Содержание к диссертации
Введение
1. Обзор литературы 15
1.1. Гистофизиологическое исследование органов обоняния рыб 15
1.2. Исследования гистопатологии органов обоняния рыб 26
1.3. Краткая экологическая характеристика исследованных видов рыб 29
1.3.1. Класс Хрящевые рыбы - Chondrichthyes 29
1.3.2. Класс Костные рыбы - Osteichthyes (Костистые рыбы - Teleostei) 31
2. Материал и методы исследования 41
3. Гистофизиология обонятельных рецепторов хрящевых и костистых рыб 47
3.1. Обонятельные рецепторы хрящевых рыб 47
3.2. Обонятельные рецепторы костистых рыб 51
3.2.1. Сравнительная морфофункциональная характеристика поверхности обонятельного эпителия костистых рыб 51
3.2.2. Ультраструктура обонятельного эпителия костистых рыб .64
3.2.3. Особенности гистохимии обонятельных рецепторов морских рыб 71
4. Секреторная система обонятельной выстилки морских рыб 78
4.1. Морфогистохимическая характеристика секреторных элементов обонятельного эпителия морских рыб 78
4.2. Железы в обонятельном эпителии морских рыб 85
5. Сравнительная морфо-функциональная характеристика органов обоняния рыб 94
5.1. Класс Хрящевые рыбы - Chondrichthyes 94
5.2. Класс Костные рыбы - Osteichthyes Костистые рыбы - Teleostei 108
6. Гистопатология органов обоняния морских рыб 158
6.1. Влияние токсикантов на хеморецепцию рыб 158
6.2. Экспериментальное исследование влияния тяжелых металловна органы обоняния рыб 161
6.2.1. Влияние тяжелых металлов на обонятельный эпителий мальков кеты - Oncorhynchus keta Walbaum 161
6.2.2. Экспериментальные исследования действия солей тяжелых металлов на крупночешуйную красноперку Tribolodon hakonensis Gunter 167
6.3. Гистопатологические изменения в органе обоняния рыб как следствие антропогенного загрязнения моря 174
7. Дифференциация морских рыб по степени развития органов обоняния 182
Заключение 201
Выводы 207
Литература 210
Приложение 254
- Исследования гистопатологии органов обоняния рыб
- Сравнительная морфофункциональная характеристика поверхности обонятельного эпителия костистых рыб
- Морфогистохимическая характеристика секреторных элементов обонятельного эпителия морских рыб
- Влияние тяжелых металлов на обонятельный эпителий мальков кеты - Oncorhynchus keta Walbaum
Введение к работе
Среди систем органов, представляющих филогенетическое значение, органы чувств занимают особое место. Смена среды, меняя условия восприятия ощущений, тем самым изменяет условия их рецепции и неизбежно диктует перестройку структурных особенностей или специфических деталей, обеспечивающих механизмы функционирования органов, назначением которых является осуществление связей со средой обитания.
Одной из важнейших сенсорных систем у рыб является хеморецепция с ведущим значением обоняния, которое играет существенную роль в пищевом, стайном, социальном, миграционном и репродуктивном поведении.
Результаты исследований органа обоняния рыб представлены многочисленными публикациями, обзорами, монографиями отечественных и зарубежных ученых (Флеров, 1962; Шмальгаузен, 1962; Малюкина и др., 1969, 1974, 1980; Бронштейн, 1977; Мантейфель, 1989; Павлов, Касумян, 1990, 1994; Teichmann, 1954, 1959; Holl, 1965; Kleerecoper, 1969; Bertmar, 1972b; Нага, 1975; Yamamoto, 1982; Hasler, Sholz, 1983; Kasumyan et al., 1999 и др.). Гистофизиологические исследования обонятельной системы рыб, тонко отражающие функциональное значение органа, проведены преимущественно на пресноводных и проходных видах рыб (Попова, 1971а, б; Бахтин, Филюшина, 1974; Пяткина, 1974, 1991; Девицина, 1998; Девицина, эль-Аттар А.Б., 1989; Teichmann, 1954 и др.). Работы по изучению органа обоняния морских рыб немногочисленны (Tester, 1963; Девицина, 1972, 1977, 1997; Pfeiffer, 1963; Bertmar, 1972 a, b, с, 1973; Yamamoto and Ueda, 1977, 1978a,b,c, 1979a,b,c; Hasler, Sholz, 1983; Quinn, 1991; Matsuoka, 2001 и др.). Значительные вариации в степени развития обонятельной чувствительности рыб обусловили попытки их деления на макро- и микросматиков. Ранее это деление основывалось только на функциональных
характеристиках (Wrede, 1932; Frish, 1941). Дальнейшие работы совмещали физиологические эксперименты с исследованием структурных различий в обонятельной системе рыб (Девицина, 1972, 1977; Девицина, Малюкина, 1977; Малюкина и др., 1977).
