Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Влияние пренатальных условий развития на приспособленность у водяной полевки (Arvicola terrestris L. )

ВАК РФ 03.00.08, Зоология

Автореферат диссертации по теме "Влияние пренатальных условий развития на приспособленность у водяной полевки (Arvicola terrestris L. )"

• «ТОССИИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ МЕДИЦИНСКИХ НАУК

СИБИРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ ^ Институт биохимии

^ РОССИИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК

МАКАРОВА ЕЛЕНА НИКОЛАЕВНА

ВЛИЯНИЕ ПРЕНАТАЛЬНЫХ УСЛОВИЙ РАЗВИТИЯ НА ПРИСПОСОБЛЕННОСТЬ У ВОДЯНОЙ ПОЛЕВКИ

{ARVICOLA TERRESTRIS L.). ПОПУЛЯЦИОННЫЙ АСПЕКТ

(03. 00. 08 - зоология, 03. 00. 13 - физиология человека и животных )

СИБИРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ

Институт цитологии и генетики

На правах рукописи УДК: 574.24:S9IJ6:57.084.1:599.323.4

АВТОРЕФЕРАТ диссертации

на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Новосибирск 1998

Работа выполнена в Институте биохимии СО РАМН и в Институте цитологии и генетики СО РАН

Научный руководитель: кандидат биологических наук,

старший научный сотрудник Н. М. Бажан

Научный консультант: академик РАН

JI. Н. Иванова

Официальные оппоненты: доктор биологических наук

B.C. Ланкин

кандидат биологических наук Ю. М. Плюснин

Ведущее учреждение: Институт биологических проблем Севера

Дальневосточного отделения РАН

Защита состоится "2.2" октября 1998 года в часов на заседании диссертационного совета К 003.14.01 по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата биологических наук при Институте систематики и экологии животных СО РАН по адресу: Новосибирск, 91, ул. Фрунзе, 11 (в конференц-зале).

Отзывы на автореферат просим направлять по адресу: РФ, 630091, Новосибирск, ул. Фрунзе, 11, диссертационному совету ИСиЭЖ СО РАН.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института систематики и экологии животных СО РАН

Автореферат разослан " 1998 года

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор биологических наук

А. Ю. Харитонов

Актуальность проблемы. Механизмы регуляции численности природных популяций постоянно находятся в центре внимания экологов-популяционистов и зоологов. Популяции водяной полевки {Arvícola terrestris L.) - одного из доминирующих видов в сообществах мелких млекопитающих Западной Сибири - периодически изменяются в размерах (Евсиков и др., 1991; Евсиков, Мошкин, 1994). Динамика численности популяции определяется соотношением рождаемости и смертности. Темпы гибели и воспроизводства отражают изменения приспособленности особей на разных фазах цикла численности.

Пренатальные условия развития играют важную роль в становлении физиологических признаков, определяющих приспособленность животных. У многоплодных видов, к которым относится и водяная полевка, условия внутриутробного развития, связанные с числом детенышей в помете и материнскими влияниями, определяют становление репродуктивных признаков (Евсиков, 1974; Clutton-Brock, 1988, 1991; Genoud, Perrin, 1994). До сих пор комплексная оценка плодовитости в смежных поколениях у водяной полевки не проводилась.

Критические периоды развития регуляторных систем организма, от которых зависят адаптивные возможности и плодовитость, а именно гипота-ламо-гипофизаро-надпочечниковой системы (ГГНС) и репродуктивной системы приходятся на поздний пренатальный и ранний постнатальный периоды развития (Huhtaniemi, 1995; Brooks et al., 1996). Экспериментально установлено, что неблагоприятные воздействия на самок в конце беременности или в период молочного вскармливания оказывают влияние на функцию ГГНС в зрелости и плодовитость потомков (обзор Weinstock et al., 1988). В связи с этим можно предполагать, что условия пренатального развития, связанные с физическим состоянием матерей, их собственной плодовитостью и условиями, в которых они находятся, влияют на приспособленность особей и таким образом вносят значительный вклад в регуляцию популяции онных процессов у грызунов. Однако, конкретные пути воздействия средо-вых факторов на структуру популяции через организм матери в период беременности и вскармливания изучены мало.

Предполагается, что у водяной полевки трофический фактор является ведущим в гомеостатической регуляции численности (Евсиков, Мошкин, 1994; Евсиков и др., 1997). Влияние кормовых условий во время беременности на выживание в эмбриональный и подсосный периоды жизни, рост, плодовитость и функцию ГГНС потомков у водяной полевки ранее не исследовалось. Изучение влияния пренатальных условий развития, связанных с репродуктивным статусом матерей, в контрольных условиях, а также влияния голодания матерей во время беременности на приспособленность

потомков позволило бы оценить роль пренатальной среды в регуляции по-пуляционных процессов у водяной полевки.

Цель и задачи исследования

Целью данной работы является изучение влияния пренатальных условий развития на приспособленность у водяной полевки. В связи, с этим были поставлены следующие основные задачи:

1. изучить влияние пренатальных условий развития, связанных с репродуктивным статусом матерей, на рост и плодовитость потомков в контрольных условиях;

2. выяснить, каким образом голодание во время беременности влияет на выживание в пре- и постнатальный период, а также на рост и плодовитость потомков;

3. изучить влияние голодания матерей во время беременности на функцию ГГНС и связанные с ней параметры углеводно-жирового обмена у потомков.

Научная новизна В работе использованы новые подходы и получены новые экспериментальные данные. Новизна подхода состоит в том, что на представителях дикого вида грызунов, хорошо адаптированных к условиям виварного разведения, изучается влияние пренатальных условий развития на параметры приспособленности животных и обсуждается значимость этих влияний для популяционных процессов. Показано, что возрастание плодовитости матерей за счет величины помета уменьшает приспособленность потомства, поскольку по мере увеличения выводка уменьшается скорость роста детенышей, их вес в зрелом возрасте и плодовитость дочерей. Установлено, что плодовитость самок в контрольных условиях отрицательно коррелирует с календарными сроками их рождения. Высказано предположение, что эти зависимости могут вносить вклад в формирование циклов численности в природных популяциях.

Впервые установлено, что краткосрочное голодание на разных стадиях беременности более, чем вдвое, уменьшает рождаемость за счет полных или частичных эмбриональных потерь и вызывает преимущественную гибель женских эмбрионов. Эти результаты свидетельствуют, что дефицит кормов в сезон размножения может вызывать изменения в возрастной и половой структуре популяции.

Новыми являются данные о том, что краткосрочное голодание самок водяных полевок уменьшает число размножающихся потомков, но повышает их репродуктивный потенциал и влияет на рост потомков во внучатом поколении. Впервые обнаружено модифицирующее влияние материнского го-

лодания в период беременности на функцию ГГНС и параметры жирового обмена у самцов потомков водяной полевки. Таким образом, выявлены пути влияния кормового дефицита в сезон размножения на формирование морфо-физиологической структуры популяции через организм матерей в период беременности.

