Содержание к диссертации
Введение
ЧАСТЬ I. Обзор литературы.
1.1. Механизмы феромонального контроля наступления половой зрелости и регуляции овариальных циклов грызунов - "мышиная модель" Стр. 8
1.2. Регуляция химическими сигналами овариальных циклов у лабораторной серой крысы Стр. 14
1.3. Влияние химических сигналов на наступление половой зрелости у других видов грызунов Стр. 17
1.4. Влияние химических сигналов на наступление половой зрелости у самок лабораторной серой крысы Стр. 23
1.5. Регуляция сроков наступления половой зрелости у самок дикой серой крысы в природе Стр. 25
1.6. Факторы, модулирующие эффекты феромонов Стр. 26
1.7. Экологическое значение феромональной регуляции наступления половой зрелости у грызунов Стр. 33
ЧАСТЬ II. Общая методика и материалы Стр. 35
ЧАСТЬ III. Результаты.
3.1. Влияние феромонов самца на сроки наступления 1-го эструса у самок лабораторной серой крысы.
3.1.1. Наступление 1-го эструса в группах самок разного состава в контроле и опыте Стр. з
3.1.2. Наступление 1-го эструса в контроле и опыте у самок из выводков разного состава и с разной массой тела Стр. 50
3.1.3. Наступление и акселерация 1-го эструса в разные
сезоны Стр. 56
3.1.4. Сравнение двух методов подачи химических сигналов Стр. 60
3.1.5. Влияние феромонов на наступление 1-го эструса у самок при позднем отъеме Стр. 61
3.2. Влияние феромонов на длительность первых эстральных циклов Стр. 65
ЧАСТЬ IV. Обсуждение
4.1. Влияние феромонов самца на наступление 1-го эструса при разных условиях содержания самок после отъема Стр. 68
4.2. Зависимость акселерации 1-го эструса от массы тела самки Стр. 70
4.3. Зависимость акселерации 1-го эструса от размера родного выводка самки и соотношения полов в нем Стр. 71
4.4. Влияние сезонных факторов на эффект феромонов Стр. 73
4.5. Влияние методов подачи на эффект феромонов Стр. 74
4.6. Влияние возраста отъема на эффект феромонов Стр. 75
4.7. Укорачивание первых эстральных циклов Стр. 75
ЧАСТЬ V. Заключение стр. 77
Выводы стр. 81
Список литературы
- Влияние химических сигналов на наступление половой зрелости у других видов грызунов
- Экологическое значение феромональной регуляции наступления половой зрелости у грызунов
- Наступление 1-го эструса в контроле и опыте у самок из выводков разного состава и с разной массой тела
- Зависимость акселерации 1-го эструса от массы тела самки
Влияние химических сигналов на наступление половой зрелости у других видов грызунов
Важнейшие и наиболее изученные эффекты, которые вызывают обонятельные сигналы, - это стимулирующее или ингибирующее влияние сигналов мочи взрослых особей как на половую циклику взрослых самок, так и на сроки наступления половой зрелости у молодых самок домовой мыши (Mus musculus). В моче самцов, а также эстральных, беременных и лактирующих самок, содержатся вещества, ускоряющие наступление половой зрелости у ювенильных самок домовой мыши (Vandenbergh, 1969; 1973; Drickamer, Murphy 1978; Drickamer, Hoover, 1979). Самки, живущие в условиях высокой социальной плотности, выделяют другие феромоны, замедляющие половое созревание самок (Vandenbergh et al., 1972; Vandenbergh, 1973; Drickamer,1982).
