Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Стероидные гормоны в жизненном цикле моллюсков

ВАК РФ 03.00.18, Гидробиология

Автореферат диссертации по теме "Стероидные гормоны в жизненном цикле моллюсков"

КАЛИНИНГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

СГ> 22

с=£ На правах рукописи

из

I___

сэ »

КУДИКИНА НАТАЛЬЯ ПЕТРОВНА

СТЕРОИДНЫЕ ГОРМОНЫ В ЖИЗНЕННОМ ЦИКЛЕ МОЛЛЮСКОВ (ЭКОЛОГО-ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ)

Специальность 03.00.18 - гидробиология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Калининград 1995

Работа выполнена в Калининградском государственном университете

Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор С.М. Никитина

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор

О.Н. Савченко

доктор биологических наук, профессор Р-Н. Буруковский

Ведущее учреждение - АтлантНИРО

Защита диссертации состоится -Ар ига^ 1995 г. в часов на заседании специализированного совета КР 117.05.99 при Калининградском государственном техническом университете комитета Российской федерации по рыболовству (КГТУ) по адресу: 236000 г. Калининград (обл.), Советский проспект, 1, КГТУ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке КГТУ.

Автореферат разослан 1995

г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат биологических наук

М.Ф. Козлова

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Стероидные гормоны, обладая высокой физиологической активностью, регулируют широкий круг процессов в организме - отвечают за нормальное развитие и функционирование половой системы (созревание гонады, необходимые структурные и биохимические изменения в репродуктивных органах), регулируют процессы обмена (углеводный, водно-солевой и т.д.)- Общее анаболическое действие половых стероидов призвано обеспечить наличие сильных особей, способных к осуществлению функции размножения, что важно для сохранения вида.

Существенное значение имеют стероидные гормоны в координации защитно-приспособительных реакций животного организма. Эндокринные функции глюкокортикоидов играют важную роль в организации как специфических так и неспецифических адаптационных процессов.

Длительное время синтез и утилизация стероидных гормонов считались специфической привилегией позвоночных. В настоящее время в органах представителей ряда беспозвоночных, в том числе и моллюсков, обнаружены отдельные стероидные гормоны и системы их метаболизма. Данные, полученные нами ранее, также свидетельствуют о наличии у моллюсков комплекса стероидных гормонов. Однако, их количественное распределение, характер и специфика этого распределения в органах и тканях представителей важнейших таксономических групп моллюсков, а также влияние гормонов на ход отдельных этапов жизненного цикла изучены недостаточно. Не изучались ранее и функции стероидных гормонов у моллюсков.

Учитывая значимость этих соединений в регуляции основных жизненных функций теоретическая актуальность этой проблемы существенно дополняется практическим значением моллюсков, многие из которых являются ценными промысловыми видами или объектами аквакультуры.

Цель и задачи исследования. Изучение динамики количественного распределения комплекса стероидных гормонов (половые и глюко-кортикоиды) в ходе полового цикла представителей разных систематических групп типа Mollusca.

В ходе исследований решались следующие задачи:

- определить количественное содержание половых гормонов (тестостерон, прогестерон) и глюкокортикоидов (гидрокортизон и кортикостерон) в органах и тканях моллюсков на разных стадиях полового цикла;

- выявить особенности распределения изучаемого комплекса гормонов в органах у представителей разных систематических групп;

- исследовать влияние гормональных препаратов на показатели репродуктивной стратегии моллюсков разных групп с целью изучения возможности воздействия на процессы, протекающие в репродуктивной системе;

- сформулировать представление о возможной функциональной роли изучаемых стероидов в организме моллюсков.

Научная новизна. Впервые изучены особенности количественного распределения комплекса стероидных гормонов на разных стадиях полового цикла в органах и тканях представителей разных систематических групп моллюсков.

Впервые проведен сравнительный анализ динамики количественного содержания глюкокортикоидов и половых гормонов у представителей разных таксонов, что позволило выявить ряд закономерностей в их распределении, связанных с морфо-физиологическими и экологическими особенностями изучаемых групп.

Полученные результаты позволили высказать предположения о физиологической роли стероидных гормонов в организме моллюсков и участии их, наряду с нервной системой, в регуляции основных процессов жизнедеятельности.

Практическая значимость. Количественная характеристика содержания и концентрации глюкокортикоидов (как адаптагенов) может служить индикатором неблагоприятных условий среды.

Полученные результаты показали возможность эндокринного воздействия на репродуктивную стратегию моллюсков, что создает реальные предпосылки для использования гормональных препаратов в регуляции размножения и ускорении роста при разведении моллюсков, являющихся объектами аквакультуры. Методы гормональной регуляции были апробированы на экспериментальном хозяйстве ВНИРО (пос. Б.Утриш, Анапского района) и получили положительные отзывы.

Апробация работы. Материалы диссертации были доложены и обсуждены на научных конференциях профессорско-преподавательского состава Калининградского государственного университета в 1985-1993 г.г., на III Всесоюзной конференции по проблемам рационального использования промысловых беспозвоночных (1982), Всесоюзном совещании "Морфология, систематика, филогения и экогенез двустворчатых моллюсков" (1984), Восьмом Всесоюзном совещании по изучению моллюсков "Моллюски. Результаты и перспективы исследований" (1987), Международной конференции, посвященной 450-летию Альбертины (1994).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 работ, выдан один патент.

Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 158 листах машинописного текста включает 14 таблиц, 26 рисунков, состоит из введения, главы обзора литературы, содержащей характеристику материалов и методов исследования, трех глав, в которых изложены результаты и проведено их обсуждение, выводов и списка литературы, содержащего 168 зарубежных и 32 отечественных наименований работ.

Глава 1. Эшокрииная система и ее структурно-функциональные особенности у моллюсков (обзор литературы).

Обзор литературы содержит сведения о структурно-функциональных элементах эндокринной системы моллюсков важнейших систематических групп. Проводится анализ особенностей гормональной регуляции различных процессов в организме этих животных. В обзоре рассматриваются особенности влияния стероидных и других соединений на репродуктивную функцию моллюсков.

