Закономерности роста массы тела эмбрионов, развития слуховых ядер продолговатого мозга и метаболизма у выводковых птиц на примере домашней курицы gallus gallus
на правах рукописи
Солдатова Ирина Борисовна
Закономерности роста массы тела эмбрионов,
развития слуховых ядер продолговатого мозга
и метаболизма у выводковых птиц на примере
домашней курицы Gallus gallus
03.00.08 – зоология
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата биологических наук
Москва, 2008
Работа выполнена на кафедре зоологии позвоночных биологического факультета Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова.
Научный руководитель доктор биологических наук Голубева Татьяна Борисовна
Официальные оппоненты доктор биологических наук, профессор Голиченков Владимир Александрович кафедра эмбриологии биологического ф-та МГУ имени М.В.Ломоносова доктор биологических наук, профессор Остапенко Владимир Алексеевич, Московская государственная академия ветеринарной медицины и биотехнологии им. К.И.Скрябина
Ведущая организация Институт проблем экологии и эволюции имени А.Н.Северцова
Защита состоится 22 декабря 2008 г. в 17.00 на заседании диссертационного совета Д 501.001.20 при Московском государственном университете имени М.В.Ломоносова по адресу: 119991 Москва, Ленинские горы, дом 1, стр.12, биологический факультет.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке биологического факультета МГУ имени М.В.Ломоносова.
Автореферат разослан 21 ноября 2008 г.
Ученый секретарь диссертационного совета кандидат биологических наук Л.И.Барсова
Общая характеристика работы
Актуальность темы. Исследование количественных закономерностей развития животных – актуальная проблема теоретической и прикладной биологии.
Рост, как один из аспектов развития, изучают на разных уровнях – на уровне клеток, тканей и целого организма. Поскольку рост на уровне целого организма – комплексный процесс, его изучение проводят различными методами, в том числе, применяют методы математического моделирования.
При феноменологическом изучении эмбрионального роста выводковых птиц ранее использовали приближенные описания различными математическими функциями и моделями: параболической (Шмальгаузен, 1926;
Needham, 1963;
Терскова, 1975 и др.), логистической (Hoyt, 1987), уравнением Гомперца (Laird, 1966). Однако их использование не приводило к достаточно удовлетворительным результатам, поскольку для описания роста на протяжении всего эмбриогенеза приходилось вводить несколько разных уравнений и ряд дополнительных поправок.
Для преодоления возникающих трудностей нами использовано наиболее общее балансовое уравнение Берталанфи (Bertalanffy, 1957). Оно основано на законе сохранения массы (энергии), поэтому универсально и применимо для описания роста беспозвоночных и позвоночных животных различных систематических групп на разных стадиях эмбриогенеза (Винберг, 1975;
Мина, Клевезаль, 1976;
Заика, 1975;
Зотин, Зотина, 1993). Мы применили уравнение Берталанфи также при описании объемного роста нейронов слуховых ядер мозга у курицы.
Развитие комплекса слуховых ядер представляло для нас интерес по следующим причинам. В связи с задачами исследования необходимо было изучить рост и количественно описать развитие какой-либо нервной структуры с достаточно хорошо известными физиологическими функциями. Мы считали необходимым, чтобы эти структуры были задействованы в формировании первых, жизненно важных поведенческих реакций раннего онтогенеза, поскольку показано, что включение анализаторной функции или быстрое ее развитие может замедлять скорость роста других анализаторных структур (Голубева, 1993).
Поставленным условиям удовлетворяют слуховые ядра продолговатого мозга, так как до включения зрения слуховой анализатор является ведущим в формировании пищевого и оборонительного поведения птиц, и роль слуха остается значительной и после развития зрения. В то же время, несмотря на многостороннюю изученность слуховых ядер у эмбриона курицы (Boord, Rasmussen, 1963;
Jhavery, Morest, 1982;
Lippe, Rubel, 1985 и др.), описание развития стадий нейронов на основе цитокариометрии и количественные характеристики роста самих ядер и их нейронов для этого вида отсутствуют.
В то же время появляется все больше свидетельств о влиянии внешней среды, акустического сенсорного притока (как и любой другой экологически важной сенсорной модальности) на развитие слуховой системы, на созревание её морфологических структур и проявление функциональных характеристик и на развитие всего организма в целом (Голубева, 1993;
Vince, 1973;
Golubeva, 1997).
Выбранный нами подход к изучению закономерностей протекания эмбриогенеза позволил проследить возможные корреляции созревания и роста всего организма и определенной нервной структуры с известными свойствами.
Цель и задачи исследования. Цель исследования - установить общие количественные закономерности роста и метаболизма эмбрионов и развития в онтогенезе модельной нервной структуры (слуховых ядер) выводковых птиц.
В задачи работы входило:
1. Количественно описать рост массы тела модельного объекта - эмбрионов курицы.
2. Применить уравнение Берталанфи к исследованию роста в эмбриогенезе птиц и описать с его помощью весь эмбриональный период роста массы тела курицы.
3. Изучить процессы роста и развития слуховых ядер продолговатого мозга курицы, качественно и количественно описать развитие их нейронов, провести математический анализ закономерностей роста нейронов.
4. Изучить влияние акустической стимуляции на рост, развитие и изменение уровня метаболизма эмбрионов курицы.
Научная новизна. Впервые описан рост массы тела эмбриона курицы в течение всего периода пренатального онтогенеза одним уравнением Берталанфи с параметрами, значения которых меняются в зависимости от возраста. Проведено сравнение значений двух слагаемых уравнения Берталанфи, отвечающих, соответственно, за анаболизм и катаболизм жизнедеятельности и показано, что в период эмбриогенеза вторым слагаемым можно пренебречь. В процессе эмбриогенеза курицы выделены два периода с различными типами роста. Первый период (от 0 до 2-3 суток) следует экспоненциальному закону, второй - (6-17 сутки) – параболическому. Они разделены переходным интервалом, в котором темп роста снижается по сравнению с первым периодом. Интервал перед вылуплением отличается от второго периода также снижением темпов роста. Во втором периоде на фоне параболической зависимости выявлены циклические изменения массы тела, связанные с периодическими изменениями параметра N, характеризующего скорость роста, обусловленной, в свою очередь, способами и составом питания эмбриона.