Биосинтез и выделение соединений в моче самцов, вызывающих раннее открытие влагалища и первый эструс на 10-15 дней раньше контрольных сроков, находятся под андрогенным контролем. Неполовозрелые и кастрированные самцы не выделяют активных веществ (замещающая гормонотерапия кастратов восстанавливает их присутствие в моче), кроме того, у доминантных самцов моча содержит 52
"ускоряющие вещества", а моча низкоранговых и субдоминантных - нет (Drickamer, 1983; 1986). По-видимому, выделение химических сигналов с мочой не связано с адреналовои системой, так как удаление надпочечников не влияет на свойства мочи самцов вызывать акселерацию половозрелости самок; также и групповое содержание самцов или повышение их плотности не изменяет свойства сигналов (Drickamer, 1983; 1986). Кроме того, на параметры вызванного самцом ускорения полового созревания самок не влияет, предъявляется ли самкам моча от одного самца, или от разных, или их смесь (Drickamer, 1983). Близкое родство самцов-доноров и самок-реципиентов по одним данным не влияет на акселерацию (Drickamer, 1984 b), по другим -наступление первого эструса статистически достоверно ускорялось подстилкой от кузена или не родственного самца, в отличие от подстилки отца или дяди (Lendrem, 1985).
Феромоны, индуцируя ускорение наступления первого эструса, действуют как синергисты с тактильными раздражителями со стороны самца (Pandey, Pandey, 1988).
Помимо мочи самца у домовой мыши выделяют еще, по крайней мере, 3 сигнала: 1) моча лактирующей или беременной самки; 2) моча самки в эструсе - все они ускоряют половое созревание; и 3) моча групповых самок, которая замедляет наступление половозрелости (Drickamer, 1984 а; 1986).
Замедление полового созревания самок вызывают химические факторы, присутствующие в моче самок мышей (как взрослых, так и молодых), содержащихся группами в условиях повышенной плотности; причем выделение этих факторов не зависит от половых гормонов, но находится под контролем надпочечников. Надпочечники необходимы для продукции и/или выделения замедляющего половое созревание самок феромона в моче самок, выделяемой наружно и содержащейся в мочевом пузыре. У одиночно содержащихся самок мышей этот феромон инактивируется в мочеиспускательном канале, причем этот эффект не зависит от надпочечников (Drickamer, Mcintosh, 1980).
Наиболее полные сведения о физиологическом контроле биосинтеза и выделения феромонов, замедляющих половое созревание у самок лабораторной мыши, можно найти в обстоятельном обзоре Сергея Николаевича Новикова: 1) феромоны вырабатываются в организме как половозрелых, так и неполовозрелых самок и выделяется в составе мочи только при их групповом содержании (моча содержащихся поодиночке особей не содержит факторов, замедляющих половое созревание), причем, феромон присутствует в мочевом пузыре, но инактивируется при прохождении мочеиспускательного канала соединениями, которые, по-видимому, вырабатываются железами в стенках мочеиспускательного канала; 2) синтез феромона не контролируется гормонами яичников, но находится под контролем надпочечников, при этом на инактивацию феромона адреналэктомия не влияет; 3) выделение феромона может происходить через 10 дней после ссаживания мышей в группы, почти столько же требуется для запуска систем инактивации феромона при переводе животных с группового на одиночное содержание (Новиков, 1988, с. 58-61).