Глава 2. Материалы и методика.

Обьектами исследования в нашей работе послужили следующие представители разных систематических групп типа Mollusca (табл.1).

Объекты исследования

Табл.1

Таксономическая группа Место сбора

1. Кл. Gastropoda - брюхоногие моллюски ceM.Muricidae

B.Rapana thomasiana - черноморская рапана сем. Lymnaeidae B.Lymnea stagnalis, L - обыкновенный прудовик Бухта Ласпи, Черное море. Озеро Верхнее, Калининградская область.

2. Кл. Bivalvia - двустворчатые моллюски ceM.Mytillidae B.Mytillus galloprovincialis Lam.-черноморская мидия сем. Ostreidae в. Ostrea edulis - съедобная устрица Р-н п. Б.Утриш, Черное море.

3. Кл. Cephalopoda - головоногие моллюски Отр. Theutidae сем. Ommastrephidae в.Шех illecebrosusle, Sueur - короткоперый кальмар B.Todaropsis eblanae, Ball- коренастый кальмар Отр. Octopoda сем. Octopodidae в.Octopus vulgaris, Lam. - обыкновенный осьминог Различные районы СевероЗападной и Северо-Восточной Атлантики.

Комплексность работы, находящейся на стыке гидробиологии и физиологии, вызвала необходимость использования для решения поставленных задач различных методов исследований - биологических, биохимических и физиологических.

При биологическом анализе учитывали размеры, массу тела и органов, пол, стадию зрелости гонад и стадию полового цикла.

Периоды жизненного цикла мидий определяли по классификации С.А.Горомосовой и А.З. Шапиро (1984), согласно которой выделяли четыре основных периода: весенний репродуктивный, летний период полового покоя, осенний репродуктивный и период зимовки.

При определении стадии полового цикла обыкновенной устрицы учитывали состояние гонад, а также наличие в воде личинок и половых продуктов.

Для изучении влияния гормональных препаратов на показатели репродуктивной стратегии обыкновенного прудовика животным вво-

дили по 0,05 мл 2% раствора тестостерона и 0,05 мл 1% раствора фолликулина, формируя при этом две раздельные экспериментальные группы. Учитывали сроки активного нереста, количество кладок, их величину, период времени между кладками.

Определение стадий развития эмбрионов вели по таблице нормального развития, предлагаемой в руководстве "Объекты биологии развития" (1975). Оценивали общее время эмбриогенеза время прохождения отдельных стадий.

Из показателей постэмбрионального развития учитывали сроки и динамику вылупления, выживаемость и темп роста молоди в течение 10 дней эксперимента.

Эксперименты по выявлению характера воздействия гидрокортизона, тестостерона и фолликулина на распределение стероидных гормонов и репродуктивный цикл черноморской мидии производились по следующей схеме: животным одного размерного класса (60 - 65 мм), взятым из природной популяции, внутримышечно инъецировали гормональный препарат. Дозы соответствовали физиологическим и составляли 2,5 мкг/особь гидрокортизона, 5,0 мкг/особь тестостерона и 0,05 мкг/особь фолликулина. Через 6, 12, 24, 48, 72 часа производили фиксацию тканей для биохимической обработки. При изучении динамики стероидных гормонов у головоногих моллюсков определение стадий зрелости репродуктивной системы проводили по методике, разработанной Р.Н.Буруковским с соавт. (1977).

Для количественного определения стероидных гормонов у исследованных животных выделяли органы репродуктивной системы, печень и сердечную мышцу. В некоторых случаях дополнительно исследовали количество гормонов и в других органах.

Извлеченные органы и ткани гомогенизировались и фиксировались двойным объемом ацетона.

Разделение и очистку стероидных соединений производили по методике, разработанной для беспозвоночных животных на кафедре зоологии Калининградского государственного университета (С.М.Никитина, 1982) под руководством доктора биологических наук О.Н.Савченко (лаборатория физиологии и патологии эндокринной системы Института физиологии им.Павлова РАН, Санкт-Петербург), доктора биологических наук Тайца (лаборатория биохимии Института физиологии БАН, Минск) и доктора биологических наук С.М.Ники-

тиной (кафедра зоологии Калининградского государственного университета).

В качестве стандартов использовали кристаллические пргестерон, тестостерон, гидрокортизон и кортикостерон, предоставленные нам институтом экспериментальной эндокринологии и химии гормонов АМН СССР. Стандарты растворяли в этаноле (96%). Стероиды из гомогенизированных тканей экстрагировали ацетоном, а затем эфиром. Препаративная чистка и разделение стероидов осуществлялись методом тонкослойной хроматографии.

Гидрокортизон и кортикостерон определяли флюорометрически после образования соответствующих производных в смеси концентрированной серной кислоты с этанолом (3:1). Определение проводили в лаборатории физико-химических методов АтлантНИРО на спектро-флюориметре марки Hitachi по отношению к стандартным образцам.

Количественное определение прогестерона и тестостерона проводили методом радиоиммунологического анализа с использованием наборов KIT, выпускаемых фирмой "CEA-IRE-SORIN". Работы выполняли в лаборатории физиологии и патологии эндокринной системы Института физиологии им. Павлова РАН.

В работе использовано 5600 особей моллюсков. На основе собранного материала (6100 проб) было проведено 24400 определений. Цифровые данные обрабатывались стандартными статистическими методами с использованием коэффициента Сгьюдента при Р = 0,05.

Глава 3. Результаты исследований.

3.1. Динамика стероидных гормонов в половом цикле головоногих моллюсков.

Количественное распределение глюкокортикоидов и половых стероидов в органах кальмаров.