Впервые с помощью цитокариометрического анализа выделены и описаны стадии развития нейронов слуховых центров продолговатого мозга в онтогенезе курицы. Показано, что с 9 по 19-е сутки эмбриогенеза происходит интенсивный рост объемов нейронов магноцеллюлярного ядра, который хорошо описывается решением уравнения Берталанфи для второго периода роста массы тела эмбриона.
Впервые количественно описана ростро-каудальная неравномерность созревания магноцеллюлярного ядра. Показано, что с 19-х суток эмбриогенеза рост слуховых нейронов и самих слуховых ядер замедляется, что коррелирует как с замедлением роста массы тела и метаболизма, так и с началом интенсивной акустической коммуникации.
Экспериментально показано, что акустическое воздействие в последние дни перед вылуплением приводит к повышению уровня метаболизма по сравнению с контролем. Прирост массы тела в конце инкубации эмбрионов, получивших акустическую стимуляцию, продолжает следовать параболической зависимости уравнения Берталанфи;
одновременно резко возрастает уровень процессов метаболизма. У акустически стимулированных эмбрионов отмечено также снижение суммарных затрат энергии на прирост и метаболизм в период с 18 суток инкубации и до вылупления.
Апробация работы и публикации. Материалы и основные положения диссертации доложены на II нейрогистологической конференции, посвящённой памяти чл.- корр. АН СССР и АМН СССР Н.Г.Колосова «Колосовские чтения - 94», Санкт-Петербург, 1994;
XI Международном Совещании по эволюционной физиологии, Санкт-Петербург, 1996;
4th Conference of the European Ornitholоgists’ Union, Chemnitz, Germany, 2003;
II Международной орнитологической конференции «Современные проблемы орнитологии Сибири и Центральной Азии», Улан Уде, 2003.
По теме диссертации опубликованы 10 работ, из них 5 – статьи (2 - в журналах из списка ВАК), 5 –тезисы конференций.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 136 стр., включает 12 таблиц и 45 рисунков. Текст работы состоит из введения, 6 глав, заключения и списка литературы. Последний содержит 196 источников, в том числе - 103 на иностранных языках.
Благодарности. Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю, доктору биологических наук Татьяне Борисовне Голубевой и кандидату биологических наук Ларисе Ивановне Барсовой за всестороннюю помощь в работе, сотрудникам кафедры зоологии позвоночных биологического факультета МГУ имени М.В.Ломоносова за постоянную поддержку в исследованиях, доктору физико-математических наук Борису Абрамовичу Шуляку и Анне Александровне Виноградовой за консультации в области математического анализа.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Глава 1. Обзор литературы В данной главе в специальных разделах приведены наиболее важные опубликованные сведения по истории исследования роста организмов позвоночных методами математического моделирования, по развитию слуховых ядер продолговатого мозга в онтогенезе птиц, роли акустической стимуляции в пренатальном онтогенезе выводковых птиц и метаболизму эмбриона курицы.
Глава 2. Материал и методы исследования В качестве модельного объекта в работе использованы эмбрионы кур кросса Беларусь-9. Инкубацию яиц с первого дня проводили в термостатах ТС-80 при температуре 37,50 С и влажности 70%.
2.1. Рост эмбрионов В течение всего исследования определена масса тела у 144 эмбрионов в возрасте от 5 до 20 суток;
ежедневно определяли массу тела у 9-ти эмбрионов.
Взвешивание проводили на весах ВЛТК-500-М. Кроме собственных результатов, мы обработали массив количественных данных по росту массы тела эмбрионов кур, приведенных в работах И.И Шмальгаузена (1926), Е.Ф.Лисицкого и Е.С.Крок (1949), Н.Т.Изкенова с соавторами (1985), Ю.Н.Каменского (1988), Т.Баерли (Byerly,1932), и А.Романова (Romanoff, 1967).
При обработке и анализе результатов измерений массы тела M(t) эмбрионов применяли графический метод построения зависимостей массы M от времени t в логарифмических масштабах, метод наименьших квадратов и метод относительных переменных (Белинский и др., 1965;
Выгодский, 1975;
Бронштейн, Семендяев, 1980;
Walford, 1946).
Для количественного описания роста массы эмбрионов использовано достаточно часто применяемое уравнение роста Пютера-Берталанфи (Putter, 1920;
Bertalanffy, 1937, 1949, 1957), которое связывает скорость роста с массой животного на протяжении всей жизни. Параметры степенного уравнения определяли по А.А.Умнову (1976). Проведено сравнение темпа роста эмбрионов разных пород и кроссов кур.
2.2. Развитие слуховых ядер Формирование слуховых ядер продолговатого мозга курицы прослежено у эмбрионов (на 9-е, 12-е, 14-е, 16-е, 18-е, 19-е, 20-е сутки эмбриогенеза и на стадии вылупления) и у 8-ми цыплят (на 1-е, 3-и, 6-е, 10-е, 21-е, 38-е, 112-е и 180-е сутки после вылупления). Мозг эмбрионов и цыплят фиксировали спиртом и заливали в парафин. На микротоме МС-2 изготовлены серии фронтальных срезов мозга толщиной 20 мкм. Срезы окрашивали крезил-виолеттом по Нисслю (Ромейс, 1953).
Зарисовки нейронов слуховых ядер продолговатого мозга проводили при увеличении 900х с помощью микроскопа МБИ-1 и рисовального аппарата РА-1.