Один из ведущих исследователей в этой области американский зоолог Ли Дрикамер показал, что: 1) моча одиночных самок в эструсе ускоряет наступление половой зрелости, по сравнению с мочой одиночных самок в диэструсе 2) моча групповых самок в эструсе не ускоряет половое созревание; 3) только неэстральная моча от групповых самок (по 8 самок в клетке) замедляет половое созревание ювенильных самок, причем эффект не зависит от полового опыта доноров, ни от перекрестного воспитания, ни от выращивания с сибсами или с несибсами; 4) одиночные самки сами начинают выделять замедляющий феромон, если им экспонировать мочу от групповых самок; 5) моча одиночных лактирующих и беременных самок ускоряет наступление половой зрелости (Drickamer, Hoover, 1979; Drickamer, 1982). В дальнейшем решалась задача выяснения связи между стадией эстрального цикла, иерархическим рангом самки и ее способностью продуцировать хемосигналы, ускоряющие или замедляющие наступление половой зрелости у молодых самок. Оказалось, что социальный ранг самок, содержащихся группами, влияет на присутствие в моче этих самок химических сигналов, задерживающих половое созревание молодых самок мышей. Было известно, что замедляющее вещество присутствует в моче из мочевого пузыря у всех самок, независимо от возраста и плотности их в клетке, но обнаруживается только в экскретируемой моче групповых самок. Высокоранговые самки выделяют мало или совсем на выделяют феромоны, замедляющие половое созревание и удлиняющие эстральные циклы других самок. Наоборот, химические сигналы мочи самцов, ускоряющие наступление половозрелости самок, присутствуют
Экологическое значение феромональной регуляции наступления половой зрелости у грызунов
В экспериментах использовали неполовозрелых самок лабораторных крыс линии Wistar, полученных из собственной колонии ИПЭЭ РАН, поддерживаемой в виварии института. Племенных самок на 18-20-ый день беременности рассаживали поодиночке и переводили в изолированное от запахов других животных помещение. На второй день после рождения выводки осматривали и фиксировали соотношение полов в них и количество детенышей. Для опытов отбирали самок из выводков размером от 8 до 15 детенышей, где самцы составляли долю от 20% до 80%. В ранее проведенных экспериментах отъем молодых самок и формирование экспериментальных групп проводили в 21-дневном возрасте у лабораторных линий мышей (Vandenbergh, I969; Drickamer, Hoover, 1979) и крыс (Vandenbergh, I976; Slob et. al., 1985) или в 23-дневном возрасте у мышей - потомков 1-го поколения от диких особей (Drickamer, 1984 d). В наших опытах самки достигали кондиций, оптимальных для отъема в возрасте, не ранее 24 дней, что, вероятно, было связано с климатическими условиями содержания животных.
В экспериментах, ранее проведенных на крысах, ювенильные самки, отобранные по весу: 48-52г (Vandenberg, 1976); или 43-46г и 56-60r (Slob et al., 1985) - содержались поодиночке или в группах (по 4 особи). В связи с тем, что у самок крыс наблюдается более высокий уровень кортикостерона в крови при индивидуальном содержании, чем в группах (Brown, Grunberg, 1995), мы применяли только групповое содержание экспериментальных животных, чтобы исключить влияние фактора стресса. Кроме того, мы не проводили отбор самок по весу.
Таким образом, в наших опытах 24-дневных самок весом от 25 г до 50 г рассаживали в экспериментальные группы по 4 особи, взятые или из разных выводков (группы несибсов), или только из одного выводка (сибсы). При позднем отъеме самок забирали из выводков и ссаживали в группы на 37-ой день. Половину полученных групп использовали в качестве опытных, половину - контрольных, при этом в каждом эксперименте следили, чтобы опытные и контрольные самки не различались по средним показателям массы тела, размеру выводка и соотношению полов в выводке. В ряде случаев, о которых будет отмечено ниже: в описании методов и результатов конкретных экспериментов - для того, чтобы оценить сезонную вариабельность сроков наступления первого эструса, формировали дополнительные группы самок, которых выращивали и содержали аналогично контрольным группам.
В качестве доноров химических сигналов использовали половозрелых сексуально опытных самцов крыс линии Wistar 10-18-ти месячного возраста, не являющихся близкими родственниками самок-реципиентов.
Условия содержания.
Все животные: племенные и экспериментальные самки, а также самцы-доноры - содержались в стандартных пластиковых клетках для крыс (70x40x20 см) в помещении вивария в климатических условиях, приближенных к природным: при естественном освещении и близком к естественному суточному перепаду температур. Все эксперименты проводились в период с апреля по октябрь. Контрольные и опытные животные содержались в помещениях, изолированных друг от друга и от запахов других животных.
В качестве подстилки использовали древесные стружки. Животные получали воду и пищу в избытке.