В результате проведенных исследований выявлена зависимость количественного распределения изучаемых гормонов от стадии полового цикла. В органах репродуктивной системы и сердечной мышце максимальные концентрации гормонов наблюдаются на ранних стадиях зрелости. По мере созревания уровень их снижается. Минимальные количества гормонов выявлены у кальмаров в конце цикла, на стадии зрелости V-II. Концентрации половых стероидов в тканях самцов и самок постоянно ниже уровня глюкокортикоидов, количество

которых особенно заметно преобладает в органах самок. Исключением является сердечная мышца короткоперого кальмара, где наблюдается обратная картина.

Для половых стероидов связанные с полом различия в общем уровне гормонов выявлены только в гонадах.

В печени кальмара уровень глюкокортикоидов по мере созревания увеличивается, достигая максимальных значений к V стадии зрелости. Количество половых стероидов не меняется и остается низким в течение всего полового цикла.

Обращают на себя внимание постоянно высокие концентрации гормонов в сердечной мышце кальмаров.

В рамках обшей тенденции к снижению уровня гормонов по мере созревания, выявлены различия онтогенетической динамики половых гормонов и глюкокортикоидов в тканях самцов и самок исследуемых видов. Так, в гонадах самцов короткоперого кальмара высокий уровень гидрокортизона держится до IV стадии зрелости (530,7 пмоль/г -480,2 пмоль/г), после чего концентрация его резко падает (0,01 пмоль/г). В гонадах самок снижение уровня гидрокортизона начинается уже к III стадии и содержание его уменьшается по мере созревания постепенно.

Сходная картина выявлена в половых железах и при изучении количественного распределения тестостерона. В отличие от глюкокортикоидов, половые гормоны преобладают в гонадах самцов.

Связанные с полом различия в распределении гормонов обнаружены и в других органах.

Анализ количественного содержания гормонов в органах, несущих разную функциональную нагрузку, выявил существенную разницу в количестве содержащихся там гормонов. В течении всего цикла концентрация гидрокортизона в гонадах самцов короткоперого кальмара значительно выше определяемой в сперматофорном мешке. Исключением является самая ранняя из исследуемых стадий, когда уровень гормона в этом органе очень высок (2675,2 пмоль/г - сперматофорный мешок, 1975,5 пмоль/г - гонада). Существенные различия содержания гормона установлены в органах репродуктивной системы самок имеющих незрелые гонады (2621,0 пмоль/г - нидаментальные железы и 1076,0 - гонады).

Динамика гормонов в разных тканях также имеет свои особенности. Уровень тестостерона в гонадах самцов короткоперого кальмара в течение первых четырех стадий даже несколько увеличивается (от 7,6 пмоль/г до 8,5 пмоль/г). К стадии У-1 количество гормона падает почти в 2,5 раза (3,4 пмоль/г), а к концу цикла (ст.У-П) концентрация его выражена очень низкими величинами -0,01 пмоль/г. В сперматофорном органе снижение количественного содержания гормона по мере созревания происходит постепенно, без резких перепадов. В конце цикла в исследуемых органах обнаружены сходные величины концентрации тестостерона.

Характер количественного распределения половых стероидов и глюкокортикоидов в органах репродуктивной системы различается и имеет свои особенности.

Для сердечной мышцы следует отметить высокий уровень глюкокортикоидов на конечных стадиях цикла. Особенности распределения гормонов в печени описаны выше.

Сравнение количественного содержания в одноименных тканях короткоперого и коренастого кальмаров показало, что динамика изучаемых стероидов в половом цикле каждого из них имеет свои особенности.

Количественное распределение глюкокортикоидов и половых гормонов в органах обыкновенного осьминога.

В органах репродуктивной системы самок характер изменения количественного содержания гидрокортизона сходен. Уровень гормона на ранних стадиях колеблется в пределах достаточно высоких величин. Максимальное количество гормона зафиксировано у животных IV стадии зрелости (гонады-1793,4 пмоль/г; яйцеводные железы -1517, 5 пмоль/г). После этого количество гормона очень резко убывает и на V стадии обнаруживаются лишь следы гормона. Значения концентраций на одноименных стадиях близки между собой.

Уровень гормона в репродуктивной системе самцов значительно выше, чем у самок. Особенно заметно это различие в половых железах. Концентрация гидрокортизона в гонадах и сперматофорных мешках постепенно снижается. Количество гормона в половой железе превышает его уровень в сперматофорных мешках.

Подобная картина наблюдается в репродуктивной системе самцов и при изучении количественного распределения половых стероидов.

У самок распределение половых гормонов в исследуемых органах имеет существенные различия. Высокое содержание гормона в яйцеводных железах на ранних стадиях (6,9 пмоль/г - 5,9 пмоль/г) сменяется резким падением его уровня к IV стадии. В этот период зафиксирована минимальная концентрация тестостерона в железе - 0,4 пмоль/г. До конца цикла уровень гормона практически не меняется.

Более низкий уровень гормона в гонаде сочетается с постепенным снижением его по мере созревания (1,0 пмоль/г - 0,1 пмоль/г).

В печени уровень ппококортикоидов снижается по мере созревания. Количество половых гормонов здесь практически не меняется на разных стадиях полового цикла.

Концентрации гормонов в сердечной мышце выше, чем во всех перечисленных органах.

Для всех исследованных тканей установлено количественное преобладание ппококортикоидов по сравнению с половыми гормонами.

В тканях изученных видов головоногих моллюсков выявлена общая тенденция к снижению уровня гормонов по мере созревания. Исключение - печень кальмаров, где количество ппококортикоидов к концу полового цикла растет.

Общим для всех видов является преобладание в исследованных тканях глюкокортикодов. Их концентрации на несколько порядков выше, чем у половых гормонов. Особенно высокое содержание этих соединений выявлено у кальмаров в органах самок. Соотношение количественных уровней ппококортикоидов у осьминога носит противоположный характер.

Уровень и динамика исследуемых гормонов в отдельных органах зависят от стадии зрелости репродуктивной системы, пола животных и физиологической функции, выполняемой этими органами. Характер онтогенетической динамики гормонов связан также с качественной специфичностью гормональных соединений.