Теоретическая значимость работы Работа направлена на развитие предстайлений о механизмах регуляции популяционных процессов и выявляет значимость пренатальных условий развития для формирования признаков, определяющих приспособленность. Показано, что опосредуемое материнским организмом воздействие средовых факторов на жизнеспособность и плодовитость особей может вносить существенный вклад в формирование возрастной, половой и морфо-физиологической структуры популяции и таким образом влиять на изменение численности в популяциях водяной полевки.

Положения, выносимые на защиту

1.У водяной полевки увеличение плодовитости матерей за счет величины помета и удлинения сезона размножения уменьшает приспособленность потомков, что способствует поддержанию популяционного гомеостаза плодовитости.

2. У водяной полевки трофический дефицит в период беременности уменьшает число размножающихся потомков, но при этом повышает их репродуктивный потенциал, а также влияет на физиологические системы адаптации потомков, и таким образом может оказывать влияние на популя-ционные процессы.

Апробация работы Результаты исследований были представлены на 3-ей Школе по генетике и селекции животных (Новосибирск, 1989), на Всесоюзном совещании "Эволюционные и генетические исследования млекопитающих" (Владивосток, 1990), на Всесоюзном совещании по эволюционной физиологии (Ленинград, 1990), на Всесоюзной конференции "Эндокринная система организма и вредные факторы окружающей среды" (1991), на 1 Международном конгрессе по стрессу (Мериленд, США, 1994), на 2 Съезде физиологов Сибири (Новосибирск, 1995), на международной конференции "Современные концепции эволюционной генетики" (Новосибирск, 1997), на конференции "Эндокринные механизмы регуляции функций в норме и патологии" (Новосибирск, 1977). По результатам исследования опубликовано 12 работ, из них 5 - в рецензируемых изданиях.

Структура и объем работы Диссертация включает введение, обзор литературы, описание материалов и методов, изложение собственных экспериментальных результатов и их обсуждение, выводы и список цитируе-

мой литературы, включающий 202 работы. Материал диссертации изложен на 126 страницах печатного текста, включая 20 таблиц и 10 рисунков.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Работа выполнялась на водяных полевках Arvícola terrestris L., которых с 1974г. разводят и содержат в виварии Института цитологии и генетики. Коэффициент инбридинга при разведении не превышал 12,5%.

Оценку плодовитости самок в контрольных условиях проводили в течение 5 сезонов размножения. Подсчитывали количество детенышей при рождении и отъеме (через 3 недели после родов), соотношение самцов и самок в пометах на момент рождения. В качестве интегральной оценки плодовитости в течение всего сезона размножения для каждой самки подсчитывали число выкормленных детенышей, приходящееся на одно покрытие. Этот показатель в дальнейшем именуется "средней фактической плодовитостью самок".

Влияние голодания в период беременности на плодовитость самок оценивали в 2 сериях экспериментов. 1. Голодание в начале беременности: самок дважды на 3 и затем на 5. день беременности лишали пищи на 16 часов при свободном доступе к воде, сено заменяли пергаментной стружкой. 2. Голодание в конце беременности: самок лишали пищи на 15 и 18 дни беременности. В обоих экспериментах подсчитывали долю выношенных беременностей, величину помета при рождении и отъеме, долю выживших детенышей и долю самок в каждом помете, для каждой самки подсчитывали среднюю фактическую плодовитость в контрольных условиях или в эксперименте.

Влияние голодания матерей в концб беременности на плодовитость потомков оценивали у годовалых животных в следующем после рождения сезоне размножения. Плодовитость дочерей оценивали в течение всего сезона, плодовитость сыновей - в начале сезона размножения. В апреле экспериментальных самцов и самок спарили с контрольными, регистрировали латентную паузу (время от подсадки самца к самке до покрытия) и остальные показатели, как описано выше. О покрытии судили по наличию спермы в вагинальном мазке. Для оценки интенсивности размножения самок подсчитывали, сколько детенышей в среднем выкармливает самка за 6 недель.

В контроле, у голодавших в конце беременности самок и у их потомков следили за ростом детенышей: их взвешивали сразу после рождения, на 7, 14, 21 и 30 день и затем ежемесячно. Подсчитывали скорость роста в пер-

вые две недели после рождения - среднюю ежедневную прибавку в весе в течение этого времени.

Влияние голодания матерей в период беременности на функцию ГГНС и связанные с ней параметры углеводно-жирового обмена у потомков-самцов исследовали у сеголеток в течение зимнего периода. О функционировании ГГНС судили по уровню кортикостерона в крови в покое и при стрессе. Стрессреактивность оценивали в двух экспериментах: в модели эмоционального стресса при содержании животных по трое в круглой открытой освещенной вольере в течение часа и в модели системного стресса, когда самцов лишали пищи на сутки при свободном доступе к воде. Концентрации кортикостерона в крови в покое, после часового содержания в группе и после суточного голодания измеряли методом конкурентного белкового связывания с транскортином (Тинников, Бажан, 1988), концентрации СЖК и глюкозы в крови измеряли в покое и после голодания, СЖК - микрометодом (КогсЫ, М1сЬао, 1965), глюкозы- ортотолуидиновым методом (Колб, Камышников, 1976).

Статистическая обработка. Для анализа результатов использовали дисперсионный анализ (АМОУА), для оценки достоверности различий между выборками использовали критерии Стьюдента (I), Манна-Уитни (1)), Фишера (Р), для оценки зависимостей между исследуемыми параметрами подсчитывали коэффициенты корреляции (Я).

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

1.Влияние пренатальных условий развития, связанных с репродуктивным статусом матерей, на приспособленность потомков в контрольных условиях.

Приспособленность особей определяется их жизнеспособностью и репродуктивным вкладом в последующие поколения. У многоплодных сезон-но размножающихся животных, к которым относится и водяная полевка, число потомков зависит от размера пометов, длины сезона размножения (т.е. числа пометов) и выживания детенышей в подсосный период. Плодовитость потомков, в свою очередь, во многом определяется плодовитостью матерей и уменьшается по мере увеличения выводка, в котором они были рождены. Поскольку ранее комплексная оценка плодовитости в смежных поколениях у водяной полевки не проводилась, представлялось целесообразным оценить влияние величины выводка и календарных сроков родов на жизнеспособность и плодовитость потомков у водяной полевки.

Жизнеспособность потомков оценивалась напрямую, по их выживанию в гнездовой период и косвенно, по скорости роста в период молочного вскармливания и весу в дальнейшем. Выживание детенышей в период ма-

теринской опеки зависит от размера выводка (1-way ANOVA, F=12.3, Р=0.000) и не зависит от календарных сроков рождения. Доля выживших детенышей положительно коррелирует с величиной выводка (R=0.33, Р=0.000, N=439). Ранняя постнатальная смертность максимальна в пометах из 1 -2 детенышей: около половины от общего числа новорожденных из таких пометов обречены на гибель. В пометах из 5-7 детенышей погибают не более 12% новорожденных. Следовательно, у водяной полевки гнездовая смертность оказывает селективное действие и является фактором отбора, направленного на увеличение размера выводка.

