Введение к работе
Актуальность проблемы. Об огромной роли оптического излучения как постоянно действующего эколого-физиологического фактора свидетельствуют уже те факты, что в процессе эволюции у многих животных появились фоторецепторы и развился ряд адекватных приспособительных реакций. Благодаря зрительному анализатору живые организмы получили возможность ориентироваться в пространстве и осуществлять разнообразные поведенческие акты. Однако биологическая роль оптических излучений при целенаправленном поведении изучена далеко недостаточно (Батуев, 1981; Судаков, 1984; 1996; Симонов, 1987; Козлов, Тушмалова, 1995; Удалова, 1995; Салтыков, 1996; Урываев, 1996; Skilbrel et al., 1994). Накопленный экспериментальный и теоретический материал в этой области является пока фрагментарным. Так, например, стала известной важность этого фактора в процессах ориентации различных мигрантов и регулировки некоторых биоритмов живых систем (Соколов, Кузнецов, 1978; Дьяченко, 1992; Шекарова и др. 1995; Чурмасов, Орлов, 1999; Crabtree, 1995 и др.). Появились данные о влиянии светового воздействия на чувство времени у животных (Дан, 1984; Papi et al., 1991; Gwinner, 1995).
В настоящее время все больше накапливается фактов о влиянии оптического излучения также и на физиологические процессы в организме. Показано, что в зависимости от параметров такого воздействия могут изменяться многие стороны жизнедеятельности живых организмов, в том числе и сельскохозяйственных животных. Биологическая роль света наиболее выявлена в птицеводстве, где освещенность нормируют как по продолжительности и интенсивности, так и по периодичности смены темноты и света (Данилова и др., 1987; Асриян и др., 1990; Киселев и др., 1994; Позина, 1996; Roland et al., 1995). Полученные за последние годы данные о влиянии оптического излучения различных диапазонов на крупный рогатый скот, свиней и других животных также свидетельствуют о возможности его практического применения с целью изменения физиологического состояния и стимулирования продуктивности (Эфендиев, 1986; Абрамов, 1990; Юрков, 1991; Кракосевич, 1994; Казаков, Чурмасов, 1996; Borkowski, Strzezek, 1994; Hodel et al., 1995). Однако и здесь много нерешенных вопросов. В частности, неясна роль спектрального состава, интенсивности и продолжительности освещения при различных функциональных состояниях организма. Недостаточно изучена значимость ультрафиолетового и комбинированного
облучения крупного рогатого скота при анализе его резистентности и продуктивности. Эффективное решение этой проблемы приобретает особое значение в связи с появлением новых и технически более совершенных источников освещения и облучения.
Очевидно, реакция организма на воздействие оптического излучения является комплексной, включающей как поведенческие, так и многие физиологические показатели. По-видимому, существует связь между параметрами синаптической передачи, характеризующей физиологические процессы в нервной системе, и доминирующими мотивациями, формирующими целенаправленное поведение. К сожалению, способы дифференциации функциональной специфичности синапсов по их морфологическим показателям, необходимые для обнаружения этой связи, в настоящее время практически не изучены (Сотников, 1985; Моторина, 1991; Шаповалов и др., 1993; Пушкарев и др., 1995; Pollack, 1994).
Таким образом, нет целостного представления о биологической роли оптических излучений. В литературе отсутствуют сведения об интегральной картине изменений физиологических процессов и поведенческих реакций при действии оптических излучений. Между тем прогресс в этой области, прежде всего, связан с развитием представлений о функциональной структуре целенаправленного поведенческого акта в условиях оптических воздействий, о роли доминирующих мотиваций в развитии целенаправленного поведения, о световой синхронизации и стабилизации биоритмической системы животного и т.п. Все выше изложенное сдерживает внедрение соответствующих методов оптических воздействий в практику народного хозяйства.
Цели и задачи исследований. Целью настоящей работы явилась разработка современных представлений о регуляторной роли световых потоков в развитии интегральной реакции животных, связанной с синхронизацией и стабилизацией физиологических процессов и формированием целенаправленного поведения.