При сохранении общих тенденций в одноименных тканях головоногих моллюсков выявлены межвидовые и межродовые различия в динамике количественного распределения стероидных гормонов.

3.2. Динамика стероидных гормонов на разных стадиях жизненного цикла брюхоногих моллюсков.

Количественное распределение глюкокортикоидов и половых гормонов в органах черноморской рапаны.

В репродуктивной системе самок максимальный уровень гидрокортизона обнаружен в половой железе (2,19 пмоль/г). Акцессорные органы по мере снижения в них концентраций можно расположить в следующем порядке: белковая железа (0,24 пмоль/г) и капсульная железа (0,047 пмоль/г). В яйцах рапаны обнаружен средний для репродуктивной системы уровень гормона - 0,14 пмоль/г. Сходные концентрации гидрокортизона определены в печени и почках рапаны (0,14 пмоль/г и 0,13 пмоль/г соответственно).

Высокий уровень гормона выявлен в гипобранхиальной железе (3,6 пмоль/г). Максимальная концентрация гидрокортизона (7,5 пмоль/г) обнаружена в сердечной мышце.

Максимальный уровень гидрокортизона(4,9 пмоль/г) определен-. и в сердечной мышце самцов.

Для их репродуктивной системы характерно высокое содержание гормона в совокупительном органе и гонаде (1,35 пмоль/г и 1,16 пмоль/г соответственно). В нефридиальной железе и простате содержится гораздо меньшее количество гидрокортизона (0,123 пмоль/г и 0,073 пмоль/г соответственно).

В печени и почках самцов обнаружены разные уровни гормона.

Сравнение одноименных органов по количественному содержанию глюкокортикоидов выявило их количественное преобладание у самок. Исключением является печень, где уровень гормонов сходен (самки - 0,13 пмоль/г; самцы - 0,14 пмоль/г).

Органы репродуктивной системы самок заметно различаются по количественному содержанию в них тестостерона. Максимальное количество гормона (6,94 пмоль/г)обнаружено в белковой железе. Уровень гидрокортизона в гонаде несколько ниже (5,09 пмоль/г), а минимальные концентрации (2,08 пмоль/г) содержатся в капсульной железе.

В гонадах и совокупительном органе самцов обнаружены близкие уровни гормона (гонада - 2,78 пмоль/г; совокупительный орган - 2,54 пмоль/г). Максимальное для репродуктивной системы количество гидрокортизона (3,82 пмоль/г) содержится в предстательной железе.

Для репродуктивной системы самок характерно высокое содержание женского полового гормона прогестерона в дополнительных железах.

Максимальный уровень гормона (15,1 пмоль/г) определен в белковой железе. Несколько ниже (11,6 пмоль/г) его количество в кап-сульной железе.

У самцов максимальный уровень гормона выявлен в гонаде - 24,7 пмоль/г. В предстательной железе и совокупительном органе обнаружены сходные концентрации гормона (14,9 пмоль/г и 16,1 пмоль/г соответственно).

Для рапаны характерен половой диморфизм в распределении глюкокортикоидов и половых стероидов в одноименных тканях. Уровень гидрокортизона в гонадах выше по сравнению с акцессорными органами. Вместе с тем общее содержание его ниже по сравнению с половыми гормонами, которые преобладают, в основном, в дополнительных органах половой системы.

Влияние экзогенных фолликулина и тестостерона на показатели репродуктивной стратегии обыкновенного прудовика.

В контрольной группе животных максимальное число животных делает кладки на 6,9, и 10 сутки опыта. Количество нерестящихся особей составляет в это время около 20 от общей численности группы. Введение тестостерона экспериментальным животным меняет у них сроки активного нереста. Максимальное число животных, откладывающих яйцевые шнуры отмечено здесь на 2 и 4 сутки опыта и составляет 50-55%. В контрольной группе в этот период нерестится около 10% прудовиков.

Несмотря на то, что сроки основного нереста в группе инъецированных фолликулином и контрольных животных совпадают и приходятся на вторую половину эксперимента, введенный гормон резко активизирует его по сравнению с контролем. Количество нерестящихся в этот период экспериментальных животных колеблется от 30 до 70%, достигая максимума на 9 сутки.

Введение гормонов заметно увеличивает частоту производимых кладок. Время между ними сокращается по сравнению с контролем (7 суток) под воздействием тестостерона до 5, а фолликулина - 4 суток. Оба стероида достоверно увеличивают число производимых кладок (контроль - 1,45, тестостерон - 1,90; фолликулин -2,3 шт/особь). Раз-

ница в реакции определена только для показателя величины кладки. Тестостерон заметно увеличивает его (контроль - 65,2 шт.; тестостерон -7 5,5 шт.), а фолликулин не меняет количество капсул (65,4 шт.) в кладке.

В раннем эмбриогенезе прудовиков, с момента образования 2 бла-стомеров и до завершения развития поздней бластулы, когда в яйце идет активное клеточное деление без ярко выраженной клеточной дифференцировки, развитие зародыша не завит от вводимых гормональных препаратов. Тестостерон и фолликулин, введенные экспериментальным животным, заметно ускоряют время прохождения эмбрионом стадий, когда активно закладывается нервная система -средняя и поздняя бластула (контроль - 786,6, тестостерон - 608,5, фолликулин - 603,9 мин.).

Значительно быстрее, чем в контроле в обеих экспериментальных группах происходят перестройки характерные для ранней гаструлы, когда появляется основа для формирования мезодермальных структур (контроль - 422,9, тестостерон - 364,5, фолликулин - 303,4 мин.).

Со стадии средней гаструлы характер действия исследуемых гормонов меняется. Характерные для нее выход зародышей из желточной оболочки и закладка выделительной системы происходят синхронно с контролем. Также синхронно протекает в фолликулиновой группе и следующая стадия -поздняя гаструла.