Микрофотографии получены при увеличении 40х, 100х, 200х и 400х на микроскопе Axiolab и с помощью фотоаппарата AxioСam MRc и программы «Аxiovisin».
Для всех слуховых ядер продолговатого мозга определена их ростро каудальная длина. Наиболее детальные измерения роста нейронов проведены для магноцеллюлярного ядра. Для каждого возраста у длинноаксонных нейронов этого ядра цитокариометрически определены стадии развития (по соотношению площадей ядра и тела клетки), объемы (V) тел, вычислена плотность распределения тел нейронов в 0.01мм3 в средней части ядра. При сравнении средних периодов формирования стадий нейронов применяли критерий Стъюдента (Гмурман, 1966).
Объемы тел нейронов определяли по формуле V=ab2/6, где a, b - взаимно перпендикулярные минимальный и максимальный диаметры тела нейрона на зарисовках (Блинков, Глезер, 1964;
Ташкэ, 1980). Для количественного описания роста объемов слуховых нейронов также использовали уравнение Берталанфи.
2.3. Исследование роста и метаболизма эмбрионов в последние дни инкубации в норме и под влиянием акустической стимуляции За четыре дня до вылупления (на 17-й день инкубации) эмбрионов разделяли на две группы. В контрольной и экспериментальной группах ежедневно у 8- эмбрионов из каждой группы определяли массу тела и уровень метаболизма.
Опытную группу яиц инкубировали в отдельном термостате и подвергали акустическому воздействию вплоть до вылупления. В качестве раздражителей применяли щелчки (3 импульса в минуту, давление 80-86 дБ), имитирующие щелкающие звуки эмбрионов. Для генерации сигналов использовали систему из электростимулятора ЭСЛ-3 и акустической колонки 1АС, расположенной в термостате. Проводили ежедневное взвешивание эмбрионов в контрольной и опытной группах. С помощью газового хроматографа ЛХМ-8МД определяли количество СО2, которое выделяли эмбрионы (в контрольной группе – с 13-х по 20 е сутки, в опытной – с 17-х по 19-е сутки инкубации ежесуточно). Для этого яйцо помещали в замкнутый сосуд, в котором определяли содержание газов до эксперимента и через 15 минут. Для обеих групп определили коэффициент К2, рассчитываемый как отношение прироста к сумме прироста и метаболизма (Ивлев, 1939).
Глава 3. Рост массы тела в онтогенезе курицы 3.1. Применение уравнения Берталанфи к исследованию роста массы тела курицы в эмбриогенезе Для описания эмбрионального роста массы курицы Gallus gallus мы использовали уравнение Пюттера-Берталанфи:
dM/dt = NMh(t) – kM (t), (1) в котором M(t) – масса особи в любой момент времени t в граммах;
dM/dt – прирост массы в единицу времени;
N, m, k – параметры роста (эти коэффициенты Л.Берталанфи считал постоянными величинами);
h = 1-m – показатель степени.
Общее решение этого уравнения для всего периода роста имеет следующий вид:
M(t) = [Mm - (Mm - Mm0 ) exp(-mkt)]1/m, (2) где M = (N/k)1/m – предельная масса взрослого животного;
M0 – начальная масса, с которой начинается рост (M00), N;
k, m - параметры, определяемые по данным измерений W(t).
Поскольку в разные сроки эмбрионального периода проявляются различные темпы роста массы тела, мы рассматривали M(t) при малых и весьма малых величинах t, т.е. в начале эмбриогенеза при t ~ 1 (3)1 и при mkt 1 (3)2, т.е. в период до 20-х суток включительно. При этом мы исходили из требования описания роста на всем протяжении эмбриогенеза одними и теми же характеристиками уравнения N, m и k.
Условие mkt 1 позволяет в решении (2) пренебречь начальной массой эмбриона M0, равной по порядку величины 10-4 – 10-5 г (так как при этом M0 /M оказывается 10-8 - 10-10), и начать отсчет времени и начальной массы с нуля. Это дает:
M(t) (mNt)1/m = (mN)1/m t1/m (4)1- При том же условии (3)2 из (4)1 вытекают зависимости, описывающие суточный прирост массы P(t) = M(t+1) – M(t) и относительный прирост P(t)/M(t):
P(t) =M = M(t+1) – M(t) = (mNt)1/m{[(t+1)/t]1/m -1} = M(t){[(t+1/t] -1}, (5)1- 1/m P(t)/M(t) [M(t+1) - M(t)] / M(t) = [(t+1)/t] -1 (6)1- Для возможности рассмотрения первого приближения (3)1, охватывающего развитие эмбриона из бластодиска, массой которого M0 теперь пренебречь нельзя, были проведены два тождественных преобразования решения (4)1:
(Nmt) 1/m = (Nmbt/b)1/m (7) 1/m 1/mln(t/b) и (t/b) =e, (8) в которые для сохранения размерности в (7) и безразмерности аргумента логарифма в (8) был введен новый параметр b с размерностью времени. Используя разложение в ряд логарифма, входящего в формулу (8) в интервале 0t/b3, лишь первый его член разложения – (t/b - 1), получим следующую зависимость для M(t):
M(t) = (Nmbt/b)1/m = [Nbmeln(t/b)]1/m = (Nmb/e)1/m ert = (N/re)1/m ert = M0 ert (9)1- в которой M 0 = M(0) = Mbl = (Nmb/e)1/m = (N/re)1/m (10)1- где M 0 – масса бластодиска, с которой начинается рост эмбриона, а r=1/bm (11) (параметр k второго члена уравнения Берталанфи (1) не вошел в уравнение).
Таким образом, согласно (9) – (10) в самом начале эмбрионального развития рост должен следовать экспоненциальной зависимости, в то время как в период с 6-х по 17-е сутки рост следует параболической зависимости (4).