Процедура предъявления химических сигналов. Источником химических сигналов служила подстилка из клеток самцов, содержащихся по 2-3 особи, которую брали для использования в эксперименте через 2-4 дня после регулярной гигиенической чистки клеток. Подстилку, взятую из разных клеток самцов, смешивали и равное по объему количество (около 200 мл) помещали в клетки с экспериментальными самками. Процедуру проводили в первые сутки после отделения неполовозрелых самок от их родных выводков и рассаживания в группы и продолжали до тех пор, пока все самки в группе не приходили в эструс.
Применяли два режима подачи химических сигналов самца: ритмический и ежедневный. При ежедневном режиме процедуру повторяли каждый день (регулярную гигиеническую чистку клеток проводили каждые 7-8 дней). Ритмический метод подачи химических сигналов разработан в нашей лаборатории для оптимизации синхронизации астральных циклов взрослых крыс (Соколов и др., 1990 б; 1991). Подстилку помещали в клетки с самками один раз каждые 8 дней, оставляли на одни сутки, после чего клетки самок чистили. Аналогичные процедуры в том же режиме, но с чистой подстилкой, проводили с контрольными самками.
Тестирование самок.
Экспериментальных самок ежедневно осматривали и с момента открытия влагалища ежедневно брали вагинальные смывы, которые немедленно рассматривались под микроскопом. Момент наступления первого эструса определяли по наличию в смыве полностью ороговевших клеток эпителия влагалища. Вагинальные смывы продолжали брать до тех пор, пока у каждой самки не проходило 2 или 3 астральных цикла.
Наступление 1-го эструса в контроле и опыте у самок из выводков разного состава и с разной массой тела
По литературным данным действие феромонов самца домовой мыши вызывает существенные изменения в сроках наступления 1-го эструса, и ускорение может достигать 10-15 дней (Vandenbergh, 1969; Drickamer, 1983). У большинства линий лабораторных крыс наступление 1-го эструса отмечается в период от 35 до 45 дней (Ojeda et. al., 1983). В экспериментах на крысах был показан эффект ускорения наступления 1-го эструса на 5-9 дней (в присутствии взрослого самца у самок линии Holzman) и на 6 дней (под действием химических сигналов самца у самок линии Wistar) (Vandenbergh, 1976; Sanches-Criado, Gallego, 1979). У самок крыс в этих экспериментах эструс наступал в возрасте 29-35 дней. Наши данные были получены в климатических условиях, приближенных к природным. Мы не проводили стандартизирующих процедур (выравнивание выводков, отбор самок по весу), которые применялись в ранее проведенных работах по лабораторной крысе. Разброс данных по возрасту наступления первого эструса у самок в экспериментах (в весенне-летний период) колебался в широких пределах: от 34 до 48 дней. Феромоны самца приводили к более синхронному наступлению первого эструса у самок крыс и вызывали его ускорение на 2-4 дня по сравнению с контролем. Таким образом, в климатических условиях, приближенных к природным, эффект ускорения феромонами наступления 1-го эструса проявляется в меньшей степени, чем в стандартных лабораторных условиях. В целом ускоряющий эффект феромонов самца крысы слабее, чем феромонов самца домовой мыши.