В тестостероновой группе с момента поздней гаструлы начинает проявляться ингибирующее действие гормона, которое нарастает по мере формирования трохофоры, когда идет активный органогенез отдельных участков пищеварительной и нервной системы (церебральные ганглии). Время прохождения стадий средней и поздней трохофоры у животных в эксперименте увеличивается вдвое (контроль - 3902,6, тестостерон - 8644,2 мин.).

В отличие от тестостерона, фолликулин стимулирует начало органогенеза пищеварительной системы, однако, как и тестостерон, затормаживает формирование структурных элементов нервной системы и связанных с ними органов чувств.

Развитие велигера стимулируют оба гормона. Время необходимое для обособления ноги, образования паруса личинки, а также закладки буккальных и педальных ганглиев и дефинитивной печени, сокращается под действием фолликулина на 19, а тестостерона -12 часов.

Формирование следующих личиночных стадии - великонха и переход зародыша на ножное движение, характеризуются активным органогенезом (появление яйцевода и гермафродитной железы) репродуктивной системы и некоторых железистых органов (слюнные железы, почка). Под влияние тестостерона эти стадии протекают в 2 раза быстрее, чем в контроле. Стимуляция следующей стадии, связанной с закладкой дефинитивной печени, выражена уже слабее.

Фолликулин в этот период подавляет начальные этапы формирования репродуктивной системы связанные с образованием акцессорных органов и тормозит закладку выделительной системы.

В дальнейшем, до начала вылупления, характер действия исследуемых гормонов на ход последовательных стадий эмбриогенеза прудовика сходен - подавляя последние стадии органогенеза, связанные с формированием гермафродитного протока закладкой пениса и появлением зоба, оба гормона заметно ускоряют прохождение эмбрионами стадии вылупления.

В целом, под влиянием изучаемых половых стероидов сокращается средняя продолжительность эмбриогенеза (контроль - 698,0, тестостерон - 627,0, фолликулин - 623,4 часа). Выход молоди из капсул начинается значительно раньше, чем в контроле (контроль - 650,0, тестостерон - 531,6, фолликулин - 596,4 часа). Меняется диапазон сроков вылупления. Увеличивается выживаемость молода (контроль -46,5, тестостерон - 74,0, фолликулин-65% ). На линейные размеры и темпы роста молоди оба гормона влияют незначительно.

Полученные данные свидетельствуют о том, что половые гормоны позвоночных оказывают влияние на целый комплекс репродуктивных параметров в половой сфере моллюсков и демонстрируют их биологическую роль, которая заключается в изменении репродуктивной стратегии вида.

3.3. Динамика стероидных гормонов в половом цикле двустворчатых моллюсков.

Динамика глюкокортикоидов в половом цикле черноморской мидии.

Распределение глюкокортикоидов (гидрокортизон и кортико-стерон) в органах мидий изучали во время периода летнего полового покоя (июль-август) и осеннего репродуктивного периода (сентябрь-

октябрь). Максимальные концентрации гидрокортизона обнаружены в первой декаде июля (8.2 пмоль/г). Минимальный уровень гормона в гонадах мидий приходится на последнюю декаду сентября (1,6 пмоль/г). Содержание кортикостерона колеблется в этот же период от 6,8 пмоль/г до 3,0 пмоль/г.

Период летнего полового покоя характеризуется снижением концентрации гидрокортизона у исследуемых животных (от 8,2 пмоль/г до 6,2 пмоль/г ). Уровень гормона в июле меняется незначительно. Концентрация его в августе несколько ниже и также остается неизменной в течение месяца.

В сентябре (начало осеннего репродуктивного периода) количество гормона в гонадах значительно ниже по сравнению с летом. Концентрация гидрокортизона в первой декаде сентября составляет всего лишь 2,8 пмоль/г. В конце исследуемого периода отмечен еще более низкий уровень гормона - 1,6 пмоль/г.

В целом, в течение исследуемого времени концентрация гормона в гонадах мидии снижается в пять раз.

Тенденция к снижению уровня гормона в гонадах мидий в летне-осенний период обнаружена и при изучении количественного распределение кортикостерона. Динамика этого процесса у него имеет свои особенности. Следует отметить более низкий, по сравнению с гидрокортизоном, уровень кортикостерона в летний период. В сентябре концентрация его в гонадах заметно выше.

В течение всего исследуемого периода максимальные концентрации глюкокортикоидов содержатся в сердечной мышце мидий.

В печени уровень гормонов меняется в зависимости от физиологического состояния. Летний период полового покоя характеризуется более высоким уровнем глюкокортикоидов.

Динамика глюкокортикоидов в половом цикле обыкновенной устрицы.

Содержание глюкокортикоидов определяли в органах пред - и посленерестовых животных.

Перед нерестом уровень гидрокортизона в исследованных тканях устриц невысок. Максимальная концентрация, обнаруженная в мантии самцов, составляет 15,9 пмоль/г. Изученные ткани существенно не различаются по количеству содержащегося в них гормона. В однои-

менных тканях самцов и самок концентрации гидрокортизона также близки. Половой диморфизм в распределении гормона выявлен только в гонадах (самки - 10,3 пмоль/г, самцы - 14,7пмоль/г).

Для отнерестившихся устриц характерно более высокое содержание гидрокортизона во всех исследованных тканях. Максимальный уровень гормона, отмеченный в мантии самок составляет 28,5 пмоль/г.

Особенно заметно в этот период увеличивается количество гормона в гонадах самок. Его концентрация возрастает по сравнению с таковой у преднерестовых животных почти в три раза (от 10,3 пмоль/г до 28,3 пмоль/г). В мантии уровень гормона увеличивается в два, а в жабрах и мускуле замыкателе в 1,5 раза.

У самцов наибольшие количества гидрокортизона найдены в гонадах и мантии. Величины концентрации в этих тканях превышают показатели, отмеченные до наступления нереста, почти в два раза (гонады - 25,4 пмоль/г, мантия - 24,28 пмоль/г).