Данная работа обобщает морфофункциональные исследования органа обоняния морских рыб дальневосточных морей Тихого океана, проведенные методами световой и электронной (трансмиссионной и растровой) микроскопии, гистохимии и морфометрии (Дорошенко, 1981; Дорошенко, Девицина, 1988, 2000; Дорошенко, Пинчук, 1974; Дорошенко, Тищенко, 1984; Пяткина, Дорошенко, 1985; Doroshenko, Motavkin, 1986;). Гистофизиологическое исследование органа обоняния морских рыб, отличающихся систематическим положением, экологией и уровнем развития обонятельной чувствительности, позволило дифференцировать исследованные виды на ольфакторные группы гиперосматиков, макро-, медио- и микросматиков (Дорошенко, 1981, 1997, 2004). Выявлено,. что уровень морфофункционального развития обонятельной системы варьирует у систематически близких видов в зависимости от экологии, что часто определяет их принадлежность к разным ольфакторным группам.
В ходе сканирующего электронномикроскопического исследования обонятельной выстилки выделены различные типы структуры поверхности обонятельной розетки морских рыб и видоспецифические вариации в соотношении различных типов рецепторных и опорных клеток, что обеспечивает корректировку ранее предложенного метода расчета экологических коэффициентов (Девицина, 1972, 1977; Девицина, эль-Аттар, 1988; Teichmann, 1954).
Физико-химическими анализами было показано, что слизь на поверхности обонятельной выстилки представляет сложный многокомпонентный раствор биополимеров, способный связывать молекулы одоранта, обладает высокой степенью упорядоченности структуры и играет активную роль в периферических процессах обонятельной рецепции (Королев, 1974; Королев,
6 Фролов, 1977). При учете секретообразующих элементов исследователи, как правило, отрицают наличие многоклеточных желез в обонятельном эпителии рыб, связывая образование желез типа боуменовых в филогенезе позвоночных с первыми представителями Tetrapoda - классом Amphibia (Винников, Титова, 1957; Шмальгаузен, 1962; Медведева, 1975; Matthes, 1934 и др.). Однако в некоторых гистохимических работах были описаны многоклеточные секреторные образования, трубчатые и альвеолярные железы типа боуменовых в обонятельном эпителии морских рыб (Дорошенко, 1981; Несторович (Дорошенко), Попова, 1972; Дорошенко, Пинчук, 1974; Дорошенко, 1981). Исследование секреторных структурных образований, отмеченных в обонятельном эпителии многих видов морских рыб, представляет одну из современных проблем в изучении адаптивных свойств органов обоняния рыб.
Антропогенное загрязнение водной среды различными токсическими веществами нарушает естественные поведенческие реакции рыб. Загрязняющие вещества оказывают негативное влияние на пищевое, оборонительное, стайное, нерестовое и миграционное поведение. Показано, что загрязнение воды промышленными стоками, содержащими соли тяжелых металлов, фенол и др., вызывает у рыб полную потерю чувствительности к половым феромонам, что может привести к пропуску нереста и необратимым сдвигам природного равновесия в биоценозах (Малюкина, 1986; Касумян и др., 1991). Исследование реакции органа обоняния рыб на воздействие токсикантов представляет существенный интерес при разработке систем биотестов для мониторинга за состоянием рыб при изменении экологической ситуации в условиях возрастания загрязнения водной среды.
Актуальность исследований. Исследование хемосенсорных систем, обеспечивающих восприятие наиболее значимых сигналов в поведении и адаптации животных разного филогенетического уровня к факторам внешней среды является актуальной задачей эволюционной и экологической физиологии. Большой интерес представляют исследования обонятельной
системы, играющей существенную роль в пищевом, стайном, социальном, миграционном и репродуктивном поведении у рыб, исключительно разнообразных по таксономическому положению, организации и экологии.
Фундаментальные исследования физиологии хеморецепции рыб начали особенно интенсивно развиваться только в последнее время (Малюкина, Касумян, Марусов, 1980; Девицина, 1998; 2000, 2004; Гдовский, 2005; Нага, 1982; Caprio, 1988 и др.) Вместе с тем, специфика водной среды, комплексность и изменчивость естественных сигналов, отсутствие общепринятой теоретической основы химической рецепции создает значительные трудности исследований. Вопросы морфофункциональноЙ организации обонятельной системы и ее экологической специализации у рыб до настоящего времени остаются мало исследованными и актуальными.
Гистофизиологические исследования обонятельной системы рыб, тонко отражающие функциональное значение органа, проведены преимущественно на пресноводных и проходных видах рыб (Бронштейн, 1977; Попова, 1971а, б; Пяткина, 1974; Бахтин, Филюшина, 1974; Ружинская, Гдовский, 2002 и др.). Работы по изучению органа обоняния морских рыб немногочисленны (Девицина, 1972, 1977, 1997; Pfeiffer, 1963; Tester, 1963; Bertmar, 1972 a, b, с, 1973; Yamamoto, 1982; Hasler, Sholz, 1983: Matsuoka, 2001 и др.). Вместе с тем остаются попрежнему дискуссионными проблемы эволюции рыб и в связи с этим вопросы макро-, микро- и ультраструктуры рецепторных клеток, проводящих путей и высших мозговых центров обонятельной системы у хрящевых и костных рыб (Бронштейн, 1977; Винников, 1979, 1983).