Скорость роста детенышей у многоплодных животных определяется величиной выводка, материнскими влияниями и собственным генотипом (Genoud, Perrin, 1994). Водяные полевки полиморфны по окраске шерсти, которая контролируется генами локуса агути. Бурый цвет шерсти определяется доминантным аллелем дикого типа в гомозиготном состоянии А/А, черный цвет шерсти - рецессивным аллелем неагути extreme в гомозиготном состоянии ае/ае, гетерозиготы А/ае имеют темно-бурую окраску (Наследова и др., 1980, Прасолова и др., 1991). Ген агути кодирует сигнальный белок, который не только влияет на окраску, но и принимает участие в контроле метаболических процессов в организме (Zemel et al., 1995), и может оказывать влияние на вес животных (Klebig et al., 1995). Изучение влияния размера выводка и сроков родов на рост детенышей позволяют выявить роль средовых факторов, связанных с плодовитостью матерей, а исследование влияния агути генотипа матерей на эти признаки - генетическую компоненту во влиянии пренатальной среды на скорость роста детенышей в эмбриональный и ранний постнатальный периоды. Оценка скорости роста у особей разного пола и агути генотипа выявляет влияние собственного генотипа на эти признаки у водяной полевки.

Вес детенышей при рождении, скорость роста в период молочного вскармливания и вес в дальнейшем зависят от размера выводка. Вес детенышей при рождении отрицательно коррелирует с размером выводка (R=-0.28, Р=0.007, N=76). То же относится и к скорости роста (рис.la, R=-0.34, РЮ.000, N=232). Вес животных в дальнейшем связан положительными корреляциями с весом при рождении и скоростью роста в первые две недели и отрицательно коррелирует с размером выводка. Таким образом, по мере увеличения выводка уменьшается скорость роста потомков в утробе, в период молочного вскармливания и вес в зрелости, что, по-видимому, снижает их приспособленность.

Рис.1. Влияние величины выводка (а) и календарных сроков родов (в пометах из 4-6 детенышей, 6) на скорость роста в первые две недели после рождения у водяной полевки

2.2-

Й 2.0-

3 1-6-

23

16

39

28

20-| 1 ?■ 18 I 716151.4-

24

112545478 45

число детенышей в помете

цифры на рисунке - число животных

6 7 месяц

Скорость роста детенышей зависит также от календарных сроков рождения (рис.1б), максимальна весной и снижается в течение сезона размножения (Я=-0.28, Р=0.000, п=190). По-видимому, это отражает экологическую специфику сезонных генераций.

Вес детенышей при рождени, скорость роста в первые две недели и вес в дальнейшем не зависят от агути генотипа матерей, но детеныши разных агути генотипов растут по-разному. Плейотропное влияние локуса агути на рост водяных полевок в раннем постнатальном периоде проявляется в том, что бурые самки в первые три недели жизни растут быстрее и превосходят в весе бурых самцов, а также самцов и самок других генотипов (рис.2), тогда как самцы и самки других агути генотипов не различаются по весу в это время. Самцы различных агути генотипов не различаются по скорости роста (рис.2) и весу в течение первого месяца жизни. Половые различия в весе у темно-бурых и черных полевок начинают проявляться в месячном возрасте, когда самцы достигают большего веса, чем самки. Возможно, гомозиготные по гену агути дикого типа самки обладают большей приспособленностью в ранний постнатальный период, чем полевки других агути генотипов.

Рисунок 2. Скорость роста в первые две недели жизни у детенышей водяной полевки разных агути генотипов

самки самцы

□ А/А Ш А/ас Ш ае/ас "PCO.OI 1-way ANOVA

цифры внутри столбцов - число животных

Важнейшим показателем приспособленности является плодовитость особей. У водяных полевок размер выводка отрицательно коррелирует с плодовитостью дочерей (Я=-0.25, Р=0.002, N=138), максимальной плодовитостью обладают дочери, рожденные в малых пометах, с увеличением выводка плодовитость дочерей снижается (рис. За). Календарные сроки родов тоже отрицательно коррелируют с плодовитостью дочерей (И=-0.23, Р=0.008, N=131), дочери, рожденные в начале сезона размножения, более плодовиты, чем те, что родились в конце сезона размножения (рис. 36). Т.о., увеличение плодовитости самок за счет размера помета и удлинения сезона размножения приводит к снижению плодовитости в дочернем поколении. Регуляция по принципу отрицательной обратной связи между плодовитостью родителей и потомков лежит в основе поддержания гомеостаза плодовитости на популяционном уровне у водяной полевки.

Рисунок 3. Влияние размера выводка (а) и календарных сроков родов (б) на плодовитость дочерей у водяной полевки

е 2-

1-25456 размер выводка

4-

3 4 5 6 7 8 9 месяц рождения

плодовитость - число выкормленных потомков, приходящееся на одну беременность

2 Влияние голодания в период беременности на плодовитость самок и их потомков у водяной полевки.

Представленные выше результаты позволяют оценить влияние на приспособленность тех пренатальных и ранних постнатальных воздействий, которые зависят от параметров плодовитости матерей в относительно стабильных условиях внешней среды. В природных условиях средовые факторы могут оказывать влияние на развитие потомков через воздействие на организм матери. У водяной полевки сокращение численности и снижение темпов воспроизводства в природных популяциях связывают с кормовым дефицитом (Евсиков, Мошкин, 1994). В связи с этим представлялось целесообразным выяснить, на какие параметры репродуктивной функции самок и каким образом влияет голодание в период беременности, и оценить его отсроченный эффект на плодовитость потомков.

Для этого самок водяных полевок подвергали двукратному 16-тичасовому голоданию в двух сериях экспериментов: при голодании в начале беременности (на 3 и 5 дни) и при голодании в конце беременности (на 15 и 18 дни). Результаты представлены в таблице 1.

Влияние двухразового краткосрочного голодания в начале и в конце беременности на плодовитость самок водяной полевки (в скобках указано число случаев)

Голодание по 16 часов на 3 и 5 дни беременности Голодание по 16 часов на 15 и 18 дни беременности тест

контроль Х+в.е. Голод Зйз.е Р контроль Х±5.е. голод Х+в.е. Р

Выкормлено детенышей на покрытие 3.4±0.3 (78) 1.8±0.2 (107) 0.000 4.2±0.6 (25) 2.0+0.5 (20) 0.009 и

Доля выношенных беременностей (%) 87 (78) 51 (112) 0.000 84 (25) 65 (20) ПБ X2

Размер помета при рождении 4.4±0.2 (69) 4.3±0.3 (54) ПБ 5.3±0.4 (21) 3.8+0.3 (13) 0.02 1

Размер выкормленного помета 3.9±0.2 (69) 3.7+0.3 (53) пэ 3.8+0.3 (21) 3.3+0.5 (12) 0.06 с

Доля выживших в помете 0.85±0.04(69) 0.76±0.05(53) № 0.8710.07 (21) 0.81+0.11 (12) ПБ и

Доля самок в помете 0.51+0.03(57) 0.40±0.04(42) 0.05 0.53±0.06 (18) 0.28+0.08 (Ю) 0.007' и

Голодание в период беременности , как на ранних, так и на поздних стадиях, вдвое снижает среднюю фактическую плодовитость самок и сдвигает соотношение полов в пользу самцов. При голодании на ранних стадиях беременности значительно уменьшается доля выношенных беременностей, но размер помета у родивших самок не отличается от контроля, размер выкормленного помета и доля выживших детенышей также не различаются с контролем. Снижение плодовитости в группе голодавших самок происходит за счет полных срывов беременностей. Преобладание самцов в потомстве позволяет предполагать, что чаще погибают те пометы, в которых женских эмбрионов больше, чем мужских.