Для начального периода эмбриогенеза из (9) для суточного прироста массы M(t), и ее относительной величины, которая, как и выше, выражена через данные измерений M(t) или параметры уравнения и время, следует:
P(t) = M(t+1) - M(t) = M0 (er(t+1) - ert) = M0 ert (e r -1) (12) r(t+1) rt rt r и P(t)/M(t) = [M(t+1) - M(t)]/M(t) = (e –e )/e = e – 1 = const, (13) Параболическая зависимость M(t) во втором периоде вытекает из (1) и (2) при условии использования вместо экспоненты линейных членов ее разложения в ряд, то есть, при пренебрежении вторым слагаемым в уравнении Берталанфи. Для оценки величины k, при которой такая замена допустима, был учтен третий член разложения экспоненты exp(mkt) в ряд:
K 2[1/mt – M(t)m/N(mt)2].
Как оказалось, для всего периода эмбриогенеза величина k не превышает 10-3.
По нашим данным, k 0,00194. Отношение второго члена уравнения (1) к первому kM / NMh составляет 0,6%, что подтверждает допустимость использования при описании роста в эмбриогенезе уравнения Берталанфи без второго слагаемого.
3.2. Рост массы тела эмбриона курицы Для установления закономерностей роста эмбрионов кур на всем протяжении эмбриогенеза мы установили параметры решения уравнения Берталанфи по данным собственных измерений M(t) (табл.1) и по данным измерений других авторов (Шмальгаузен, 1926 и др., табл. 2).
В первые дни инкубации (1-е – 3-и сутки) экспериментальные данные подтвердили ожидаемый из приближения (3) экспоненциальный тип роста (первый период). На протяжении большей части эмбриогенеза (6-е – 17-е сутки) прослеживается параболический рост (второй период). Эти периоды разделены переходным интервалом протяженностью 3-4 суток. Наконец, в последние дни инкубации результаты измерений также показывают отклонение роста от параболического с достаточно заметным снижением темпа роста.
Для количественного описания экспоненциального роста в первом периоде были определены два параметра r = 1/bm, с входящим в него постоянным коэффициентом b, и исходная масса эмбриона M0.
Обработка данных измерений M(t) (Шмальгаузен, 1926;
Byerly, 1932, Romanoff, 1967), в первые сутки инкубации, дали для искомых величин значения:
r = 1,86 – 2,71 сут-1., N = 0,246 – 0,299 гm/сут., W0 = 1,333х10-5 – 1,046х10-4 г, b = 1,3012 – 1,9284 суток.
Сопоставления расчетов M(t) и суточного прироста по формулам с данными измерений И.И.Шмальгаузена (1926) и А.Романова (Romanoff, 1967) для первых двух суток и по данным Т.Баерли (Byerly, 1932) для трех суток, показали также хорошее соответствие (табл. 2). Лишь отдельные расхождения достигали не более 7%. В то время как масса M(t) и прирост P(t) изменяются по экспоненте, относительный прирост оказывается постоянной величиной.
Доля периода экспоненциального роста в эмбриогенезе составляет около 10%.
За это время формируется 0.1% массы эмбриона.
Таблица 1. Данные измерений и расчеты массы тела M(t) (г), прироста P(t) (г) и относительного прироста P(t)/M(t) эмбрионов кросса Белорусь-9 с 5 по 17 сутки инкубации M(t) P(t) P(t) / M(t) * Возраст, сутки Расчётное Измерения по (5)1 по (5)2 по (6)1 по (6) по(4) 5 0,23 0,24 0,26 0,23 0,72 0, 6 0,49 0,47 0,38 0,34 0,54 0, 7 0,87 0,83 0,56 0,53 0,51 0, 8 1,43 1,36 0,59 0,74 0,34 0, 9 2,02 2,10 0,99 1,00 0,36 0, 10 3,01 3,10 0,14 1,31 0,29 0, 11 4,15 4,41 1,86 1,64 0,37 0, 12 6,01 6,08 2,79 2,16 0,38 0, 13 8,80 8,18 2,29 2,58 0,23 0, 14 11,09 10,76 3,08 3,13 0,24 0, 15 14,17 13,89 2,89 3,74 0,18 0, 16 17,06 17,63 4,90 4,43 0,25 0, 17 21,96 22,06 5,60 5,20 0,21 0, *Величины суточных приростов P и P/M вычисляли за время от начала до конца текущих суток при m = 0,2704.
Таблица 2. Результаты обработки данных измерений и расчетов массы тела M(t) (г), прироста P (г), относительного прироста Р/М и расчетов параметра N эмбрионов Gallus gallus в первые сутки инкубации M(t) P(t) P(t)/M(t) N t, сут Измере по (9)1 по (12)1 по (12)2 По(13)1 по (13)3 по (9) ния По данным измерений M(t)Шмальгаузена 1,33*10-5 1,86*10- 0 14,0 0, -4 -3 - 4,20*10- 1 2,0*10 1,99*10 1,70*10 5,70 14,0 0, 3,0*10-3 2,99*10-3 1,70*10-2 4,20*10- 2 5,70 14,0 0, 2,0*10-2 4,50*10- 3 14,0 0, По данным измерений M(t)Byerly 1,05*10-4 5,67*10- 0 5,50 0, 7,0*10-4 -4 - 3,65*10- 1 6,70*10 3,30*10 4,71 5,50 0, 4,0*10-3 -3 - 2,30*10- 2 4,30*10 2,50*10 6,25 5,50 0, 2,9*10-2 - 3 2,70*10 0,103 0,150 3,55 5,50 0, 4 0,132 0,175 5,50 0, По данным измерений M(t)Romanoff 1,86*10- 0 1,33 14,0 0, 2,0*10-4 1,99*10-4 2,80*10-3 2,79*10- 1 14,00 14,0 0, 3,0*10-3 2,99*10-3 1,80*10-2 4,20*10- 2 6,00 14,0 0, 2,1*10-2 4,50*10- 3 14,0 0, Второй период ограничен 6–17-ми сутками и составляет 60% продолжительности эмбриогенеза. За это время формируется 60% массы эмбриона.