Одной из проблем обонятельной рецепции является изучение роли слизи на поверхности обонятельного эпителия, химизм и структурирование которой имеет различный характер у водных и наземных позвоночных. Электронномикроскопическими и физико-химическими анализами было показано, что это сложный многокомпонентный раствор биополимеров с высокой степенью упорядоченности структуры и ионного состава, который
играет важную роль в возникновении генераторного потенциала (Попова, 1966; Винников, 1971, 1983; Бронштейн, Леонтьев, 1972; Королев, 1974; Фесенко, Первухин, 1976; Королев, Фролов, 1977; Гдовский, Ружинская, 1988; Гдовский, 2005; Andres, 1969; Bannister, 1974; Breipohl et al., 1973; Zeiske et al., 1976 и др.). При учете секретообразуюших элементов исследователи, как правило, отрицают наличие многоклеточных желез типа боуменовых в обонятельном эпителии рыб, связывая их возникновение у первых представителей Tetrapoda - Amphibia - с общим ароморфозом (Винников, Титова, 1957; Шмальгаузен, 1962; Медведева, 1975; Matthes, 1934; Yamamoto, 1982 и др.). Однако нами в гистохимических работах были описаны многоклеточные секреторные образования, трубчатые и альвеолярные железы типа боуменовых в обонятельном эпителии морских рыб (Несторович (Дорошенко), Попова, 1972; Дорошенко, Пинчук, 1974; Дорошенко, 1981,2004 идр.).
Значительные вариации в степени развития обонятельной чувствительности рыб обусловили попытки их деления на макро- и микросматиков. Ранее это деление основывалось только на функциональных характеристиках (Wrede, 1932; Frish, 1941). Дальнейшие работы совмещали физиологические эксперименты с исследованием структурных различий в обонятельной системе между группами рыб (Девицина, 1972, 1977; Девицина, Малюкина, 1977; Малюкина и др., 1977).
Антропогенное загрязнение водной среды различными токсическими веществами нарушает естественные поведенческие реакции рыб, оказывая негативное влияние на пищевое, оборонительное, стайное, нерестовое и миграционное поведение. Показано, что загрязнение воды промышленными стоками, содержащими соли тяжелых металлов, фенол и др., вызывает у рыб полную потерю чувствительности к половым феромонам, что может привести к пропуску нереста и необратимым сдвигам природного равновесия в биоценозах (Патин, 1979; Малюкина, 1986; Касумян и др., 1991; Христофорова, 1999; Огородникова, 2001; Девицина, 2004 и др.). Знание
особенностей воздействия токсикантов на поведение рыб представляет интерес и для оценки опасности тех или иных загрязнителей водной среды для человека (Косолапов и др., 1998; Агаджанян и др., 2001; Касумян, 2001; Кику, Гельцер, 2004; Сенотрусова, 2005 и др.)
Проблемы морфофункциональной организации обонятельной системы у
морских рыб в настоящее время недостаточно исследованы и актуальны. В
связи с отсутствием фундаментальной основы для оценки коммуникации
морских рыб обонятельные сигналы, имеющие значительную
информативность, как правило, не используются при обосновании методов управления поведением рыб, в рыбном промысле и марикультуре.
Отмеченные проблемы, представляющие актуальные задачи
эволюционной, экологической и сенсорной физиологии рыб, явились основным направлением данного исследования,
Цель работы - на основании сравнительного гистофизиологического исследования морфофункциональных особенностей органов обоняния дать дифференцированную оценку уровня развития обонятельной рецепции у хрящевых и костистых морских рыб с различным таксономическим положением и экологической специализацией.
В работе решались следующие задачи:
Исследования гистопатологии органов обоняния рыб
Отряд Hexanchiformes, семейство Hexanchidat: шестижаберная акула -Hexanchus griseus (Bonnaterre, 1788) - представитель древних многожаберных акул, известных с юры. Жаберных щелей шесть. Космополит, обитает в Тихом океане и в теплых водах всех океанов на глубинах до 2 тыс. м. Средняя длина 4,0-4,5 м, максимальная 7,0 м. Хищник, питается различными костистыми рыбами, мелкими акулами, скатами, головоногими моллюсками (Пинчук, 1972; Губанов и др., 1986).
Отряд Lamniformes, семейство Lamnidae: тихоокеанская сельдевая акула — Lamna ditropis (Hubbs et Follet, 1947), как и все ламповые, ведет пелагический
зо образ жизни в водах северной части Тихого океана, в Охотском и Японском морях. Иногда собирается в стаи по 20-30 особей. Длина тела достигает 3,0-3,5 м. Активно охотится за горбушей, кетой и другими дальневосточными лососями (Парин, 1971; Губанов и др., 1986; Новиков и др., 2002).
Отряд Carcharhiniformes, семейство Carcharhinidae: голубая акула -Prionace glauca (Linnaeus, 1756) - космополит, обитает в эпипелагиали умеренных, тропических и субтропических вод всех океанов, распространена в Японском, Желтом морях и на тихоокеанском побережье Японии. Средняя длина 2-2,5 м, максимальная до 6 м. Питается головоногими моллюсками и мелкой стайной рыбой, за которой совершает далекие миграции (Парин, 1968; Линдберг, Легеза, 1959; Никольский, 1971; Пинчук, 1972; Губанов и др.,1986).