При голодании на поздних стадиях беременности снижается размер помета при рождении и несколько снижается доля выношенных беременностей. При этом голодание матерей в конце беременности не оказывает влияния на выживание рожденных детенышей. Следовательно, снижение плодовитости самок при голодании в третьем триместре беременности осуществляется з.а счет частичных или полных эмбриональных потерь, при этом женские эмбрионы проявляют меньшую устойчивость в неблагоприятных условиях и погибают с большей частотой.

Полученные результаты соответствуют тому, что наблюдается в природных популяциях в период резкого уменьшения численности, когда у беременных самок значительно возрастают эмбриональные потери и тоже, главным образом, за счет полных срывов беременности (Назарова, 1990; Евси-ков, Мошкин, 1994). Возможно, в природных условиях голод служит сигналом для изменения популяционной тактики на выживание, когда основной задачей становится не расширенное воспроизводство, а переживание особей в трудных условиях кормового дефицита. Вероятно, у водяных полевок существует эволюционно выработанный механизм прерывания беременности при резком кормовом дефиците.

Эксперимент с голоданием на ранних стадиях беременности моделирует ситуацию, при которой размножение начинается в условиях недостатка кормов. Эта ситуация наиболее вероятна в фазу пика численности. Сокращение рождаемости в начале сезона размножения и преобладание самцов в потомстве приводят к изменению возрастной и половой структуры популяции и могут в корне подрывать процесс воспроизводства, т.к. значительно уменьшают численность самок в первых когортах.

Неблагоприятные условия пренатального развития, связанные с голоданием самок в- конце беременности не только вызывали гибель потомства непосредственно в период воздействия, но оказали отсроченное влияние на плодовитость выживших потомков. Влияние материнского голодания в конце беременности на плодовитость дочерей демонстрирует таблица 2. Голодание матерей в конце беременности повышало плодовитость рожденных самок. Фактическая плодовитость (количество выкормленных за 6 недель детенышей) в группе экспериментальных самок была выше, чем в контрольной группе (табл.2). При этом латентная пауза, размер помета при рождении и размер выкормленного помета не различались в контрольной и экспериментальной группах. Однако, в контрольной группе из 20 самок 7 вообще не размножались (т.е. либо ни разу не были покрыты, либо не принесли ни одного помета), тогда как в экспериментальной группе все самки успешно размножались. Экспериментальные самки лучше вынашивали беременности и лучше выкармливали детенышей, доля выкормленных детенышей в экспериментальной группе выше, чем в контрольной (табл. 2). Т.о., повышение фактической плодовитости в экспериментальной группе определяется не увеличением рожденного помета, а стабильностью воспроизводства у всех без исключения экспериментальных самок.

Влияние двухразового 16-тичасового голодания самок на 15 и 18 дни беременности на репродуктивные показатели их дочерей у водяной полевки

Контроль голод матери Р критерий

Х±5.е. п • Х±з.е п

Доля неразмножавшихся самок (%) 35 20 0 8 0.05 X2

Доля выношенных беременностей (%) 57 32 81 '21 0.06 X2

Латентная пауза (дни) 4.6±1.0 32 6.9±1.7 21 щ 1

Размер помета при рождении 4.8±0.4 18 4.3±0.4 17 пв г

Размер выкормленного помета 3.8±0.6 17 3.9±0.5 17 пэ 1

Доля выживших детенышей (%) 76 86 89 74 0.02 X2

Выкормлено самкой за б недель* 1.1±0.4 12 2.6±0.4 7 0.02 1

♦Подсчитано только для тех кошрольных самок, которые были спарены с контрольными самцами в начале сезона размножения

Голодание в конце беременности не изменило репродуктивный потенциал мужского потомства в целом. Однако, доля размножающихся самцов в потомстве голодавших самок имела тенденцию к снижению. В экспериментальной группе (28 самцов) меньше половины подсадок самцов к самкам завершились покрытием, тогда как в контрольной группе (21 самец) больше 70% подсадок привели к покрытию. Одновременно материнское голодание увеличило плодовитость размножающихся самцов, поскольку в экспериментальной группе все покрытия завершились родами, а в контрольной только 60% (Р=0.02, X2). Латентная пауза и размер помета не различались в контроле и экспериментальной группе. В результате интегральный показатель плодовитости - количество выкормленных детенышей, приходящееся на одного самца, - не имел достоверных отличий в контрольной и экспериментальной группах.

Таким образом, у водяной полевки голодание, в период беременности уменьшает число размножающихся потомков, но повышает при этом их репродуктивный потенциал. Такая реакция, по-видимому, является адаптивной и выглядит как адекватный ответ со стороны популяции на соответствующую экологическую ситуацию, поскольку в природных условиях сокращение численности популяций водяной полевки происходит обычно на фоне засухи и связано с сокращением стаций, пригодных к размножению.

3 Влияние голодания матерей во время беременности на вес, функцию ГГНС и параметры углеводно-жирового обмена у самцов водяной полевки в зимний период.

Представленные в предыдущем разделе результаты показывают, что голодание в период вынашивания влияет на выживание в эмбриональный период и на плодовитость потомков.. Выживание особей в меняющихся условиях среды после выхода из гнезда во многом зависит от их адаптивных возможностей, реализация которых координируется гипоталамо-гипо-физаро-надпочечниковой системой (ГГНС). Результаты, полученные на лабораторных грызунах, (Дыгало, Науменко, 1983) позволяют предположить, что стрессорные нагрузки в период беременности, и в том числе голодание, будут оказывать влияние на ГГНС потомков у водяной полевки. Пренатальная модификация ГГНС может оказать влияние на углеводно-жировой обмен и на вес потомков в период зимней депрессии роста, поскольку гормоны ГГНС влияют на метаболизм и имеют катаболический эффект. В связи с этим представлялось целесообразным оценить влияние голодания матерей в период беременности на функцию ГГНС, углеводно-жировой обмен и вес в зимний период у самцов потомков.

Голодание матерей в начале беременности (группа РПГ - ранний прена-тальный голод) не оказало влияния на базальный уровень кортикостерона в крови и динамику его изменения в течение зимнего периода у самцов потомков (рис. 4). Голодание матерей в конце беременности (группа ППГ -поздний пренатальный голод) повысило базальный уровень кортикостерона в январе у потомков (рис. 4).