После нереста существенно изменяется и характер распределения гормона по тканям. Сходные концентрации гидрокортизона, определенные в гонадах и мантии самок, превышают показатели этой величины в жабрах и мускуле-замыкателе, где в свою очередь содержатся сходные количества гормона.

Ткани самцов по мере уменьшения концентраций можно расположить в следующем порядке: гонады, мантия, жабры, мускул-замыкатель - 25,9; 24,3; 20,2; 16,1 пмоль/г соответственно. Для одноименных тканей самцов и самок характерен сходный уровень гидрокортизона. Только в мантии существуют заметные различия в концентрации гормона (самки - 285 пмоль/г, самцы - 243 пмоль/г).

У преднерестовых животных уровень кортикостерона в исследуемых тканях значительно выше уровня гидрокортизона.

Максимальные концентрации гормона обнаружены в гонадах самцов и самок (самцы - 38,4 пмоль/г, самки - 44,8 пмоль/г).

Изученные органы самок устрицы заметно различаются по количеству содержащегося в них гормона и, по мере снижения в них уровня кортикостерона, могут быть расположены в следующем порядке: гонады, мантия, жабры и мускул-замыкатель.

Максимальная концентрация гормона, определенная в гонадах самцов, заметно превышает уровень кортикостерона в других тканях,

где содержатся сходные количества гормона (мантия - 32,0 пмоль/г; жабры - 29,6 пмоль/г; мускул-замыкатель - 30,5 пмоль/г).

Начало посленерестового периода характеризуется существенным ростом концентрации кортикостерона. Уровень гормона увеличивается во всех исследованных тканях самок почти в два раза. Исключение составили гонады, где рост содержания гормона выражен не так резко (от 44,8 пмоль/г до 68,0 пмоль/г).

После нереста характер распределения кортикостерона меняется только в тканях самцов. Максимальная концентрация гормона содержится в этот период в жабрах (75,2 пмоль/г). Далее в порядке уменьшения количества гормона следуют гонады и мантия, где содержание гормона одинаково (61,5 пмоль/г). Минимум гормона выявлен в мускуле-замыкателе (50,1 пмоль/г).

Уровень глюкокортикоидов у изученных видов зависит от стадии полового цикла. Высокие концентрации гормона содержатся в тканях мидий на стадии полового покоя. Начало гаметогенеза характеризуется снижением его уровня. Подобная картина наблюдается у устриц. У отнерестившихся животных (покоящиеся гонады) рост концентрации гормонов нарастают вновь. Смена фаз полового цикла влечет за собой изменение количественного распределения глюкокор-тикодов в тканях моллюсков. Уровень гормонов связан с физиологической значимостью органа. На фоне общих тенденций в распределении глюкокортикоидов динамика каждого из них имеет свои особенности.

Влияние гормональных препаратов (гидрокортизона и фолликулина) на распределение стероидных гормонов и репродуктивный цикл мидии.

Внутримышечное введение изучаемых гормональных препаратов вызывает изменение концентрации половых стероидов (прогестерон, тестостерон и эстрогены) в органах и перераспределение их в организме.

Увеличение содержаниия прогестерона в теле самцов и самок мидии под влиянием гидрокортизона обеспечивается у самок ростом количества его в почках, мышцах тела, печени, края мантии. У самцов помимо этих органов заметно реагируют на введение гормона жабры и гонады, а край мантии в регуляции его количества не участвует.

Максимальная концентрация прогестерона в теле самцов и самок мидий, получивших гидрокортизон, значительно превышает концентрацию его в теле контрольных животных. Различаются сроки достижения его максимальных величин - у самок к 72 часам, у самцов к 24 часам опыта. К концу пятых суток опыта концентрация прогестерона в теле исследуемых животных возвращается к контрольным значениям.

При введении гидрокортизона содержание тестостерона в теле самцов и самок уменьшается и становится очень незначительным, мало различаясь у представителей обеих полов. Уменьшение тестостерона у самцов происходит за счет потерь в почках, крае мантии, гонадах и мышцах тела. У самок заметное уменьшение концентрации гормона выявлено в крае мантии, гонадах, ротовых лопастях и мышцах тела. У них в регулящга гормона не участвуют почки, а у самцов - ротовые лопасти.

Умеренные колебания содержания эстрадиола в теле самок связаны со значительным уменьшением его количества в гонадах, крае мантии и, в первые часы опыта, в ротовых лопастях и печени, которое компенсируется увеличением его количества в почках и мышцах. Концентрация эстрадиола в теле самцов выше, чем у самок, что обеспечивается увеличением его уровня во всех органах за исключением печени.

Вводимый опытным животным фолликулин так же, как и гидрокортизон, вызывает увеличение в теле содержание прогестерона. У самцов максимальные значения выявлены к 24 часам, а у самок к 72 часам опыта.

В первые 12-24 часа после инъекции у самок происходит выброс половых продуктов и количество прогестерона достигает верхнего предела, отмеченного в контроле. Суммарное увеличение количества прогестерона также обеспечивается у самцов и самок мидии различными органами.

Введение фолликулина снижает количество тестостерона в теле самок по сравнению с контролем, перераспределяя его. Количество гормонов возрастает в почках и печени, падая в гонадах и ротовых лопастях. У самцов после небольшого снижения количества тестостерона в первые 24 часа опыта вьивлено увеличение его концентрации за счет печени и ротовых лопастей.

Содержание эстрадиола в теле самок под влиянием фолликулина практически не меняется в ходе эксперимента. Стабильный уровень

гормона обеспечивается резким ростом его количества в ротовых лопастях, почках и жабрах и резким уменьшением содержания в почках и мышцах.

Увеличение количества эстрадиола в теле самцов связано с увеличением его содержания в почках и мышцах тела. У мидий введение фолликулина и гидрокортизона на разных стадиях полового цикла вызывает более раннюю по сравнению с контролем дифференцировку пола у исследуемых животных.