Акула-молот - Sphyrna zygaena (Linnaeus, 1758). - космополит, обитает в неритической зоне тропических, субтропических и умеренных вод всех океанов. Средняя длина 2,5 м, максимальная до 4 м. Питается скатами (хво-стоколами), мелкими акулами и костистыми рыбами, кальмарами, отмечены случаи нападения на человека. Обоняние чрезвычайно развито (Пинчук, 1972; Губанов и др., 1986; Новиков и др., 2002).
Отряд Squaliformes, семейство Squalidae: акула-катран - Squalus acanthias (Linnaeus, 1758) имеет широкое распространение в умеренно-теплых и умеренно-холодных водах северного и южного полушарий. Довольно многочисленна в Японском, Охотском и Беринговом морях. В заливе Петра Великого образует скопления. Катран - некрупная акула, обычная длина ее 80-90 см, иногда достигает 2 м. Ведет стайный образ жизни. Принадлежит к числу бен-тоядно-хищных рыб пищу составляют различные стайные рыбы (сельдевые, тресковые, лососевые и др.), ракообразные, головоногие моллюски, донные животные (Никольский, 1971; Парин, 1971; Мягков, 1992; Новиков и др., 2002).
Отряд Rajiformes, семейство Rajidae: японский скат - Raja kenojei (Muller et Henle, 1841); скат Смирнова - Bathyraja smimovi (Soldatov et Pavlenko, 1915) - представители рода Ромбовых скатов. Японский скат - типичный обитатель донных биоценозов Японского и Желтого морей, на глубинах 20-95 м. Длина до 150 см. Образ жизни ночной, днем малоактивный, закапывается в грунт. Питается рыбой, моллюсками, ракообразными. Из органов чувств более всего развито обоняние. Биология ската Смирнова мало изучена. Согласно данным, глубоководный донный вид (950 м и более) (Парин, 1971; Долганов, 1983; Новиков и др., 2002).
Отряд Сельдеобразные - Clupelformes, семейство Сельдевые - Clupeidae: тихоокеанская сельдь - Clupea pallasi (Valeenciennes, 1847) - стайный пелагический планктофаг. Основу питания составляют эвфаузиевые рачки, каля-нусы (Световидов, 1952; Веденский, 1957; Линдберг, Легеза, 1959; Новиков и др., 2002). В течение всего жизненного цикла характерен стайный образ жизни. Обладает чрезвычайно широким ареалом, что связано с большой пластичностью к условиям размножения (Посадова, 1985). Явление флюктуации значительно выражено у морских сельдей (Марти, 1980; Пушникова, 1993).
Дальневосточная сардина (сардинопс) - Sardinops melanostictus (Temminck et Schlegel, 1846) - стайная планктоноядная рыба с характерными сложными миграциями, с большими флюктуациями численности, наступающими неожиданно. Основным пищевым объектом сардины в Японском море является зоопланктон (калянус) и фитопланктон (Шунтов, Васильков, 1982).
Японский анчоус - Engraulis japonicus (Temminck et Schlegel, 1846)-пелагический стайный планктофаг. Относится к неритическому комплексу рыб, населяет высокопродуктивные зоны апвеллингов. Большинство анчоусов не совершает дальних миграций. Миграция японского анчоуса к южному побережью Приморья отмечена только в летний период (Пушкарева, 1985; Новиков и др., 2002). Кормовая обеспеченность - главный фактор, определяющий ареал. Являясь консументом 1-2 порядка, использует фито- и зоопланктон. Представляет важное звено в трофических системах (Марти, 1980). Отряд Лососеобразные - Salmoniformes, семейство Лососевые -Salmonidae:
Чавыча - Oncorhynchus tshawytscha (Walbaum, 1792) - самый крупный и ценный тихоокеанский лосось, королевский лосось (англ. King salmon). Достигает длины 147 см и массы 61 кг. Основной район обитания на Дальнем Востоке - Камчатка. Проходной вид. Живет в реках от 1 до 3 лет. Половое созревание от 4 до 7 лет. Питание -ракообразные, рыба, кальмары (Рухлов, 1982).
Нерка - Oncorhynchus nerka (Walbaum, 1792) - достигает длины 50-84 см, массы 1,5-4,1 кг. Наиболее многочисленна в районе Камчатки, встречается на севере Охотского моря и восточном Сахалине. Проходной вид, речной период от 1 до 3-4 лет. Созревание на 3-4 году. Образует жилую (кокани) и карликовую формы. Питается в море эвфаузиидами, копеподами, кальмарами, молодью рыб (Рухлов, 1982; Фадеев, 1984).
Кижуч - Oncorhynchus kisutch (Walbaum, 1792) - проходной вид. Основной район обитания - у Камчатки и вдоль североамериканского побережья Тихого океана. Достигает длины 98 см и массы 14 кг. Речной период 1-3 года. Образует жилую форму, половая зрелость на 4 году. Морской период жизни короткий -1-2 года (Рухлов, 1982; Фадеев, 1984).