Рисунок 4. Влияние голодания матерей в начале (РПГ) и в конце (ППГ) беременности на базальные концентрации кортикостерона в крови у самцов водяной полевки в течение зимнего периода.

25-

5 20-

15-

10-

ноябрь декабрь январь февраль

**Р=0.007 (I) между контролем и ППГ -•—контроль - а- РПГ Д ■ ППГ цифрами указано количество животных

Рисунок 5. Влияние голодания матерей в начале (РПГ) и в конце (ППГ) беременности на вес самцов в зимний период

140

120.

1оа.

80-

о

о 60-

со

40.

20.

0ч

8

11

27

24

декабрь

*Р<0.05 (I) цифры внутри столбцов - число животных

ноябрь январь

| I контроль С~ЗППГ [222 РПГ

Возможно, изменения в функционировании ГГНС повлияли на вес самцов. Голодание матерей в начале беременности не оказало влияния на вес самцов потомков, а голодание в конце беременности понизило их вес в январе (рис. 5). В зимние месяцы наблюдается отрицательная корреляция

между весом животных и концентрациями кортикостерона в крови в состоянии физиологического покоя (R=-0.41, Р=0.12, п=17 в ноябре, контрольные и ППГ самцы; R=-0.42, р<0.05, п=23 в декабре, контрольные и РПГ самцы; R=-0.38, р<0.01, п=46 в январе, контрольные и ППГ самцы). Глюкокорти-коиды могут подавляюще действовать на рост (Krieg et al., 1991), а избыток АКТГ-рилизинг гормона уменьшает вес тела и аппетит у крыс (Morley, 1987). Меньший вес животных из ППГ группы в январе может объясняться как катаболическим действием глюкокортикоидов, так и влиянием гормонов ГГНС на потребление пищи. Таким образом, голодание самок в конце беременности оказывает влияние на формирование такой адаптации, как зимняя депрессия веса и, возможно, на уровень потребления пищи в зимний период.

Голодание матерей в начале беременности (РПГ) не оказало влияния на стрессорную реактивность самцов потомков в модели острого эмоционального стресса (рис.б'а). Концентрации кортикостерона в крови после часового содержания в группе у РПГ самцов не отличаются от контроля. Голодание матерей в конце беременности (ППГ) уменьшило стрессорную реактивность самцов потомков в модели острого эмоционального стресса. Уровень кортикостерона при стрессе в ноябре в ППГ группе был достоверно ниже, чем в контрольной (рис. ба)

Системный стресс мы вызывали содержанием самцов без пищи в течение суток при свободном доступе к воде. При голодании в течение суток уровень кортикостерона в йрови возрастал и не имел достоверных различий во всех исследованных группах. Однако, голодание матерей в период беременности изменило характер реагирования, связанный с сезоном. Если в контрольной группе наблюдалась только слабая тенденция к уменьшению реакции от начала к концу зимы, то в экспериментальных группах реакция на голод существенно уменьшалась к концу зимнего сезона. Особенно сильно эти изменения были выражены у самцов, матери которых голодали на поздних стадиях беременности.

Т.о., влияние голодания матерей в период беременности на функцию ГГНС у потомков зависит от периода беременности , в течение которого голодала мать. Голодание в начале беременности не оказало существенного влияния на функционирование ГГНС потомков, а голодание в третьем триместре беременности изменило базальные концентрации кортикостерона и уменьшило эмоциональную стрессорную реактивность потомков. По-видимому, это объясняется тем, что у водяной полевки, как и у других мелких грызунов, критический период в развитии ГГНС приходится на конец пренатального периода, и стрессирующие воздействия на мать в это время оказывают влияние на становление ГГНС у потомков.

Рисунок 6. Влияние голодания матерей в начале (РПГ) и в конце (ППГ) беременности на изменение уровня кортикостерона в крови в ответ на эмоциональный стресс (а) и на мобилизацию СЖК в ответ на суточное голодание (6) у самцов потомков

а

5'50 *

гъ ?о

15

ю

5

кортикосгерон 0.02

СЖК

РПГ

£ 700 X

600 500 400 500 гоо 100 о

КОНТРОЛЬ РПГ

ноябрь декабрь

I 1-базаяьный уровень, I I - после стресса, *Р<0.05

Возможно, пренатальная модификация функции ГГНС оказала влияние на метаболизм животных. Базальные концентрации СЖК в крови у самцов, матери которых голодали в первом триместре беременности (РПГ) хотя и превышали таковые у контрольных самцов и в декабре (рис 66, 7), и в январе, но различия не достигали статистической значимости. Голодание матерей в конце беременности повышало уровень СЖК в покое у самцов и в декабре и в феврале (рис. 66, 7), и, хотя в каждом месяце различия не достигали статистической значимости, двухфакторный дисперсионный анализ выявляет достоверное влияние фактора экспериментального воздействия на мать (2-\уау АИОУА, Р=0.05, градации факторов: I.месяц проведения эксперимента, 2. воздействие на мать).

После суточного голодания уровень СЖК в крови у самцов возрастал и не различался во всех ирследованных группах (рис. 66). Реакция на голодание увеличивалась в течение зимнего периода. Пренатальные воздействия привели к снижению выраженности реакции на голод в начале зимнего периода. Если в контрольной группе голодание достоверно повышает концентрации СЖК в крови в декабре, то в экспериментальных группах достоверных отличий от фонового уровня после голодания не наблюдается (рис. 66). По-видимому, это связано с повышением базальных концентрации СЖК у пренатально голодавших животных.

Рисунок 7. Влияние голодания матерей в начале (РПГ) и в конце (ППГ) беременности на базальный уровень свободных жирных кислот (СЖК) в крови у самцов водяных полевок в зимний период

600

550500450-

1

I

I

1

200150100-

*

декабрь

январь

февраль

контроль • РПГ А ППГ

Полученные нами результаты свидетельствуют о том, что краткосрочное голодание самок в период беременности оказывает влияние на функцию гипоталамо-гипофизаро-надпочечниковой системы у потомков. Поскольку ГГНС координирует реакции организма на внешние воздействия и служит формированию адаптации, можно заключить, что голодание матерей в период беременности влияет на адаптивные возможности потомков и, следовательно, на их приспособленность. В нашем эксперименте примером такого влияния материнского голодания на адаптивные реакции потомков служит уменьшение веса в период зимней депрессии роста в ППГ группе, уменьшение стрессорной реактивности в модели эмоционального стресса у ППГ самцов и изменения в сезонной динамике гормонально-метаболического ответа на суточное голодание у ППГ и РПГ самцов. Т.о., средовые факторы через воздействие на организм самки в период беременности могут влиять на становление функции ГГНС у потомков и оказывать отсроченное влияние на их приспособленность.

Пренатальный период играет определяющую роль в формировании фенотипа животных (СгаЬа, 1991). Полученные нами результаты свидетельствуют, что условия пренатального развития оказывают значительное влияние

на формирование признаков, связанных с приспособленностью: на скорость роста и вес животных в зрелости, на их плодовитость и на функцию ГГНС, от которой зависят адаптивные возможности особей. Это позволяет предполагать, что изменения условий пренатального развития, связанные с физическим состоянием матерей, их собственной плодовитостью и условиями, в которых они находятся, являются универсальным регуляторным механизмом, служащим для поддержания гомеостаза в природных популяциях водяной полевки.