В этом периоде средние значения двух параметров m и N для эмбрионов Gallus gallus, установленные по данным измерений разных авторов, оказались в пределах:
m = 0,2506-0,2795, N = 0,4656-0,5022.
Сопоставление результатов наших измерений M(t) с расчетами по зависимости (4) при установленных значениях N и m показывает достаточно хорошее соответствие. Отклонения не превышают 10%.
Mи/Мр, % 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 t, сут.
Byerly Romanoff Солдатова Рис. 1 Ход зависимости измеренной массы тела эмбриона курицы от расчетной по данным Byerly (1932), Romanov (1967) и Солдатовой (2004) Статистический анализ не выявил достоверных различий между значениями показателя степени m, полученными нами и вычисленными по материалам других авторов: границы всех доверительных интервалов перекрывали друг друга.
Установленное среднее значение с надежностью 0,95 равно 0,2639 и заключено в доверительном интервале 0,2547 m 0,2731.
На фоне параболического роста массы эмбриона во втором периоде выявлены циклические изменения M(t) и N(t) со временем (рис. 1). Они проявляются при обработке результатов измерений M(t) всех авторов и, следовательно, достоверны.
Период циклических изменений составляет 7-8 суток, а амплитуда колебаний достигает 10%.
Поскольку рост эмбриона протекает непрерывно, входящие в его описание параметры N(t) и b(t), как и сама величина массы M(t), должны оставаться непрерывными функциями, плавно переходящими на границах переходного участка. При b=t, т.е. при переходе от экспоненциального роста к параболическому, формула экспоненциального роста точно переходит в формулу параболического роста.
Во втором переходном интервале (с 17-е по 20–21-е сутки) в большинстве случаев скорость роста эмбриона снижается и масса окончательно сформировавшегося эмбриона к моменту вылупления цыпленка оказывается на 9– 34% ниже предсказываемой ходом параболической зависимости. При этом величина параметра N понижается на 3-5%.
М.Н.Рагозина (1953, 1962) в основу деления на периоды – зародышевый, предплодный и плодный и вылупление – положила характеристики изменения способов и источников питания эмбриона, наряду с изменением способа газообмена и выделением продуктов азотистого обмена.
Наши результаты позволяют провести корреляцию между выделенными нами периодами роста массы тела и сменой состава и способов питания.
Первый период роста и следующий за ним переходный интервал, выделенные нами, близки по времени к зародышевому периоду М.Н.Рагозиной. В первые дни развития пищей служат желточные зерна, а в последующие – желток, разбавленный жидкой фракцией белка. Запасы пищи на этих этапах неограничены. Основным источником энергии для эмбриона в первые четыре дня инкубации являются углеводы, а затем до конца зародышевого периода – белки (Фисинин и др., 1990).
Усвоение пищи до 10 суток внутриклеточное.
Во время второго периода увеличение массы тела следует параболической зависимости. За это время кардинально меняются состав пищи и способ питания, эмбрион заглатывает амниотическую жидкость и белок. Внутриклеточное усвоение сменяется внутрикишечным.
О смене источников энергии в ходе эмбриогенеза свидетельствует изменение величины дыхательного коэффициента (Каменский, 1971;
Фисинин и др., 1990;
Needham, 1963). На основании его изменения можно утверждать, что в первые четверо суток эмбриогенеза основой энергетического субстрата служат углеводы. В последние дни зародышевого периода белки замещают углеводы. С 12-х суток основным энергетическим ресурсом становятся липиды.
Выявленная нами цикличность во втором периоде, по-видимому, может быть объяснена сменой пищи и основного источника энергии, которым становятся липиды. Спад темпа роста приходится именно на это время, когда предыдущих резервов пищи уже недостаточно, а новые еще не поступают в достаточном количестве. Переход к белковому питанию приводит к увеличению доли белка в составе тканей эмбрионов. В последние дни перед вылуплением питание эмбриона происходит почти исключительно за счет за счёт густого желтка.
В последние дни инкубации, во время второго переходного интервала (18- сутки), скорость роста заметно снижается. Это в какой-то мере обусловлено рядом неблагоприятных факторов, в том числе и накоплением СО2 и снижением О2 в воздушной камере яйца и в крови эмбриона, а также ограниченностью пространства. Исчерпываются запасы белка в белковом мешке и увеличиваются расходы энергии на двигательную активность эмбриона. В течение второго переходного интервала отчетливыми становятся поведенческие реакции и резко возрастает функциональная активность нервной системы эмбриона: стремительно повышается чувствительность слуха и усиливается акустическая коммуникация (эмбрион отвечает вокализацией и двигательной активностью на видоспецифические стимулы), появляется диффузное зрение.
Таким образом, сопоставление динамики смен форм питания и формирования поведенческих реакций, сопровождающих развитие эмбриона, позволяет в какой-то мере понять причину смены темпа роста.
Глава 4. Развитие слуховых ядер продолговатого мозга курицы в онтогенезе Волокна слухового нерва, войдя в продолговатый мозг, оканчиваются на нейронах двух ядрах кохлеарного комплекса: магноцеллюлярном и ангулярном.
Магноцеллюлярное ядро является первым уровнем обработки временной информации акустического сигнала, ангулярное ядро - интенсивности. В ламинарном ядре, тесно прилегающем к кохлеарному комплексу, впервые детектируется интрауральная временная задержка и оно связано с бинауральным слухом. Все три ядра тонотопически организованы.
