофаминергической системы, подавляет мотивацию к брачному поведению.

8. В период родительской заботы у самцов и самок происходят изменения з разных звеньях катехоламин ергической системы:

а) у самок увеличивается уровень норадреналина за счет усиления синтетической активности клеток и смещения синтеза в сторону образования норадреналина, увеличение уровня дофамина в период охраны вылупившихся личинок и, далее, мальков связано с ослаблением процесса утилизации и накоплением дофамина в клетках;

б) у самцов уменьшается уровень норадреналина, т.к. синтез смешен в сторону образования дофамина, и усиленной его утилизации, а после вылупления личинок восстанавливается высокий уровень ДА и сниженный - НА, свойственный самцам до репродуктивного периода.

9. Блокирующее действие пропранолола и галоперидола в пренатальный период и отсутствие, в результате этого, проведения сигнала, индуцируемого катехоламинами, приводит к компенсаторному усилению синтеза ДА. Эти изменения необратимы и, в свою очередь, приводят к патологическим изменениям эмоциональной сферы.

10. На основании проведенной работы можно говорить об определяющей роли дофаминовой системы на всех основных этапах онтогенеза у самцов территориальных рыб:

а) ранние воздействия, изменяющие структуру и функциональную активность дофаминовой системы, приводят к принципиальному изменению тактики поведения рыб, резко усиливая основную черту поведения - агрессивность;

б) различия в функционировании дофаминовой системы в ранний постна-тальный период определяют поведенческие реакции и их дальнейшее развитие у рыб;

в) у взрослых рыб воздействие на дофаминовую систему однозначно определяет их социальный ранг в группе, что, соответственно, определяет и поведение экспериментальной рыбы и окружающих особей;

г) в репродуктивный период взаимодействие нор- и дофаминовой систем у самца обеспечивает репродуктивный успех.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Нечаев И.В. Изменение диаметра ядер хромаффиновых клеток в связи с иерархическими отношениями у Hemichromis blmaculatus // ДАН СССР.- 1988. - Т301, N2. - С.496-499.

2. Нечаев И.В. Норадреналин и серотонин в головном мозге рыб с различной социальной структурой // ДАН СССР. -1989. - Т305, N3. - С.755-758.

3. Nechaev I.V. Neurohumoral aspects of social behaviour in fish // Signal Molecules and mechanisms of animal behaviour: Symp. - Pushchino, 1989. - P.42.

4. Nechaev LV., Petrauskene LA., Vosilene M-Z.E. Behavioural and phisiological changes in the silver trout Salmo gairdneri in the course of formation and development of its social structure // J.Exper.Zool. -1989. - Vol.265. - P275-284.

5. Нечаев И.В. Два типа иерархической организации у самцов Hemichromis bima-culatus /'/ Вопр. ихтиологии. -1989. - Т.29, вып.4. - С.663-666.

6. Нечаев И.В. Роль катехоламинов в поведении рыб с различной социальной структурой |Автореф.канддисс,-1989.25 с.

7. Нечаев И.В., Лабас ЮЛ. Динамика и роль биогенных моноаминов в процессе развития икры, личинок и мальков у костистых рыб /,/ ДАН СССР.- 1990,- Т312, N2,- C.5Û0-504.

8. Нечаев И.В., Легкий Б.П., Лабас ЮЛ. Зависимость между дифференциацией концентрации ДОФА и дофамина и уровнем исследовательской активности у мальков Aequidens pulcher // ДАН СССР. - 1990. - Т314, N5. - С.1263-1268.

9. Нечаев И.В., Мусатов С. П. Роль катехоламинов в реализации отдельных поведенческих актов у рыб с различной социальной структурой // Вопр. ихтиологии. -1991. - Т31, выпЗ. - С.467-478.

10. Нечаев И.В., Павлов Д.С., Лабас Ю.А., Легкий Б.П. Динамика катехоламинов в раннем онтогенезе и развитие некоторых поведенческих реакций у молодя Aequidenspulcher (Cichlidae) // Вопр. ихтиологии. -1991. - Т.31, вып.5. - С.821-838.

11. Nechaev I.V. Catecholaminergic regulation of social behaviour in fish // Signal Molecules and Behaviour. Manchester Univ. Press. Manchester & New York. 1991. ■ P.190-199.

12. Nechaev I.V. Ontogenetic aspects of social behaviour in fish // Comp. Physiol. & Bioch. - Tokyo,-1992. - P348.

13. Нечаев И.З., Лабас Ю.А., Денисов B.A. Действие катехоламинергических соединений на эмбриональную моторику костистой рыбы Aequidens pulcher сCichlidae) 11 Журн. Общей Биол. -1992. - Т.53, N2. - С.11М27.

14. Нечаев И.В. Роль и динамика катехоламинов в процессе образования брачной пары п ухода за потомством у Aequidens pulcher (Cichlidae). Нейрофармакологическая корректировка поведения самцов в присутствии самки. Журн. Общей биологии. -1993.- Т.6.- с. 60-74.

15. Павлов Д.С., Легкий Б.П., Нечаев И.В., Попова И.К. Возрастная динамика поведения и состояния катехолгминовой системы у молоди европейского хариуса. Известия РАН,-1993.- Т.1.- С. 51- 72.

16. Нечаев И.В., Легкий Б.П., Попова И.К Динамика катехоламинов и поведение ч раннем онтогенезе личинок плотьы (Ciprinidf.e). Эвол.биох. и физиол,- 1993,- Т.5.-C.82-SC.