ВЫВОДЫ

1. У водяной полевки по мере увеличения выводка уменьшается скорость роста детенышей в пренатальный и подсосный периоды, вес потомков в зрелости и плодовитость дочерей, и таким образом снижается приспособленность потомства.

2. У водяной полевки календарные сроки рождения отрицательно коррелируют со скоростью роста детенышей в подсосный период и с плодовитостью рожденных самок, что свидетельствует о снижении приспособленности потомства, рожденного в конце сезона размножения.

3. У водяной полевки локус агуги оказывает зависящее от пола влияние на рост животных в ранний постнатальный период: гомозиготные по дикому аллелю самки растут быстрее самцов и самок других агути генотипов. Агути генотип самок водяных полевок не влияет на рост их потомков.

4. Голодание самок водных полевок в период беременности увеличивает-эмбриональную смертность в потомстве, вызывает преимущественную гибель женских эмбрионов и не оказывает влияния на раннюю постнатальную смертность потомства.

5. Голодание самок водяных полевок в конце беременности повышает репродуктивный потенциал дочерей и не оказывает влияния на общий репродуктивный успех сыновей, поскольку может снижать долю размножающихся самцов среди сыновей, но при этом увеличивает плодовитость размножающихся самцов потомков.

6. Голодание самок водяных полевок в конце беременности оказывает существенное влияние на функцию гипофизаро-надпочечниковой системы у самцов потомков: повышает базальные концентрации кортикостерона в зимний период, снижает эмоциональную стрессорную реактивность и изменяет сезонную реакцию на голодание, и таким образом может воздействовать на адаптивные возможности потомков.

7. Голодание самок водяных полевок в период беременности оказывает влияние на метаболизм у самцов потомков: повышает базальный уровень

свободных жирных кислот и уменьшает выраженность метаболической реакции на голодание в начале зимнего периода.

8. У водяной полевки условия пренатального развития оказывают отсроченное влияние на признаки, связанные с приспособленностью, вследствие чего могут служить фактором регуляции популяционных процессов.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Макарова Е.Н., Бажан Н.М. Факторы отбора, стабилизирующие плодовитость водяной полевки.// Материалы 10 Всесоюзного совещания по эволюционной физиологии. Ленинград, 1990.-С.20-21

2. Бажан Н.М., Яковлева Т.В., Макарова Е.Н. Влияние голодания матерей на ранних стадиях беременности на постнатальное развитие систем гормональной регуляции и показатели энергетического баланса у потомков (на примере водяной полевки).// Материалы 2-й Всесоюзной конференции "Эндокринная система организма и вредные факторы окружающей среды". -1991,- с.267

3. BazhanN. М., Makarova E.N. Effect of maternal stress in late pregnancy on offspring reproduction in water vole.// 1 World Congress on Stress. Bethesda, Maryland, USA, 1994,- P.39.

4. Bazhan N.M., Yakovleva T.V., Makarova E.N. Maternal stress in early pregnancy and offspring reproduction in the water vole. //Journal of Reproduction and Fertility.- 1995.-V.15.-P.73

5. Макарова E.H., Бажан H.M., Яковлева T.B. Влияние голодания матерей в разные сроки беременности на эндокринно-метаболические характеристики потомства у водяной полевки.//Материалы второго Съезда физиологов Сибири. Новосибирск, 1995.-С.22

.6. Бажан P.M., Яковлева Т.В., Макарова Е.Н. Размножение водяных полевок (Arvícola terrestris), полиморфных по локусу агути. //Генетика.-1996.-Т.32,№8.-С.1125-1130

7. Bazhan N.M., Makarova E.N., Yakovleva T.V. Food deprivation in pregnancy and reproduction in the water vole (Arvícola terrestris). //Journal of Mammalogy.- 1996.-V.11, № 4.-P. 1078-1084.

8. Макарова E.H., Бажан Н.М. Эндокринно-метаболические характеристики самцов водяной полевки (Arvícola terrestris) в зимний период. //Зоологический журнал.- 1997.-Т.76, №2.-С.230-233.

9. Yakovleva T.V., Bazhan N.M., Makarova E.N. Effect of food deprivation in early pregnancy on the development of ovaries and adrenals in female progeny

of the water vole (Arvícola terrestris). //Journal of Comparative Biochenestry and Physiology.- 1997.- V.l 16C, № 1.-P. 103-109.

10. Бажан H.M., Яковлева T.B., Макарова E.H. Роль стресса в поддержании изменчивости в популяции водяной полевки (Arvícola terrestris).// Материалы конференции ".Современные концепции эволюционной генетики". Новосибирск, 1997.-С.41-43.

11. Макарова E.H., Бажан Н.М. Голодание матерей во время беременности дифференцирует реакцию на голод у самцов водяной полевки разных агути генотипов.//Материапы конференции "Современные концепции эволюционной генетики". Новосибирск," 1997.- С. 197-199

12. Бажан Н.М., Яковлева Т.В., Макарова E.H. Влияние мутации неагу-ти-extrme на гормональный статус, стрессреактивность и размножение у водяной полевки.//Материалы конференции "Эндокринные механизмы регуляции функций в норме и патологии". Новосибирск, 1997.-С.16-17.

Заказ 76. Тираж 100. Печ. л. 1,0. Бумага офсетная №1. Формат 60х84'Лб.

Типография СО РАМН, г. Новосибирск, ул. Ак. Тимакова, 9, 1998 г.

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Макарова, Елена Николаевна, Новосибирск

РОССИИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ МЕДИЦИНСКИХ НАУК СИБИРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ Институт биохимии

РОССИИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК СИБИРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ Институт цитологии и генетики

На правах рукописи УДК: 574.24:591.16:57.084.1:599.323.4

МАКАРОВА Елена Николаевна

ВЛИЯНИЕ ПРЕНАТАЛЬНЫХ УСЛОВИЙ РАЗВИТИЯ НА ПРИСПОСОБЛЕННОСТЬ У ВОДЯНОЙ ПОЛЕВКИ (АЕИСОЫ ТЕЕКЕЗТКШЬ.).

ПОПУЛЯЦИОННЫЙ АСПЕКТ.

(03. 00. 08 - зоология, 03. 00. 13 - физиология человека и животных )

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научный руководитель: кандидат биологических наук, старший научный сотрудник, Бажан Н.М.

Научный консультант: академик РАН, Иванова Л.Н.