Кета - Oncorhynchus keta (Walbaum, 1792); - второй по численности (после горбуши) вид тихоокеанских лососей. Распространен по всей северной части Тихого океана, образуя экологические расы. Достигает длины 102 см, массы 15 кг. Проходной вид. Речной период короткий, в отличие от чавычи, кижуча и симы молодь кеты сразу скатывается в море. Морской период на обширной акватории, питание - ракообразные, молодь рыб (Рухлов, 1982; Фадеев, 1984).
Сравнительная морфофункциональная характеристика поверхности обонятельного эпителия костистых рыб
Сканирующее электронномикроскопическое исследование рецепторной поверхности обонятельного эпителия нами было проведено у 25 видов из 6 отрядов костистых рыб (Дорошенко, 1996,1999,2004; Дорошенко, Девицина, 1988, 2000; Дорошенко, Мотавкин, 1986; Doroshenko, Motavkin, 1986).
Обонятельная розетка у представителей сельдеобразных образована 22-30 складками, билатерально или радиально ориентированными относительно центральной септы. Размеры складок постепенно увеличиваются от ростральной к каудальной части розетки. Каждая складка обращена вогнутой стороной внутрь ольфакторноЙ камеры, к центральной септе, выпуклой стороной - наружу. Вторичная складчатость в обонятельной розетке отсутствует. Пограничные части складок и центральная септа покрывает нереснитчатый индифферентный эпителий, внутренние области на боковой поверхности складок покрыты сенсорным эпителием, характер распределения которого видоспецифичен (4.2, рисунок 3.11).
У сельди тихоокеанской зона сенсорного эпителия на обонятельных складках включает островки индифферентного эпителия, а в некоторых участках наоборот, сенсорный эпителий образует островки в индифферентном (4.2, рис. 3.11 а, б, в). Такое распределение зон сенсорного и индифферентного эпителиев характерно и для других представителей сельдевых, например, харенгулы (Harengula zunasil) и коносира {Konosirus punctatus) (Yamamoto and Ueda, 1978 а). У дальневосточной сардины (S. melanostictus) и японского анчоуса (Е. japonicus) зоны сенсорного эпителия на боковых поверхностях складок розетки непрерывны.
Индифферентный эпителий преимущественно нереснитчатый. Он покрывает центральную септу и границы складок розетки. В состав его входят уплощенные эпидермальные клетки и равномерно распределенные среди них секреторные клетки в виде куполов.
У всех исследованных видов сельдеобразных отмечены два типа обонятельных рецепторных клеток: жгутиковые (преобладающие) и микровилляр-ные. Булава жгутиковых клеток несет 3-5 удлиненных (6-8 мкм) жгутиков, булава микровиллярных клеток снабжена короткими микровиллами (до 3 мкм). Палочковидные клетки встречаются очень редко или отсутствуют (японский анчоус). Рецепторные клетки перемежаются опорными клетками двух типов - мерцательными и микровиллярными. Мерцательные клетки несут на поверхности 20-30 длинных ресничек. Плоская поверхность опорных микровиллярных клеток покрыта короткими многочисленными микровиллами.
Обонятельная розетка тихоокеанских лососей в электронном сканирующем микроскопе представляет сферическое образование, меридионально разделенное на секторы первичными обонятельными складками, число которых 12-19 (Ч. 2, рисунок 3.12, 3.13, 3.16, 3,18). Принцип строения обонятельной розетки лососевых сходен (Дорошенко, Девицина, 1988, 2000; Bertmar 1972 b; Yamamoto and Ueda, 1977). Она имеет округло-овальную форму, центральная септа асимметрично сдвинута, размеры складок возрастают от наименьших ростральных к наиболее удлиненным и хорошо выраженным кау-дальным (Ч. 2, рисунок 3.12, 3.16). Боковые поверхности первичных обонятельных складок приближены друг к другу, вогнутая граница их обращена внутрь к ольфакторной камере, выпуклая граница направлена наружу навстречу входящей струе воды. Боковые поверхности первичных складок тихоокеанских лососей, как и у других представителей лососевых, образуют вторичную складчатость (Ч. 2, рисунок 3.12, 3.13). Вторичные складки (или ламеллы) укреплены ретикулярной тканью, что позволяет поддерживать их в напряженном состоянии, и вода свободно проникает к рецепторным клеткам сенсорного эпителия. Размеры и форма вторичных складок разнообразны и зависят от положения их на первичных складках. Хорошо развитые грибовидные складки покрывают удлиненные каудальные первичные складки, короткие ланцетовидные и шишковидные складки отмечены на боковых поверхностях молодых ростральных первичных складок (Ч. 2, рисунок 3.12, а; 3.13, а; 3.16). Вторичные складки обычно расположены на одинаковом расстоянии друг от друга и почти параллельны на всем протяжении от вогнутой до выпуклой поверхности первичных складок. Обе стороны каждой складки пересекаются 5-10 вторичными ламеллами, общее число их 100-200 шт., в зависимости от видовой принадлежности (Ч. 2, рисунок 3.12, а, б; 3.13, а; 3.16, а; 3.18, а).