Мы рассмотрели и описали стадии развития длинноаксонных нейронов слуховых ядер продолговатого мозга курицы с помощью цитокариометрического анализа препаратов, окрашенных по Нисслю (рис. 2):
Детерминированные нейробласты – клетки объемом от 250 мкм3 до 1000 мкм3, овальной или каплевидной формы. Их ядро светлое, занимает большую часть клетки, содержит от 3-х до 5-ти ядрышек. Ядерно-плазменное отношение 1,0:0,5-1,0. Цитоплазма расположена конусом или небольшим ободком с одной стороны ядра;
тигроид в мелких глыбках.
Молодой нейрон в стадии раннего роста – клетки объемом от 1000 мкм3 до 2000 мкм3, овальной формы. Ядро расположено резко полярно и содержит 3- ядрышка. Ядерно-плазменное отношение 1,0:1,0–2,0. Цитоплазма окружает ядро со всех сторон, но с одной стороны образует конус или овал, а с другой стороны – очень узкий слой. Тигроид точечный или в крупных глыбках.
Молодой нейрон в стадии позднего роста – клетки объем от 2000 мкм3 до мкм3 овальной или округлой формы. Ядро светлее цитоплазмы, всегда полярное, содержит 2–3 ядрышка. Ядерно-плазменное отношение 1,0:2,0–3,5. Цитоплазма расположена вокруг ядра неравномерным слоем. Тигроид распылен или в крупных глыбках образует вокруг ядра прерывистое кольцо.
Молодой нейрон в стадии созревания – клетки овальной или округлой формы (объем от 2000 мкм3 до 3500 мкм3). Ядро светлее цитоплазмы, занимает центральное или близкое к центру положение, содержит два крупных равноценных ядрышка или одно крупное и несколько точечных ядрышек. Ядерно-плазменное отношение 1,0:4,0–5,5. Тигроид в цитоплазме распылен или расположен крупными глыбками, ободок тигроида вокруг ядра всегда отсутствует.
Зрелый нейрон – клетки (объем от 3500 мкм3 до 4000 мкм3) округлой или овально-удлиненной формы. В широкие короткие основания дендритов заходит цитоплазма, насыщенная тигроидом. Ядро мелкое, светлое. Ядерно-плазменные отношения 1,0:6,0–9,0.
Полученные нами результаты в совокупности с имеющимися в литературе данными о процессе формирования синапсов волокон слухового нерва на нейронах магноцеллюлярного ядра и их дендрита (Jhavery, Morest, 1982;
рис. 2) позволяют создать целостную картину развития этих длинноаксонных нейронов в онтогенезе курицы.
Рис. 2 Стадии развития нейронов магноцеллюлярного ядра курицы Развитие слуховых центров продолговатого мозга прослежено с 9-х суток пренатального онтогенеза до 180-х суток постнатального онтогенеза.
На 9-й день эмбриогенеза слуховые ядра курицы полностью изолированы друг от друга, т.е. процесс миграции клеток завершен. Отделы ядер еще не сформированы. Ядра состоят из плотно расположенных (2700 клеток на 0,01 мм магноцеллюлярного ядра) однородных клеток, лежащих без видимой ориентации и находящихся на стадии детерминированных нейробластов.
На 12-й день эмбриогенеза в слуховых ядрах можно дифференцировать отделы. В медиальном отделе магноцеллюлярного ядра наблюдается относительно однородная ориентация клеток параллельно основной оси мозга, плотность их расположения – 1800 клеток на 0,01 мм3. Отмечено появление (7-8%) молодых дифференцирующихся нейронов мелких размеров в ранней стадии роста, объемом до 1300 мкм3. Вокруг ядер расположены плотные слои зернистых клеток и глии.
На 14-й день эмбриогенеза продолжается дифференцировка отделов слуховых ядер, что выражается в изменении топографии нейронов, их размеров и формы. В магноцеллюлярном ядре детерминированные нейробласты составляют примерно 25%, остальные клетки – нейроны в ранней фазе роста. Детерминированные нейробласты достигают своего максимального размера (до 1000мкм3). На средних уровнях в медиальном отделе появляются молодые дифференцирующиеся нейроны на поздней стадии роста. В этих клетках ядро еще не расположено центрально, но цитоплазма окружает все ядро, ободок тигроида сохраняется. Ядерно-плазменные отношения 1.0:1.0-1.8. Плотность распределения нейронов 1500 клеток на 0,01мм3.
На 16-й день эмбриогенеза в слуховых ядрах курицы примерно 70% клеток остается на ранней стадии роста, при этом их размеры увеличиваются: объемы тел составляют теперь от 1200 до 2100 мкм3. Молодые дифференцирующиеся нейроны в поздней стадии роста составляют 30%. Объемы тел этих нейронов – от 2000 до 3500 мкм3. Плотность расположения нейронов уменьшается до 1100 клеток на 0,01 мм3.
К 18-му дню эмбриогенеза плотность распределения слуховых нейронов в магноцеллюлярном ядре уменьшается до 870 клеток на 0,01 мм3. Нейроны на ранней стадии роста прослежены до 18-го дня эмбриогенеза. Преобладающее число нейронов (примерно 80%) находится на поздней стадии роста;
появляется небольшое количество (10%) нейронов на стадии созревания. Объемы тел последних – до 3000 мкм3, ядро занимает центральное или близкое к этому положение, содержит два крупных равноценных ядрышка или одно крупное и несколько точечных;
ядерно-плазменное соотношение 1,0:4,0.
На 19-й день эмбриогенеза в магноцеллюлярном ядре курицы четко выделяются многочисленные группировки нейронов, разделенные узкими полосами слуховых волокон. Топография слуховых ядер внешне напоминает таковую взрослых птиц. Больше половины нейронов (60%) находится на поздней стадии роста, их ядерно-плазменное отношение – 1,0:2,3-3,5. Остальную часть нейронов составляют нейроны на стадии созревания. Нейроны в ранней стадии роста отсутствуют.