Для достижения этой цели перед нами были поставлены следующие задачи:
Показать роль светового фактора в механизмах ориентации животных при целенаправленных перемещениях, связанных с доминирующей мотивацией, и разработать функциональную структуру поведенческого акта
Выявить связь между морфо-физиологическими и поведенческими показателями на основе анализа синаптических процессов при развитии доминирующих мотиваций и разработать структурно-функциональную модель синаптической передачи в этих условиях.
Изучить эффективность действия оптических излучений различных интенсивностей, иродолжительностей и спектральных составов, в том числе и от новых перспективных промышленных источников световой энергии на физиологическое состояние организма, его резистентность и продуктивность.
Разработать интегральную схему реакции животного на воздействие оптического излучения.
Исследовать воздействие оптических излучений на видах животных, представляющих экономический интерес.
Научная новизна исследований. Создана оригинальная математическая модель поведения животного в лабиринте, на основании которой разработан метод количественного определения параметров психофизиологического фактора - стремления к перемещению. С помощью разработанного метода выявлен план целенаправленного движения горбуши на финальном этапе морской нерестовой миграции. Впервые доказана способность этой рыбы к солнце-компасной ориентации и ее возможность использовать информацию о поляризованном свете. На основании полученных данных составлена схема функциональной структуры целенаправленного поведенческого акта.
Впервые разработана структурно-функциональная модель синаптической передачи, позволяющая на базе регистрируемых параметров внутрисинаптических нейрофиламентных образований определить функциональную специфичность синапсов и показать связь синаптической активности с доминирующими мотивациями.
Впервые исследованы новые типы газоразрядных ламп высокого давления и подобраны эффективные режимы облучения крупного рогатого скота с целью возможности их использования в животноводческих комплексах. Показано, что выбранные режимы положительно влияют на физиологическое состояние крупного рогатого скота, показатели их резистентности и продуктивности.
Разработана интегральная схема реакции организма животных на воздействие оптических излучений.
Практическая значимость исследований. Полученные результаты позволяют управлять миграционным процессом такого ценного промыслового вида, как горбуша. Они могут быть использованы также для определения маршрутов миграций и способов ориентации других промысловых рыб. Выявленные механизмы навигации могут использоваться при разработке новых навигационных систем, учитывая, что современное техническое оборудование по многим параметрам уступает таковым у ряда видов бионтов.
Экспериментально обоснована возможность применения
дозированного оптического излучения различных диапазонов в промышленном животноводстве для более полной реализации потенциальной продуктивности. Подобранные режимы, особенно при использовании новых типов газоразрядных ламп (ДРЛ и ДнаТ), позволяют увеличивать приросты живой массы молодняка, повышать молочную продуктивности коров, улучшать показатели сохранности, сервис-периода и процента выхода живых телят.
Результаты работы внедрены в агрофирме ГУП «Толмачево»
Кстовского района Нижегородской области и включены в
программы курсов по физиологии и биофизики животных для
студентов-биологов Нижегородской государственной
сельскохозяйственной академии и используются в учебном процессе.
На защиту выносятся следующие основные положения:
Роль светового фактора в механизмах ориентации животных при целенаправленных перемещениях, связанных с доминирующими мотивациями.
Структурно-функциональная модель синаптической передачи при развитии доминирующих мотиваций.
Эффективность действия дозированного оптического излучения на физиологические процессы, протекающие в организме, показатели резистентности и продуктивности сельскохозяйственных животных.
Оптическое излучение как фактор синхронизации и стабилизации физиологических процессов. Интегральная схема реакции организма на действие оптического излучения.
Апробация работы и публикации результатов исследований. Материалы диссертации доложены на 6 Международных, Всесоюзных и Всероссийских конференциях, конгрессах, школах-семинарах и 2 региональных научно-практических конференциях в Нижегородской государственной сельскохозяйственной академии. По результатам исследований опубликовано 30 научных работ, в том числе 1 монография (22 п.л.) и 4 учебно-методических пособия (10 П.Л.).
Объем и структура работы. Диссертация изложена на 356 страницах машинописного текста, состоит из введения, обзора литературы, материалов и методов исследований, результатов собственных исследований, основных выводов, предложений производству, списка использованной литературы, включающей 501 наименований, в том числе 185 на иностранных языках.