При внешнем сходстве плана строения обонятельной розетки тихоокеанские лососи имеют специфический рисунок вторичной складчатости и различное число первичных и вторичных складок. Наибольшее их количество, а также упорядоченность и параллельность вторичных складок отмечены у чавычи и нерки (Ч. 2, рисунок 3.12, 3.13).
Поверхность первичных складок покрыта различными типами индифферентного и сенсорного эпителия. Индифферентный эпителий представлен двумя типами: нереснитчатым и реснитчатым. Нереснитчатый эпителий покрывает большую часть центральной септы, выпуклые границы первичных и наиболее развитых вторичных складок (Ч. 2, рисунок 3.12, 3.16). Он состоит из уплощенных эпидермальных клеток с многогранной поверхностью, испещренной микрогребнями, и почти равномерно разбросанных среди них куполов или отверстий секреторных клеток. Реснитчатый индифферентный эпителий покрывает границы центральной соединительно-тканной септы и большинство вторичных складок (Ч. 2, рисунок 3.12, б; 3.16, а, б). В его состав входят мерцательные опорные клетки, формирующие кустики ресничек на эпителиальной поверхности, а также микровиллярные опорные клетки и секреторные клетки. На границе между индифферентным и сенсорным эпителием формируется узкий пласт переходного эпителия (Ч. 2, рисунок 3.13, в, г). Он состоит из мерцательных опорных клеток, эпидермальных клеток и отверстий секреторных клеток.
Сенсорный эпителий локализуется на боковых поверхностях первичных складок непрерывными участками, разделенными гребнями вторичных складок. Поверхность сенсорного эпителия образуют несколько типов рецептор-ных и опорных клеток, различающихся структурой апикальной поверхности (Ч. 2, рисунок 3.14, а, б; 3.17, в, г). Рецепторные клетки - жгутикового и мик-ровиллярного типов. Жгутиковые рецепторные клетки, которые составляют большинство рецепторных элементов сенсорного эпителия лососей, характеризуются выпуклой округлой булавой, от которой радиально отходят 7-12 жгутиков (5-7 мкм длиной). Булавы микровиллярных рецепторных клеток лишены жгутиков и несут несколько микровилл длиной 1,5 мкм (Ч. 2, рисунок 3.14, а, б). Микровиллярные клетки встречаются в сенсорном эпителии тихоокеанских лососей значительно реже по сравнению со жгутиковыми ре-цепторными клетками (Ч. 2, рисунок 3.14, а; 3.17, а).
Морфогистохимическая характеристика секреторных элементов обонятельного эпителия морских рыб
Таким образом, электронно-микроскопическое исследование обонятельного эпителия хрящевых и костистых рыб показало различие особенностей полиморфизма, пространственного расположения, соотношений и ультраструктуры нескольких типов рецепторных и опорных клеток. По строению обонятельной булавы выделены два типа рецепторных клеток: жгутиковые и микровиллярные рецепторы. Впервые они были дифференцированы у рыб еще в начальном периоде электронно-микроскопических исследований (Бронштейн, Пяткина, 1966; Бронштейн, 1970; Bannister, 1965; Schulte, 1972; Graziadei, 1971, 1973 и др.). Жгутиковые рецепторы представлены различными модификациями и широко распространены в обонятельном эпителии костных рыб, Микровиллярные рецепторы входят в состав обонятельного эпителия хрящевых рыб, в то время как жгутиковые обонятельные рецепторы у них полностью отсутствуют. У костно-хрящевых и костистых рыб в обонятельном эпителии представлены жгутиковый и микровиллярный типы рецепторов, соотношение которых видоспецифично и связано с особенностями экологии видов (Пяткина, 1974, 1976; Девицина и др., 1989; Дорошенко, Девицина, 2000). Несмотря на длительный дискуссионный период в идентификации рецепторных клеток (Бронштейн, 1970; Бахтин, 1976; Schulte, 1972 и др.), в настоящее время установлено методом ретроградной дегенерации, что жгутиковые и микровиллярные клетки являются самостоятельными типами рецепторных клеток (Ichikawa and Ueda, 1977; Yamamoto and Ueda, 1977, 1978a,b,c;1979a,b.c).
По строению дендрита выделен еще один тип биполярного рецептора в обонятельном эпителии рыб - клетка, несущая на поверхности булавы палочку (палочковидная клетка) (Бронштейн, Пяткина, 1966; Пяткина, Дорошенко, 1985; Дорошенко, Девицина, 2000; Bannister, 1965; Schulte, 1972 и др.). Природа этого образования в сенсорном эпителии сома рассматривается как структурно-функциональный комплекс, включающий 15-30 обычных жгутиков (Бронштейн, Пяткина, 1966). Такой же принцип строения сходных палочковидных структур отмечен нами методом электронной сканирующей микроскопии у тихоокеанских лососей (горбуша, кижуч) (Пяткина, Дорошенко, 1985; Дорошенко, Девицина, 2000).