Показанные нами эффекты были получены при содержании самок после отъема в группах сибсов. В группах несибсов феромоны самца не изменяли сроки и вариабельность наступления первого эструса. В то же время, само по себе содержание самок в группах несибсов (при подкладывании чистой подстилки) вызывало тенденцию к уменьшению возраста первого эструса, по сравнению с сибсами. Различия между сибсами и несибсами (в среднем 1-1,5 суток) не были достоверными, но стабильно наблюдались в трех экспериментах, проведенных в разные месяцы и годы (эксперименты №№ 2, 3, 4). У серой крысы, в отличие от домовой мыши, не описан феномен подавления циклики и полового созревания самок при групповом содержании. Тем не менее, содержание самок крыс после отъема в группах может влиять на их репродуктивную систему, изменяя как сроки наступления первого эструса, так и действие на них химических сигналов. В работе Д. Ванденберга (Vandenbergh, 1976) у одиночно содержащихся ювенильных крыс присутствие самца вызывало в два раза большее ускорение наступления эструса (в среднем на 9 дней), чем в группах (на 5 дней). В опытах А. Слоба (Slob et al., 1985) у одиночных самок эструс наступал в 35-дневном возрасте, а у содержащихся группами - в 39-дневном возрасте, независимо от присутствия самца или его выделений. Отчасти это согласуется с результатами наших опытов, где состав группы оказывал влияние на сроки наступления первого эструса и на эффект феромонов самца. Возможно, имеет место взаимное влияние ювенильных самок в группе. По крайней мере, для одного вида грызунов - сосновой полевки (Microtus pinetorum) - известно, что сибсы в выводке могут подавлять репродуктивную активность самок, но это подавляющее влияние на самок оказывают не другие молодые самки, а самцы (Shadier, 1983). Из других причин можно предположить влияние социального стресса. В упомянутых нами выше опытах Д. Ванденберга и А. Слоба стресс может вызывать процедура отделения молодой самки от остального выводка, в наших опытах - ситуация социальной новизны, когда молодых самок перемешивают с другими незнакомыми молодыми самками. На фоне этого влияния, хотя и незначительного, в наших опытах действие феромонов не проявилось.
Метаболические факторы, определяющие скорость роста и массу тела у молодых особей, - одни из важнейших регуляторов наступления половой зрелости у самок грызунов, в том числе, серых крыс (Ojeda, Urbanski, 1988). В то же время, известно, что у лабораторных мышей изменение сроков наступления половозрелости под влиянием феромонов происходит без изменения веса самок (Новиков, 1988). Кроме того, по некоторым данным сроки наступления половой зрелости у лабораторных мышей могут не зависеть от веса тела (Kruczek, Gruca, 1990). Высказываются предположения, что у домовой мыши две системы регулирования - соматического роста и наступления половозрелости - могут работать относительно независимо друг от друга. По-видимому, контроль репродуктивного и морфологического развития осуществляется разными программами (Drickamer, 1981а).
В наших условиях самки к моменту отъема имели несколько меньшую массу тела: в среднем 37-40 г, чем самки, которых использовали в опытах другие авторы: от 43г до 60г (Vandenberg, 1976; Slob et al., 1985). Наиболее выраженный эффект акселерации в наших опытах был получен для самок от 39 до 25 г. Феромоны самца нивелировали более раннее созревание тяжелых самок, по сравнению с более легкими самками. В результате у самок с меньшей массой тела эструс наступал в те же сроки, что и у самок, которые к 24-дневному возрасту набирали большую массу тела. По-видимому, феромоны самца крысы выполняют функцию "выравнивателя" и стимулируют в большей степени тех самок, которые в силу влияния метаболических факторов могли бы достичь наступления первого эструса в более поздние сроки.
Зависимость акселерации 1-го эструса от массы тела самки
Сейчас уже имеется много данных, свидетельствующих о том, что обонятельные сигналы играют важнейшую роль в поведении животных и процессах воспроизводства. Феромоны - одно из средств передачи необходимой информации и регуляции этих процессов. У млекопитающих релизер- или праймер-феромоны могут действовать как самостоятельно, так и в комбинации с акустическими, оптическими или тактильными стимулами (Drickamer, 1990; Vandenbergh, 1994). Обонятельная система особи воспринимает находящиеся в воздухе химические сигналы, которые вызывают у реципиента поведенческие и эндокринные ответы. Обширные исследования как грызунов, так и представителей одомашненных форм копытных: свиней, крупного рогатого скота, овец и коз установили важность феромонов самцов в репродуктивных процессах самок (Rekwot et al., 2001).