Характер изменения гонадного индекса в ходе проведения эксперимента свидетельствует о ступенчатом дозревании и вымете половых продуктов, т.е. под влиянием вводимых гормонов происходит ускоренное развитие гонад. Изменение сроков нереста у экспериментальных животных зависит от стадии полового цикла и применяемого гормона. Масса гонад у опытных мидий как правило выше, чем у особей в контрольной группе.

В целом механизм действия гидрокортизона и фолликулина на гонады экспериментальных мидий сходен, однако существует специфичность действия, связанная с функциональными особенностями данных гормонов.

Введение тестостерона вызывает у опытных животных двукратное дозревание гонад (на 10 и 24 сутки опыта).

Прогестерон во второй половине опыта более чем в два раза увеличивает относительную скорость изменения веса гонад.

Введение гормональных препаратов вызывает изменение содержания половых стероидных гормонов в организме мидий в целом и их перераспределение. Характер этих изменений зависит от пола животного.

Результаты исследования показали возможность эндокринного воздействия на размножение мидий. Под влиянием вводимых гормонов происходят ускорение развития гонад и более полный нерест животных. Изменение сроков созревания у экспериментальных мидий зависит от стадии полового цикла и применяемых гормонов.

Обсуждение результатов

У всех изученных представителей трех классов моллюсков, различающихся двигательной активностью, репродуктивной стратегией, структурой полового аппарата и т.д., выделены и количественно

определены стероидные гормоны двух групп - половые гормоны (тестостерон и прогестерон) и глкжокортикоиды (гидрокортизон и кортикостерон).

Независимо от систематической принадлежности высокие и достаточно стабильные концентрации гормонов содержатся в сердечной мышце моллюсков на всех стадиях жизненного цикла.

В ходе онтогенеза наибольшим изменениям подвержены концентрации гормонов в органах репродуктивной системы.

Преднерестовый период у всех изученных видов характеризуется минимальным содержанием гормонов в гонадах и акцессорных органах. В силу особенностей репродуктивного цикла, характер количественного распределения гормонов после нереста (начало периода полового покоя) оказалось возможным проследить только у двустворчатых моллюсков, в частности у устрицы. Уровень глюкокортикондов в это время резко возрастает. Основной биохимической характеристикой периода покоя является интенсивное накопление энергетических запасов. Главной формой аккумуляции энергии в организме двустворчатых является гликоген. Учитывая роль глюкокортикондов как основных регуляторов углеводного обмена, ответственных за синтез белковой части молекулы ферментов гликогенеза и глюконео-генеза становится понятной обнаруженная тенденция к снижению их количества, что показано на примере черноморской мидии.

Наиболее полно методы визуального определения пола и стадии зрелости репродуктивной системы, которые соответствуют определенным этапам оо-и сперматогенеза, разработана для головоногих моллюсков. В ходе созревания у всех представителей этой группы происходит снижение уровня гормонов. К стадии зрелости У -I, когда формирование половых продуктов завершается и идет лишь их накопление, в органах репродуктивной системы обнаруживаются только следы гормонов, что является естественным для моноцикличных видов, которые после нереста гибнут. Относительно высокий уровень гормонов в печени этих животных может быть следствием остаточной синтетической активности и депонирования, а также наступающим снижением активности ферментов их катаболизма.

У полициклических моллюсков (брюхоногие и двустворчатые) в преднерестовом состоянии и во время вымета половых продуктов уровень гормонов остается достаточно высоким не только в рспродук-

тивной системе, но и в соматических тканях, что необходимо как для обеспечения нормального существования особи, так и для накопления ресурсов, обеспечивающих следующий цикл оо-и сперматогенеза.

Очень резко отличается количество глюкокортикоидов у активных мигрантов-кальмаров и малоподвижных моллюсков. Дополнительным подтверждением зависимости уровня гормонов от двигательной активности служит разница в количестве гормонов, обнаруженная в печени кальмаров и значительно более близкородственного им, чем прочих моллюсков, осьминога. Содержание гликогена в печени кальмаров вдвое выше, чем в других тканях. Особенности расходования разных энергетических веществ у крылорукого кальмара (Щепкин, Шульман, 1981) свидетельствуют о его использовании в качестве источника энергии при стрессовых ситуациях (бросковое плавание). Именно этим и объясняется заметное преобладание глюкокортикоидов в печени активно плавающих кальмаров по сравнению с малоподвижным осьминогом.

Вероятно, поэтому у головоногих моллюсков, в отличие от брюхоногих и двустворчатых, основным энергетическим источником является жир а жировые запасы значительно преобладают над запасами гликогена. Жир депонируется в печени (Шульман, Аболмасова, 1981). У позвоночных организаторами липолиза в жировой ткани и в печени служат глюкокортикоиды. Так, гидрокортизон усиливает липолиз, стимулируя синтез белков ферментов на уровне транскрипции и трансляции (Розен, 1984). Данные, приведенные нами, могут служить доказательством физиологической значимости этих гормонов в печени моллюсков а также сходства их функций с позвоночными животными.

Сопоставление особенностей количественного распределения стероидов в ходе оо-и сперматогенеза с процессами, происходящими в гонадах, подтверждает активное участие гормонов в их обеспечении. Учитывая фунционалъную значимость их у позвоночных, высокий уровень половых стероидов на ранних стадиях зрелости кальмаров, можно объяснить присущим им влиянием на ход половой дифференцировки, включающей в себя как морфологические (половой деморфизм) так и физиологические признаки (образование того или иного типа гамет, спонтанная цикличность или ацикличность функций полового аппарата). Общее анаболическое действие половых гормонов обеспечивает активацию белкового синтеза. Интенсивный синтез белка в яичниках

отмечен h у осьминога (Wells, Wells, 1975). Активная регуляция метаболизма углеводов глюкокортикоидами и выявленная зависимость их уровня от фаз гонадного цикла позволяет предполагать их участие в регуляции накопления энергии у самок в виде запасных питательных веществ в фолликулах, а у самцов для обеспечения подвижности сперматозоидов. Так, в конце сперматогенеза вокруг головки сперматозоида кальмара Nautilus pompilius накапливается большое количество глюкогена (Arnold, Williams-Arnold, 1972).