Электронно-микроскопическое исследование обонятельного эпителия тихоокеанских лососей показало наличие всех морфологических типов рецепторных и опорных клеток. Рецепторные клетки представлены жгутиковыми и микровиллярными типами, дифференцирующимися по структуре булав и периферических отростков. В обонятельном эпителии они обычно чередуются с опорными и секреторными элементами, хотя можно наблюдать и непосредственный контакт рецепторов, преимущественно на уровне их ядерных отделов. Морфологическая вариабельность свойственна и опорным элементам обонятельной выстилки лососей. Кроме многочисленных мерцательных и микровиллярных опорных клеток, перемежающих рецепторы, встречаются темные опорные клетки, отличающиеся повышенной осьмиефильностью ци-топлазматического матрикса и большим числом отростков, заполняющих промежутки среди окружающих светлых клеток. Опорные клетки, помимо своей поддерживающей, изолирующей и трофической функции, интенсивно секретируют. Об этом свидетельствует значительное количество секреторных гранул, хорошо развитые элементы эндоплазматического ретикулума и пластинчатого комплекса, большое число митохондрий.
Специализированные секреторные элементы представлены в обонятельной выстилке лососей бокаловидными (I тип) и малыми секреторными клетками (II тип), различающимися структурой гранул секрета, его химизмом и электронной плотностью. Секреторные клетки I типа наиболее многочисленны на верхушках первичных и вторичных складок обонятельных розеток, в индифферентном эпителии; в ольфакторном эпителии - единичны. Секреторные клетки II типа чаще отмечены в зоне расположения рецепторных элементов. Все секретирующие элементы обонятельного эпителия, вероятно, взаимосвязаны в едином процессе, обеспечивающем оптимальное функционирование рецепторов. Они продуцируют секрет, служащий и барьером, и средой для проникновения пахучих веществ, обеспечивают межклеточный обмен и транспорт ионов, выводя их в состав слизи на поверхность обонятельного эпителия. Свидетельством постоянного обновления обонятельного эпителия взрослых лососей является присутствие лимфоцитов и макрофагов в индифферентном эпителии и базальной зоне ольфакторного эпителия, наличие дегенерирующих клеток и клеток аутофагосомной природы. Полиморфизм обонятельного эпителия тихоокеанских лососей связан как с особенностями филогении, так и с экологией при осуществлении сложных функций в процессе миграции и реакции хоминга. Гистохимическое изучение органа обоняния было начато работами Баради и Бурна (Baradi, Bourne, 1953, 1959, а). В обонятельных рецепторах была обнаружена слабая ферментативная активность эстеразы и кислой фосфатазы. Наиболее полный обзор гистохимических исследований органа обоняния рыб и других позвоночных дан в работах А.А. Бронштейна (1962а, б, 1965). Показано, что структурно-химическая организация обонятельных рецепторов у позвоночных отличается определенной стабильностью, что связано, вероятно, с общими путями филогенеза (Бронштейн, 1965, 1977; Попова, 1966; Винников, 1983). Отмечено, что у низших позвоночных, особенно у представителей круглоротых и рыб, мозаичность в пространственном распределении изученных химических биологически активных веществ оказалась выраженной менее отчетливо в связи с более равномерным их распределением по всему периферическому отростку и телу обонятельных клеток (Бронштейн, 1965; Попова, 19716).
Исследование активности ферментов в клетках обонятельного эпителия позвоночных имеет существенное значение для понимания механизма восприятия запаха. Известно, что обонятельные рецепторные клетки млекопитающих, земноводных и пресноводных рыб обладают чрезвычайно высокой активностью окислительных ферментов, локализованных в булаве и прилегающей части периферического отростка (Бронштейн, 1962 а, б; Щекочихина, 1967), высокой активностью щелочной фосфатазы (Бронштейн, 1960; Щекочихина, 1966; Попова, 19716) и меньшей активностью кислой фосфатазы. Изменение активности энзимов обонятельной выстилки под воздействием пахучих веществ дало основание исследователям (Kistiakowsky, 1950; Baradi, Bourne, 1951) выдвинуть ферментативную теорию рецепции вкусовых и пахучих веществ. Хотя исследователи не представили основательных доказательств, их теория нашла последователей и получила некоторые подтверждения (Гомзакова, 1963; Negri, 1957).
Влияние тяжелых металлов на обонятельный эпителий мальков кеты - Oncorhynchus keta Walbaum
Одним из аспектов современной проблемы хеморецепции является изучение роли слизи, покрывающей поверхность обонятельного эпителия. Как промежуточная среда, в которую погружены булавы обонятельных клеток, обонятельная слизь является активной системой и играет существенную роль в процессе восприятия запаха (Субботин, Финкинштейн, 1967; Винников, 1971, 1983; Бронштейн, 1977; Гдовский, 2005; Гдовский, Ружинская, 1988; Ружинская, Гдовский, 2002; Andres, 1969, 1970 и др.).
