Содержание к диссертации
Введение 4
I. Обзор литературы 10
1.1.0 механизмах действия НИЛИ на биологические системы, 10
различных типов излучений
Методы идентификации фотоакцепторной молекулы, 16 направленные на изучение механизмов воздействия лазерного излучения на клеточном уровне
Модификация некоторых показателей живых организмов 25 экзогенными электромагнитными излучениями
Общая характеристика развития дрозофилы и генный 30 контроль отдельных его стадии
П. Материалы и методы исследования 47
Объект исследования и условия проведения опытов 47
Особенности экспозиции низкоинтенсивным импульсным 49 лазерным излучением
III. Результаты исследования и их обсуждения 51
3.1. Вариабельность численности особей на разных стадиях 51
развития Drosophila melanogaster и массы тела имаго при воздействии НИЛИ.
3.2. Проявление соматического кроссинговера на разных 70
стадиях развития Drosophila melanogaster, зависимость его
от генотипа организма и дозы НИЛИ
3.3. Фенотипические проявления генетических эффектов у 85 Drosophila melanogaster при воздействии НИЛИ на разные стадии развития
IV. Выводы 107
V. Литература 109
Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. Известно, что электромагнитные излучения (ЭМИ) присутствовали на земле на протяжении всего времени существования планеты. Но за последние десятилетия произошел резкий рост уровня их напряженности. Естественные ЭМИ дополнились различными излучениями антропогенного происхождения, которые нарушили годами сложившееся природное равновесие, в том числе и электромагнитный баланс, важнейший компонент биогенной коммуникации (Рорр F.-A., Chang J.J., 1998). Флуктуации электромагнитного фона, являясь мощным стрессовым фактором, вторгаются в эволюционно сложившиеся механизмы адаптации видов (Зубкова СМ. и др., 1999;Булякова Н.В., Азарова B.C., 2002).
Характер отклика биосистемы на указанное экзогенное воздействие определяется следующими его параметрами: длиной волны излучения, мощностью излучения, дозой воздействия, диаметром светового пучка, поляризованностью (линейной, круговой, эллиптической и т.д.), типом воздействия, временем экспозиции, частотой модуляции, длительностью импульса, коэффициентом заполнения, созданием и релаксацией когерентности, учётом монохромотичности.
Одним из типов ЭМИ, применяемом уже более 40 лет является низкоинтенсивное импульсное лазерное излучение (НИЛИ), которое, действуя на живые системы различных уровней организации (макромолекулы, клетки, ткани, органы, организм) вызывает ответную реакцию в виде комплекса разветвлённых цепей взаимосвязанных и взаимообусловленных процессов, в том числе биофизических, биохимических, физиологических и морфологических (Елхов М.П., Каплан М.А., 1993; Алешина Т.Е., 2001; Мелехова О.П., 2005).
Важным является вопрос об инициации ответных реакций на воздействия НИЛИ. Несмотря на то, что открыты разнообразные биоэффекты действия неионизирующих ЭМИ на живые системы (Эндебера О.П., 1996; Чернова Г.В. и др., 2007), вопросы, касающиеся, процессов включения механизмов в реализацию адаптивного ответа организма привлекают особое внимание. Актуальной остается концепция минимизации дозы, ибо энергии НИЛИ должно быть достаточно для запуска ответной реакции организма, приводящей к тем фенотипическим проявлениям, которые определяются как биостимулирующие. Уменьшение дозы воздействия позволяет использование лазерного излучения инфракрасной (ИК) - области спектра в медико-биологических исследованиях и, что особенно важно, для целей диагностики и лечения различных заболеваний человека. На данном периоде состояния проблемы биоэффектов НИЛИ особенно значимыми являются исследования изменений в функционировании генетических систем в соматических клетках при его воздействии на организмы, находящиеся на разных стадиях онтогенеза, которые могут отражаться на развитии морфологических структур и соответствующих признаков у взрослых особей.
Работа в этом направлении открывает дополнительные перспективы получения ответов на многие актуальные вопросы (в том числе и те, которые позволят сформировать новые представления о механизмах действия НИЛИ) и определяет актуальность темы исследования. В этом плане важными представляются сведения из работы П.Г. Светлова (1972). Из нее следует, что индивидуальное развитие есть телеономический процесс, который характеризуется стратегией и тактикой. Существенные отклонения в морфогенетических процессах, определяющих стратегию онтогенеза, могут приводить к изменениям в процессе развития (Мелехова О.П., 2005). Эксперименты, позволяющие вскрыть особенности поведения генов в ядрах соматических клеток у организмов на разных стадиях индивидуального развития, могут быть направлены на изучение обмена между хроматидами
гомологичных хромосом (соматический кроссинговер) (Алиханян СИ. и др., 1985; Жученко А.А., Король А.Б., 1985; Жученко А.А., 2006).
ЦЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЯ. Целью данной работы является изучение влияния НИЛИ на разные стадии индивидуального развития Drosophila melanogaster и оценка генетических и фенотипических эффектов.
ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ ПОСТАВЛЕННОЙ ЦЕЛИ БЫЛИ РЕШЕНЫ СЛЕДУЮЩИЕ ЗАДАЧИ:
Исследовать половые и возрастные особенности проявления некоторых популяционных показателей у Drosophila melanogaster при воздействии НИЛИ на разные этапы онтогенеза.
Оценить относительную величину соматического кроссинговера у разных генотипов Drosophila melanogaster, облученных НИЛИ в зависимости от стадии индивидуального развития.
Выявить зависимость частоты встречаемости рекомбинантных форм на разных стадиях онтогенеза Drosophila melanogaster от дозы НИЛИ, в виде «доза — эффект».
Провести анализ изменений некоторых морфологических структур на теле Drosophila melanogaster, определяемых генетическими процессами на разных стадиях индивидуального развития и воздействием НИЛИ.
Изучить степень выраженности фенотипических эффектов в зависимости от стадии онтогенеза, дозы НИЛИ и генотипа.
ПОЛОЖЕНИЕ, ВЫНОСИМОЕ НА ЗАЩИТУ. Воздействие низкоэнергетического лазерного излучения на разные стадии индивидуального развития живых организмов обусловливает генетические эффекты, влияя на фенотипическую и популяционную изменчивость в проявлении признаков
НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Изучено распределение Drosophila melanogaster по нескольким популяционным признакам (численность, жизнеспособность, масса тела) в ходе их индивидуального развития. Показана его зависимость от дозы НИЛИ. Впервые проведена количественная оценка влияния всех факторов, контролируемых в эксперименте и случайных - остальных, на исследованные признаки. Определены дозы НИЛИ, оказавшие более выраженное действие на их проявление.
Выявлены закономерности появления частоты встречаемости рекомбинантных форм, обусловленные генетическими процессами в соматических клетках Drosophila melanogaster. Особенности фенотипического проявления генетических эффектов зависели от стадии индивидуального развития, на которой были облучены особи, и их генотипа. Наибольшую чувствительность к действию НИЛИ проявили особи на ранней стадии постэмбрионального периода всех исследуемых генотипов. При этом впервые (наряду с другими данными) по результатам анализа дисперсионных комплексов отмечено, что сила влияния изучаемого в данной работе фактора (НИЛИ) в значительной степени определялась градациями других факторов: генотипами облученных особей и стадиями их индивидуального развития. Стадиоспецифичность фенотипического проявления генетических эффектов НИЛИ наблюдались при изучении некоторых морфологических структур на теле Drosophila melanogaster.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ. Методические подходы и методология экспериментальных исследований могут быть необходимы для разработки пороговых норм воздействия на живые организмы неионизирующими излучениями и апробации разрабатываемых разными научно-техническими центрами аппаратов для физиотерапевтической практики.
Материалы исследования могут использоваться в научно-исследовательской и педагогической деятельности ученых, занимающихся исследованием влияния НИЛИ на индивидуальное развитие живых организмов.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Апробация диссертационной работы была проведена на заседании совета Лаборатории Радиобиологии неионизирующих излучений (БИО-ЭМИ) Института Естествознания Калужского государственного педагогического университета им. К.Э. Циолковского 3 июня 2008 г. протокол № 5.
Основные положения диссертации доложены и обсуждены на: студенческих научных конференциях Калужского государственного педагогического университета им. К.Э. Циолковского (2003 - 2005); XIV научно практической конференции: «Современные возможности лазерной терапии» (Великий Новгород, ноябрь 2003 г. - Великий Новгород, Калуга 2004); IX Всероссийской научно-практической конференции «Образование в России: медико-психологический аспект (Калуга - 2004)»; III Международной конференции «Электромагнитные излучения в биологии» (Москва, Калуга - 2005); научных конференциях аспирантов и преподавателей КГПУ им. К.Э. Циолковского (2005 - 2008); XII Всероссийской научно-практической конференции «Образование в России: психологические, педагогические, медицинские, экологические аспекты» (Калуга - 2008).
По результатам научно исследовательской работы в 2004 г. автору настоящей диссертационной работы была присуждена стипендия имени Н.В. Тимофеева-Ресовского за сравнительный анализ проявления биологического действия низкоинтенсивного лазерного излучения в процессе индивидуального развития дрозофил.
ПУБЛИКАЦИИ РАБОТЫ. По материалам диссертации опубликовано 12 печатных работ. Из них 2 — в включенных в перечень ВАК журналах
СТРУКТУРА РАБОТЫ. Диссертация изложена на 126 страницах машинописного текста и включает следующие главы: «Введение», «Обзор литературы», «Материалы и методы», «Результаты исследований и их обсуждение», включающие три раздела, «Выводы». В рукописи приведены 36 иллюстраций, 18 таблиц. Список цитированной литературы содержит 114 публикаций отечественных авторов и 37 - зарубежных исследователей.