Обнаруженное у моллюсков гормонозависимое протекание эмбриогенеза, наличие специфических дозозависимых реакций на введение различных гормонов позвоночных может служить еще одним доказательством гормонокомпетентности их тканей и органов.

Полученные данные свидетельствуют о содержании идентичных стероидных соединений у моллюсков и позвоночных животных, влиянии стероидных гормонов позвоночных на процессы их жизнедеятельности и показывают их функциональную роль у этих животных. По-видимому, также как и у позвоночных нейрогормонов (и тропных гормонов) на те или иные процессы в организме сочетается со специфическим и общеметаболическим действием стероидных гормонов. Наши данные подтверждают гипотезу аналогии системы "гипоталамус-гипофиз-эпителиальные железы" позвоночных системе "нейро-секреторные органы-нейрогемальные органы-гонады (эпителиальные железы)" беспозвоночных.

Основные выводы:

1. Все исследованные органы и ткани представителей трех основных классов моллюсков на изученных стадиях жизненного цикла в определяемых количествах содержат прогестерон, тестостерон, гидрокортизон и кортикостерон.

2. Характер изменения уровня стероидных гормонов в органх головоногих моллюсков, за исключением печени кальмаров, сходен. Происходит снижение уровня гормонов по мере созревания. Наряду с этим обнаружены межвидовые и межродовые особенности динамики количественного распределения гормонов.

В печени кальмаров уровень гормонов нарастает по мере созревания.

3. Уровень половых стероидов в органах представителей изученных групп моллюсков сходен. Глюкокортикоиды количественно преобладают в репродуктивной системе и соматических тканях головоногих моллюсков.

4. Содержание и динамика исследуемых гормонов в отдельных органах у всех моллюсков зависят от стадии жизненного цикла, состояния репродуктивной системы, пола животных и физиологической функции, выполняемой этим органом. Характер онтогенетической динамики гормонов связан также с качественной специфичностью гормональных соединений.

5. Введение гормонов позвоночных брюхоногим и двустворчатым моллюскам меняет репродуктивную стратегию изученных видов. Половые стероидные гормоны и глюкокортикоиды могут быть использованы при разведении моллюсков в условиях аквакультуры для ускорения их созревания и повышения выхода половой продукции.

6. Взаимосвязь уровня половых стероидов и глюкокортикоидов с физиолого-биохимическими изменениями, происходящими на разных стадиях жизненного цикла указывает на включение этих стероидов в регуляцию основных процессов жизнедеятельности моллюсков.

7. Функциональная значимость стероидов в организме моллюсков подтверждает аналогию системы гипоталамус-гипофиз-эпителиальные железы у позвоночных системе нейросекреторные-нейрогемальные органы - гонады (эпителиальные железы) беспозвоночных.

Список работ, опубликованных по теме диссертации:

1. Никитина С.М., Кудикина Н.П. Гидрокортизон и кортикосте-рон в органах репродуктивной системы короткоперого кальмара/ Сессия NAFO, SCR: DOC, 8/11147. - USA, 1987,- С.1018-1021.

2. Тайц М.Ю., Никитина С.М., Кудикина Н.П. Гидрокортизон и кортикостерон в тканях морских безпозвоночных/ Изв. АН БССР: Сер.биол., N2. - Минск, 1977,- С.22-26.

3. Кудикина Н.П. Количественное распределение стероидных гормонов у некоторых видов головоногих моллюсков/ Систематика и экология моллюсков: Сборник научн.тр. - Д., 1983.,- С. 142.

4. Никитина С.М., Кудикина Н.П. и др. Изменение сроков полового созревания под влиянием различных гормональных препаратов/

Морфология, систематика и экогенез двустворч.молл.: Сб. научн.тр. -М.,1984,- С.69.

5. Никитина С.М., Кудикина Н.П. Стероидные гормоны мидии при различных условиях солености среды/ Морфология, систематика и экогенез двустворч.молл.: Сб. научн. тр.- М.,1984,- С.71.

6. Никитина С.М., Кудикина Н.П. Влияние гидрокортизона на распределение и гаметогенез мидий/ Морфология, систематика и экогенез двустворч.молл.: Сб. научн. тр.- М.,1984,- С.71.

7. Никитина С.М., Кудикина Н.П., Чибисова Н.В. Влияние гидрокортизона на содержание стероидных гормонов в гонадах мидии// Пластический обмен у рыб: Сб.тр./ КТИРПХ,- Калининград, 1985,-С.109-113.

8. Кудикина Н.П. Динамика стероидных гормонов в половом цикле черноморской мидии/ Молл. Результаты и перспективы их исслед.:УШ Всес. совещ. по изучению молл.- Л.,1987,- С.348-349.

9. Никитина С.М., Кудикина Н.П., Чибисова Н.В.и др. К вопросу о возможности получения половых продуктов и личинок двустворчатых моллюсков в контролируемые сроки/ Биология и культивирование молл.: Сб. научн. тр. - М., 1987,- С.24-32.

10. Никитина С.М., Кудикина Н.П., Чибисова Н.В. и др. Вопросы гормональной регуляции размножения отдельных видов ракообразных и двустворчатых моллюсков// Деп.рук.гос. per.N 0182. 4047676. / КГУ. -Калининград, 1985, 1986, 1988гг.

11. Кудикина Н.П. Стероидные гормоны в половых циклах некоторых видов промысловых моллюсков//Х1У Научн.конф.проф.-препод. сост., науч. сотр., аспир. и студентов: Тез.докл./КГУ. - Калининград, 1992,- С.81-83.

12. Никитина С.М., Кудикина Н.П., Винокурова Н.В. Влияние биологически активных веществ и сред на выживаемость и размножение Daphnia magna Str// XXI Научн. конф. проф.-препод. сост., науч. сотр., аспир. и студентов:Тез.докл. / КГУ. - Калининград, 1993,- С.77-78.