Поверхность обонятельного эпителия как у первичноводных, так и наземных позвоночных, покрыта слоем слизи, которую, в связи с ее важной ролью в механизме обонятельной рецепции, было предложено называть «обонятельной слизью» (Бронштейн, Леонтьев, Пяткина, 1973; Бронштейн, 1977; Винников, 1983). Этот слой слизи можно рассматривать как промежуточную среду для пахучих веществ, попадающих в носовую полость водных и наземных животных. Слизь, покрывающая поверхность обонятельного эпителия, имеет гетерогенный характер и разделена на несколько слоев. Согласно исследованиям (Субботин, Финкинштейн, 1967; Попова, 1968), она разделена на два слоя: глубокий, образованный секретом опорных клеток, и поверхностный, состоящий в основном из секрета боуменовых желез. По данным других исследователей (Andres, 1969; Drenckhahn, 1970), полученным методом фиксации обонятельной выстилки глютаральдегидом, перфузированньш через кровеносную систему животных, в составе слизи выявлено три слоя: 1) наиболее жидкий, прозрачный нижний слой, в который погружены обонятельные булавы, проксимальные отделы жгутиков и микровиллы опорных клеток; 2) промежуточный слой с осьмиефильными гранулами, образуемый секретом боуменовых желез; 3) тонкая, но плотная поверхностная («терминальная») пленка (толщина 300-800 А), состоящая из волокнистого вещества. Проведенные исследования структуры нефиксированной обонятельной слизи в электронном микроскопе подтвердили гетероморфность слизеобра-зующих элементов (Бронштейн, 1973). Основную массу слизи составляет мелкозернистая или хлопьевидная субстанция, включающая гранулы двух типов: шаровидные гранулы (диаметр до 1 мкм), заполненные гомогенным матриксом умеренной электронной плотности, близкие по структуре гранулам секрета боуменовых желез (содержимое их составляет, видимо, мелкозернистую субстанцию слизи) и более мелкие гранулы (диаметром 0,3-0,8 мкм), включающие многочисленные кристаллы высокой электронной плотности. Эти гранулы, являясь обязательным компонентом обонятельной слизи, а также слизи другого происхождения (кожи, жаберного эпителия), представляют, вероятно, продукт деятельности бокаловидных секреторных клеток. В своем составе электронно-плотные гранулы обонятельной слизи содержат неорганические соли, осаждающиеся в виде кристаллов (Бронштейн и др., 1973).
Гистохимическими и хроматографическими исследованиями (Бронштейн, 1965; Королев, Фролов, 1977; De Vanna, Sallona, 1953; Oledzka-Slotwinska, 1961) показано, что обонятельная слизь многокомпонентна и содержит полисахариды, белки и липиды. Входящие в ее состав нейтральные полисахариды и гликопол и протеиды у наземных позвоночных секретируются боуменовыми железами, в то время как опорные клетки выделяют гликозаминоглнканы (протеогликаны). У пресноводных рыб поверхностный слой обонятельной выстилки представлен глико проте идами и нейтральными полисахаридами. В состав глубокого слоя слизи входит липопротеидный секрет малых секреторных клеток (Попова, 1971; Бахтин, 1976). Особенности структуры, биохимического состава и ферментативной динамики глубокого слоя слизи позволили авторам предположить, что он имеет особое значение в восприятии запаха (Попова, Щекочихина, 1971; Королев, 1974; Бахтин, 1976). Толщина слоя слизи над обонятельным эпителием варьирует в зависимости от вида и типа фиксации: у рыб 20-130 мкм, у лягушек 20-30 мкм, у протея около 50 мкм (Reese, 1965; Holl, 1965; Graziadei P., Graziadei G., 1976).
Наличие белково-липидных комплексов в обонятельной слизи, по мнению отдельных авторов (Попова, 1966, 1972; Бахтин, Филюшина, 1974), является ее характерной особенностью и играет ведущую роль в обонятельной рецепции. Однако эти вопросы представляются дискуссионными. Некоторые данные свидетельствуют об отсутствии специфики белковых и углеводных компонентов (Королев, 1974; Королев, Фролов, 1977), а также ионного состава (Винников, 1979, 1983) обонятельной слизи по сравнению с респираторной слизью.
В соответствии со средой обитания у различных животных имеются специализированные структуры - продуценты слизи в обонятельном эпителии. У наземных животных эту функцию выполняют обонятельные (боуменовы) железы, бокаловидные секреторные клетки и опорные клетки (Винников, Титова, 1957; Бронштейн, 1977). У рыб слизь вырабатывается различными типами секреторных клеток, железистыми структурами, а также опорными клетками (Ч. 2, рисунок 4.1, 4.2) (Несторович (Дорошенко), Попова, 1972; Бахтин, Филюшин, 1974; Дорошенко, Пинчук, 1974; Девицина, 1977; Попова, 19776, Дорошенко, 1981). Секреторная функция клеток в обонятельном эпителии хрящевых рыб не рассматривается авторами однозначно. Согласно одним данным (Reese, Brightman, 1970), опорные клетки в сенсорном эпителии хрящевых рыб не обнаруживают признаков секреторной активности и обонятельный эпителий не покрыт слизью и непосредственно омывается морской водой. По данным, полученным на акуле катран и японском скате, процесс секретообразования осуществляется микровиллярными опорными клетками, секреторными клетками 1 и П типов и носит периодический характер (Дорошенко, Тищенко-Попова, 1975; Бахтин, 1975,1976).