Роль химических сигналов в ряду регуляторов времени полового созревания у самок грызунов оценивается как очень важная, что подтверждается многочисленными исследованиями, проведенными на лабораторной и дикой домовой мыши. У других видов грызунов можно наблюдать сходные механизмы регуляции циклики и наступления половой зрелости самок, но в то же время, во многих случаях, "мышиная модель" не работает (Schadler, 1983; Therman, 1984 a, b; Kruczek et al., 1989; Gubernick, Nordby, 1992).
При сравнении данных по серой крысе и домовой мыши, обнаруживаются общие черты: 1) общая схема феромонального контроля - сочетание ингибирующих и стимулирующих влияний на репродуктивную систему самок; 2) только стимулирующая направленность действия феромонов самцов на самок, в то время как феромоны самок обладают и стимулирующим и подавляющим действием; 3) контроль феромонами осуществляется как в пубертатный, так и репродуктивный периоды жизни самки; 4) эффекты феромонов ограничиваются действием генетических, сезонных и гормональных факторов. В то же время, прослеживаются отличия: самки мышей при групповом содержании выделяют с мочой вещества, которые подавляют циклику и половое созревание самок. По этой причине сокращение и синхронизация циклов у взрослых самок мышей возможно только при действии феромонов самца, в то время как в группах крыс возможна спонтанная синхронизация циклики без участия феромонов самца. По-видимому, можно говорить о существовании и у серых крыс единой регуляторнои системы, функционирующей в пубертатный и репродуктивный периоды жизни самки, также как и у домовых мышей. Тем не менее, при общей схожести механизмов регуляции феромонами репродуктивных процессов у самок этих видов, у крыс эта система может работать иначе.
Феромоны самца у серой крысы играют менее значительную роль в синхронизации циклики половозрелых самок, чем у домовой мыши (McClintock, 1983 b). Эффекты химических сигналов самца серой крысы, полученные на ювенильных самках, не столь значительны, как у домовой мыши. Это показано в предшествующих работах в стандартных лабораторных условиях, и в настоящем исследовании в климатических условиях, приближенных к естественным.
Феромоны самца крысы, сокращая сроки и уменьшая вариабельность наступления 1-го эструса у самок, усиливают ускорение наступления эструса, обусловленное сезонными и, вероятно, возрастными факторами. Феромоны самца крысы проявляют тенденцию избирательно влиять на ювенильных самок. Они выравнивают индивидуальные различия в сроках наступления первого эструса, связанные с массой тела самки.
Таким образом, химические сигналы самца серой крысы, выступают, скорее, как инструмент тонкой подстройки, а не ключевого модулятора, как это принято считать для домовой мыши. Феромоны самца крысы действуют или как выравниватель различий, обусловленных действием других факторов, или как катализатор процессов ускорения, вызванных другими факторами.
Возможно, различия в регуляции феромонами репродуктивной биологии самок у домовой мыши и серой крысы связаны с особенностями социальной организации этих видов грызунов. "Социальная организация у серых крыс представлена локальными группировками, которые относительно независимы друг от друга и чрезвычайно разнообразны по своему происхождению, составу я характеру взаимоотношений между отдельными особями. Именно это разнообразие группировок, основанное на индивидуальных особенностях их членов, определяет специфичность организации поселений пасюка и, следовательно, пластичность и быструю приспособляемость животных постоянно меняющимся условиям обитания" (Соколов, Квашнин. В кн.: Серая крыса. М.: Наука, 1990, с. 288). Наряду с пластичностью социальной организации и репродуктивных стратегий, которой серая крыса обладает в большей степени, чем другие синантропные млекопитающие, самки крыс склонны жить более тесными сообществами, чем самки домовой мыши (Соколов, Квашнин, 1990; Карасева, Тощигин, 1993; Краснов, Хохлова, 1994; Калинин, 1995; Карасева и др., 1999). Возможно, высокая степень индивидуализации и лабильности социальных отношений в группировках крыс приводит к снижению роли феромонов самца крысы в регуляции репродукции самок.