В последующие сроки перед вылуплением и в первую неделю после вылупления не происходит каких-либо резких изменений в структуре слуховых ядер: мало меняется общая топография слуховых ядер, медленно протекают рост и созревание нейронов. Незначительно увеличивается число нейронов на стадии созревания при постоянном преобладании нейронов на поздней стадии роста.
Отмечено дальнейшее уменьшение плотности распределения нейронов в магноцеллюлярном ядре до 720 клеток на 0,01 мм3.
К 10-му дню развития у цыплят слуховые нейроны находятся как на поздней стадии роста (50%), так и на стадии созревания (45%);
плотность их распределения – 700 клеток на 0,01 мм3. Большинство нейронов (88%) имеют размеры тел от 2000 до 3500 мкм3;
ядерно-плазменное соотношение у нейронов на поздней стадии роста – 1,0:3,0-4,2, у нейронов на стадии созревания – 1,0:4,5-5,3.
Появляются зрелые нейроны (5%) с ядерно-плазменным отношением 1,0:6,0-6,5;
в эти сроки тела зрелых нейронов имеют округлую форму, ядро занимает центральное положение и содержит одно крупное ядрышко или крупное с несколькими точечными ядрышками.
У 21-дневных цыплят большинство слуховых нейронов (около 70%) находится в стадии созревания. Незначительно (до 10%) увеличивается число зрелых нейронов, сохраняющих округлую форму. Плотность распределения нейронов в магноцеллюлярном ядре уменьшается до 650 клеток на 0,01 мм3. Плотность расположения зернистых и глиальных клеток внутри и вокруг ядра в это время одинакова.
В 38 суток около 20% нейронов в слуховых ядрах курицы зрелые, к 180 дням развития нейроны в стадии созревания не отмечены. Зрелые клетки имеют вытянутую угловатую форму, их ядерно-плазменное отношение 1,0:6,5-9,0.
Преобладают нейроны с объемами тел в пределах 2000-4000 мкм3 (78%). Крупные нейроны с телами от 4000 до 5500 мкм3 составляют 18%. Плотность распределения нейронов составляет 500 клеток на 0,01 мм3. Зернистых клеток и глии вокруг слуховых центров значительно меньше, чем внутри них.
Размеры ядер в течение всего времени наблюдения увеличиваются. Плотность распределения нервных клеток (длинноаксонных нейронов) в медиальном отделе магноцеллюлярного ядра с 9-ых суток эмбриогенеза к моменту вылупления уменьшается по экспоненциальному закону почти в 3,6 раза. В постнатальном онтогенезе продолжается уменьшение плотности распределения нейронов (рис. 3).
Рис. 3 Зависимость плотности распределения нейронов в медиальном отделе магноцеллюлярного ядра от возраста эмбриона и птенца курицы Глава 5. Рост объемов нейронов слуховых центров продолговатого мозга курицы в онтогенезе на примере магноцеллюлярного ядра При рассмотрении закономерностей роста объемов слуховых нейронов в магноцеллюлярном ядре использовали упрощенное решение уравнения Берталанфи для эмбрионального периода (4)1 (см. главу 3), примененное для объемов нейронов:
V(t) = (mNt) 1/m, (4)н где V – объем нейрона.
Результаты измерений объемов слуховых нейронов на ростральном, среднем и каудальном уровнях магноцеллюлярного ядра в течение всего исследованного периода показывают, что в начальный период развития слуховых ядер (9–19-е сутки эмбриогенеза) происходит интенсивный рост нейронов согласно уравнению (4).
Наиболее быстрым оказался рост у нейронов рострального уровня, наиболее медленным – у нейронов каудального уровня (рис. 4).
Расчеты величин объемов нейронов по формуле (4) для периода с 9-х по 19-е сутки эмбриогенеза оказались в хорошем соответствии с данными наших измерений (расхождение не превышает 3%). Это указывает на то, что в этом периоде рост нейронов можно действительно описывать зависимостью (4), являющейся решением уравнения Берталанфи при значениях t20. Но после 19-х суток эмбриогенеза, т.е. перед вылуплением, рост нейронов начинает отставать от расчетных величин примерно на 15%.
Период параболического роста слуховых нейронов практически совпадает со II периодом роста массы тела, но оканчивается позже, с началом интенсивного развития слуха.
Для количественной оценки неравномерности развития нейронов разных уровней магноцеллюлярного ядра был рассчитан возраст нейрона на каждой стадии развития нейрона. На ростральном уровне значения средней продолжительности формирования каждой стадии развития нейрона всегда меньше таковых на среднем и, особенно, на каудальном уровнях. Эти различия между ростральным и каудальным, а также между ростральным и средним уровнями статистически достоверны при 0,95-0,99 уровнях значимости.
Рис. 4. Рост объёмов нейронов разных уровней магноцеллюлярного ядра курицы Следовательно, для рострального уровня характерно наиболее быстрое созревание нейронов. На среднем уровне наблюдается лишь некоторая тенденция увеличения времени развития нейронов по сравнению с ростральным. Отличия между ростральным и каудальным уровнями увеличиваются с переходом к каждой последующей стадии: если средний возраст детерминированных нейробластов отличается на 1,3 суток, то различия в среднем возрасте зрелых нейронов достигают 33 суток. Факт существования ростро-каудального градиента созревания слуховых ядер был отмечен ранее (Rubel, Parks,1975), но количественно он оставался не изученным.
Анализ данных измерений показал, что с 9-х по 19-е сутки эмбриогенеза происходит интенсивный рост объемов нейронов магноцеллюлярного ядра. Этот рост хорошо описывается решением уравнения Берталанфи для начального периода развития (при t20).