•"Л, -1-

Новосибирск, 1998

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ................................................................................................................4

Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ................................................................................8

1.1 Современные представления о механизмах регуляции численности мелких грызунов. Краткий очерк популяционной экологии водяной полевки...................8

1.2 Влияние пренатальных условий развития, связанных с репродуктивным статусом матерей, на рост, половое созревание и плодовитость потомков у мелких грызунов....................................................................................................................15

1.3 Влияние недоедания в период беременности на плодовитость самок и на развитие и плодовитость их потомков у мелких грызунов......................................20

1.4 Влияние неблагоприятных воздействий на матерей в период беременности

на функцию гапоталамо-гапофизаро-надпочечниковой системы у их потомков.....23

Глава 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ........................................29

2.1 Экспериментальные животные. Оценка плодовитости и темпов роста в контрольных условиях...............................................................................................29

2.2 Влияние голодания во время беременности на плодовитость самок и рост их детенышей..................................................................................................................31

2.3 Влияние краткосрочного двухразового голодания самок в конце беременности на плодовитость потомков..................................................................33

2.4 Влияние краткосрочного голодания в период беременности на вес, функцию ГТНС и связанные с ней параметры углеводно-жирового обмена у потомков.........35

2.5 Влияние 16-тичасового голодания на биохимические параметры крови у самок водяной полевки..............................................................................................37

Аналитические процедуры................................................................................37

Статистическая обработка................................................................................37

Глава 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ.............................................................38

3.1 Влияние пренатальных условий развития на параметры приспособленности у водяной полевки в контрольных условиях.............................................................38

3.1.1 Факторы, влияющие на величину выводка, соотношение полов в потомстве и выживание детенышей у водяной полевки.............................................................38

3.1.2 Влияние пренатальных условий развития, связанных с параметрами размножения матерей, на плодовитость дочерей у водяной полевки.......................42

3.1.3 Факторы, влияющие на ранний постаатальный рост детенышей водяной полевки в контрольных условиях.............................................................................45

3.1.4 Зависимость между скоростью роста самок, а также их весом в сезон размножения и плодовитостью у водяной полевки.................................................55

3.2 Влияние голодания в период беременности на плодовитость самок и их потомков, а также на рост потомков первого и второго поколения у водяной полевки....................................................................................................................57

3.2.1. Влияние 16-тичасового голодания на биохимические параметры крови у самок водяной полевки...........................................................................................58

3.2.2. Влияние двукратного 16-тичасового голодания на 3 и 5 дни беременности на плодовитость самок водяной полевки................................................................59

3.2.3. Влияние двукратного 16-тичасового голодания на 15 и 18 дни беременности на плодовитость самок водяной полевки и ранний постнатальный рост их потомков.....................................................................................................60

3.2.4. Влияние двукратного 16-тичасовош голодания самок на 15 и 18 дни беременности на плодовитость их потомства.........................................................63

3.3 Влияние голодания матерей во время беременности на вес, функцию ГГ'НС и параметры углеводно-жирового обмена у самцов водяной полевки в зимний период......................................................................................................................69

3.3.1. Влияние голодания матерей во время беременности на вес самцов в зимний период..........................................................................................................70

3.3.2. Влияние голодания матерей во время беременности на функцию ГГНС у самцов потомков........................................................................................................ 70

3.3.3. Влияние голодания матерей во время беременности на углеводно-жировой

обмен у самцов водяной полевки в покое и при голодании......................................76

Глава 4. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ................................................................81

ВЫВОДЫ.................................................................................................................107

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ......................................................!..............................-.109

ВВЕДЕНИЕ.

Актуальность проблемы. Механизмы регуляции численности природных популяций постоянно находятся в центре внимания экологов-популяционистов и зоологов. Особый интерес вызывают периодические изменения численности популяций, характерные для мелких грызунов в северных широтах (Krebs et al., 1973; Башенина, 1977; Чернявский, Ткачев, 1982). Нарастание численности в популяциях мелких грызунов обеспечивается максимальной реализацией репродуктивного потенциала особей, а сокращение численности - уменьшением темпов воспроизводства и возрастанием ювенильной смертности (Чернявский, Ткачев, 1982; обзор Boonstra, Boag, 1987; Евсиков, Мошкин, 1994).

По современным представлениям различный уровень воспроизводства на разных фазах цикла численности формируется за счет изменений генетической структуры популяции и за счет прямых реакций организма на средовые факторы внутри и внепопуляционной природы (Шилов, 19916; Оленев, 1991). Хорошо известно, что фенотип животного определяется реализацией его генотипа под воздействием факторов окружающей среды (Шмальгаузен, 1982). Пренатальный период развития играет определяющую роль в формировании фенотипа особей (Czaba, 1991). Критические периоды развития регужторных систем организма, определяющих адаптивные возможности и плодовитость особей, а именно гипоталамо-гипофизаро-надпочечниковой системы (ГГНС) и репродуктивной системы приходятся на поздний пренатальный и ранний постнатальный периоды развития (Huhtaniemi, 1995; Brooks et al, 1996). Экспериментально установлено, что неблагоприятные воздействия на самок в конце беременности или в период молочного вскармливания оказывают влияние на становление и функцию этих систем в зрелости у потомков (обзор Weinstock et al., 1988). В связи с этим можно предполагать, что пренатальные условия развития играют важную роль в становлении физиологических признаков, определяющих приспособленность потомков, и таким образом вносят значительный вклад в регуляцию популяционных процессов у грызунов. Однако, конкретные пути воздействия средовых факторов на структуру популяции через организм матери в период беременности и вскармливания изучены мало.

Популяции водяной полевки (Arvicola terrestris L.) - одного та доминирующих видов в сообществах мелких млекопитающих Западной Сибири -периодически изменяются в размерах (Евсшсов и др., 1991; Евсиков, Мошкин, 1994). Предполагается, что у водяной полевки трофический фактор является ведущим в гомеостатической регуляции численности (Евсиков, Мошкин, 1994; Евсиков и др., 1997). Однако, влияние кормовых условий на репродуктивную функцию у представителей этого вида не изучалось.

У многоплодных видов, к которым относится и водяная полевка, материнские влияния и условия пренатального развития, связанные с числом детенышей в помете, определяют становление репродуктивных признаков (Евсиков, 1974; Clutton-Brock, 1988, 1991; Gertoucl, Permi, 1994). До сих пор комплексная оценка плодовитости в смежных поколениях у водяной полевки не проводилась. Оценка влияния пренатальных условий развития, связанных с репродуктивным статусом матерей, на выживание, рост и плодовитость потомков могут способствовать пониманию механизмов поддержание гомеостаза плодовитости на популяционном уровне у водяной полевки.

У грызунов недоедание в периоды беременности и выкармливания уменьшает плодовитость самок и оказывает влияние на скорость полового созревания и плодовитость их потомков (Berg, 1965; Diickamer, Meikle, 1988; Bondrup-Nielsen, Foley, 1994). Стрессирующие условия трофического дефицита в период беременности могут воздействовать на функцию ГГНС у потомков и таким образом влиять на их адаптивные возможности. Влияние кормовых условий во время беременности на рост, плодовитость и функцию ГГНС у потомков водяной полевки ранее не исследовалось. Изучение влияния голодания в период беременности на приспособленность потомков позволило бы оценить роль пренатальных условий развития в изменении морфо-физиологических свойств популяции водяной полевки в период уменьшения численности.

Цель и задачи исследования Целью данной работы является изучение влияния пренатальных условий развития на приспособленность у водяной полевки. В связи с этим были поставлены следующие основные задачи:

1. изучить влияние пренатальных условий развития, связанных с репродуктивным статусом матерей, на рост и плодовитость потомков в контрольных условиях;

2. выяснить, каким образом голодание во время беременности влияет на выживание в пре- и постнатальный период, а также на рост и плодовитость потомков;

3. изучить влияние голодания матерей во время беременности на функцию ГГНС и связанные с ней параметры углеводно-жирового обмена у потомков.

Научная новизна. Новизна подхода состоит в том, что на представителях дикого вида грызунов, хорошо адаптированных к условиям виварного разведения, изучается влияние пренатальных условий развития на параметры приспособленности животных и обсуждается значимость этих влияний для популяционных процессов. Показано, что возрастание плодовитости матерей за счет величины помета уменьшает приспособленность потомства, поскольку по мере увеличения выводка уменьшается скорость роста детенышей, их вес в зрелом возрасте и плодовитость дочерей. Установлено, что плодовитость самок в контрольных условиях отрицательно коррелирует с календарными сроками их рождения. Высказано предположение, что эти зависимости могут вносить вклад в формирование циклов численности в природных популяциях.

Установлено, что краткосрочное голодание на разных стадиях беременности более, чем вдвое, уменьшает рождаемость за счет полных или частичных эмбриональных потерь и вызывает преимущественную гибель женских эмбрионов. Эти результаты свидетельствуют, что дефицит кормов в сезон размножения может вызывать изменения в возрастной и половой структуре популяции. Показано, что краткосрочное голодание самок водяных полевок уменьшает число размножающихся потомков, но повышает их репродуктивный потенциал и влияет на рост потомков во внучатом поколении. Выявлено модифицирующее влияние материнского голодания в период беременности на функцию ГГНС и параметры жирового обмена у самцов потомков. Таким образом, выявлены пути влияния кормового дефицита в сезон размножения на формирование морфо-

физиологической структуры популяции через организм матерей в период беременности.

Теоретическая значимость работы. Работа направлена, на развитие представлений о механизмах регуляции популяционных процессов и выявляет значимость пренатальных условий развития для формирования признаков, определяющих приспособленность. Показано, что опосредуемое материнским организмом влияние средовых факторов на жизнеспособность и плодовитость особей может вносить существенный вклад в формирование возрастной, половой и морфо-физиологической структуры популяции у водяной полевки.

Положения, выносимые на защиту.

1 .У водяной полевки увеличение плодовитости матерей за счет величины помета и удлинения сезона размножения уменьшает приспособленность потомков, что способствует поддержанию популяционного гомеостаза плодовитости.

2. У водяной полевки трофический дефицит в период беременности уменьшает число размножающихся потомков, но при этом повышает их репродуктивный потенциал, а также влияет на физиологические системы адаптации потомков, и таким образом может оказывать влияние на популяционные процессы.

Апробация работы. Результаты исследований были представлены на 3-ей Школе по генетике и селекции животных, Новосибирск, 1989, на Всесоюзном совещании "Эволюционные и генетические исследования млекопитающих", Владивосток, 1990, на Всесоюзном совещании по эволюционной физиологии, Ленинград, 1990, на Всесоюзной конференции "Эндокринная система организма и вредные факторы окружающей среды", 1991, на 1 Мировом конгрессе по стрессу, Мериленд, США, 1994, на 2 Съезде физиологов Сибири, Новосибирск, 1995, на международной конференции "Современные концепции эволюционной генетики", Новосибирск, 1997, на конференции "Эндокринные механизмы регуляции функций в норме и патологии", Новосибирск, 1977. По результатам исследования опубликовано 12 работ, из них 5 - в рецензируемых изданиях.

Объем работы. Материал диссертации изложен на 126 страницах печатного текста, включая 20 таблиц и 10 рисунков. Список цитированной литературы содержит 202 работы.

Глава 1. Обзор литературы.

1.1 Современные представления о механизмах регуляции численности мелких грызунов. Краткий очерк популяционной экологии водяной полевки.

Популяции представляют собой тот уровень биологической организации, на котором осуществляются эволюционные преобразования и воспроизведение видов, являются "элементарной формой существования видов в природных условиях" (Тимофеев-Ресовский и др., 1973, с. 11).

Изучение структуры популяций и тех динамических процессов, которые обеспечивают их существование во времени и пространстве,- это центральная тема, занимающая экологов и биологов эволюционистов. Популяции мелких грызунов интересны в том отношении, что в средних и высоких широтах они претерпевают циклические изменения численности, а в биоценозах они представляют собой одно из основных звеньев в системе ценотических связей (Krebs et al., 1973; Башенина, 1977; Чернявский, Ткачев, 1982). Обширные исследования структуры популяций мелких грызунов на разных фазах динамики численности выявили ряд закономерных изменений, общих для щжлирующих популяций животных. В ходе цикла численности меняются вес половозрелых животных, скорость роста и полового созревания молодняка, продолжительность сезона размножения (Чернявский, Ткачев, 1982; обзор Boonstra. Boag, 1987; Евсиков, Мошкин, 1994).

Несмотря на многочисленные полевые, экспериментальные и теоретические исследования, которые ведутся с начала века и по сей день, вопрос о механизмах, регулирующих численность мелких грызунов, не решен. Напротив, существует множество предположений и теорий, объясняющих формирование циклов, которые можно разделить на две основные группы. Первая точка зрения состоит в том, что циклы формируются под воздействием внешних для популяции биотических или абиотических факторов. Эти факторы могут не зависеть от плотности популяции, например, погодные условия и связанные с ними кормовые условия (обзор Башениной, 1977, с. 277-287), или зависеть от плотности, так называемая "отсроченная зависимость от плотности". Теория отсроченной зависимости от

плотности предполагает, что рост численности грызунов приводит к подрыву кормовой базы (Bascompte et al., 1997), или к росту числа хищников (Hanski et al., 1993), а это вызывает в свою очередь снижение численности популяций грызунов. В регуляции популяционных процессов значительную роль отводят стрессу, который может развиваться в популяции под воздействием биотических средовых факторов (пресс хищников, Norrdahl, 1995; Boonstra et al., 1998; кормовой дефицит и усиление конкуренции за трофические ресурсы, Agrell et al, 1995) и приводить к подавлению воспроизводства. Вторая точка зрения предполагает, что формирование циклов определяется авторегуляторными внутрипопуляционными механизмами. Наиболее популярны три теории авторегуляции численности. Генетико-поведенческая теория Читти базируется на предположении о том, что в популяциях существует генетически детерминированный полиморфизм по поведению. С ростом численности усиливается внутрипопуляционная конкуренция, возрастает интенсивность агрессивных взаимодействий, идет отбор на агрессивность и территориальное поведение. Это приводит к снижению плодовитости и возрастанию смертности, численность падает, направление отбора меняется, идет отбор по репродуктивным признакам (Chitty, 1960; Krebs et al., 19