Магноцеллюлярнoму ядру свойственна строгая тонотопика: у взрослых птиц нейроны рострального конца отвечают за восприятие высоких частот, а каудального – за восприятие низких. Нейроны рострального уровня первыми вступают в фазу раннего роста и их дальнейшее развитие протекает более быстрым темпом. В онтогенезе созревающий первым ростральный отдел отвечает сначала за стимуляцию низкими, а по мере созревания – более высокими частотами (Lippe, Rubel, 1985). Данные о позднем постнатальном созревании и разной скорости роста нейронов могут свидетельствовать о необходимости более длительного созревания нейронов для возможности восприятия ими низких частот.
Общий характер зависимостей, выявленный для роста объемов нейронов, сохраняется и для роста слуховых ядер. В процессе развития трех слуховых ядер продолговатого мозга выявлен наиболее быстрый рост магноцеллюлярного ядра, филогенетически наиболее древнего кохлеарного центра. Рубель с соавторами установили, что хотя нервные клетки магноцеллюлярного, ангулярного и ламинарного ядер происходят из единого источника, клетки магноцеллюлярного ядра первыми претерпевают окончательное деление и первыми начинают миграцию (Rubel et al.,1976). Несколько отстает в росте ламинарное ядро (следующий уровень ЦНС), бинаурально получающее прямую слуховую афферентацию от магноцеллюлярного ядра. Рост ангулярного ядра наименьший.
С 19-х суток эмбриогенеза рост слуховых нейронов, находящихся в основном в стадии позднего роста, и рост самих ядер замедляются. Такая же закономерность отмечена и для роста самого эмбриона (Romanoff, 1967 и наши данные). Именно на этот период с 19-го дня эмбриогенеза и до вылупления приходится этап интенсивного развития слуха у эмбрионов кур, характеризующийся наибольшей скоростью понижения порогов восприятия (Saunders et al.,1973).
Низкий рост объемов нейронов наблюдается и в первые дни после вылупления (до 3-х суток). В этот отрезок времени полностью останавливается и рост слуховых ядер, который возобновляется к 3–6 суткам. Задержка в развитии слуховых ядер обнаружена у птенцовых - серой вороны и сороки - в постнатальном онтогенезе одновременно с появлением предметного зрения и у полувыводковой серебристой чайки сразу после вылупления (Барсова, Голубева, 1994, 1995). По мнению Т.Б.Голубевой (1994), эта задержка совпадает с замедлением темпа развития слуховой чувствительности при включении зрения в поведение.
Глава 6. Развитие эмбрионов курицы в позднем пренатальном онтогенезе и метаболизм эмбрионов при звуковой стимуляции и в контроле При обработке наших данных по газообмену эмбрионов с 13-х по 16-е сутки инкубации мы обнаружили, что изменения количества выделяемого углекислого газа на эмбрион имеет тенденцию следования параболической зависимости: в логарифмических координатах зависимость приобретает линейный характер.
Расчеты показали следующую зависимость уровня см. выше выделяемого углекислого газа (Q) от массы тела (M) эмбриона в исследуемом интервале (13–16-е сутки инкубации):
Q = 3.21 M 0.601 мл/час эмбрион На 17-е сутки отмечено незначительное (8%) снижение уровня газообмена относительно расчетной величины (табл. 3). Максимальное снижение уровня газообмена проявляется на 18-е сутки инкубации (19%). Эффект снижения уровня выделения углекислого газа от расчетной величины сохраняется и на 19-е сутки, составляя 9%. На 20-е сутки инкубации выделение углекислого газа превышает предсказываемое значение на 20 %.
Таблица 3. Уровень метаболизма (по выделению СО2 мл/час эмбрион) куриных эмбрионов в последние дни инкубации (M г сырой массы) В контроле При акустическом воздействии СО2и1 СО2р t, cут Mг СО2и/СО2р Mг СО2и СО2р СО2и/CO2р 17 21.3 18.56 20.20 91.9% 21.3 19.17 20.20 94.9% 18 26.5 18.76 23.04 81.4% 27.3 23.62 23.45 100.7% 19 30.2 22.66 24.92 90.9% 32.9 34.75 26.23 132.5% 20 34.7 32.54 27.09 120.1% - - - и1 - измеренное р2 – расчетное Вылупление куриных эмбрионов, подвергающихся акустическому воздействию щелчками, происходит на 20-е сутки инкубации - на сутки раньше, чем в контрольных условиях. Метаболизм озвученных эмбрионов отличается от такового в контроле. Отличие состоит в том, что выделение углекислого газа на 18 е сутки инкубации сходно с его расчетным значением, т.е. скорость метаболизма не замедляется. В последний день инкубации эмбрионов экспериментальной группы – на 19-е сутки – также отмечается превышение уровня выделения углекислого газа относительно расчетной величины, но в большей степени – на 32%.
При акустическом воздействии щелчками в период с 17-х по 19-е сутки инкубации величины всех характеристик роста массы тела отличаются от контроля.
Из наших данных следует, что прирост и относительный прирост массы тела близки к расчетным значениям по формулам роста. Небольшие наблюдаемые различия статистически незначимы. Следовательно, рост массы эмбрионов при акустическом воздействии щелчками в последние дни инкубации продолжает следовать зависимости M(t), определенной для второго периода.
Очевидно, что принципиальное отличие уровня метаболизма и характера роста эмбрионов в последние дни инкубации при акустическом воздействии состоит в отсутствии замедления, свойственного процессам развития контрольных эмбрионов курицы в конце эмбрионального периода. Эмбрионы вылупляются на сутки раньше. В результате сокращения продолжительности инкубации, изменения уровня метаболизма и характера роста массы тела наблюдается тенденция к увеличению среднесуточных и уменьшению суммарных энергетических затрат у акустически стимулированных эмбрионов (табл. 4).
Таблица 4. Энергетические затраты на прирост и газообмена в последние дни инкубации (II переходный период) в норме и при акустическом воздействии (в кДж) В контроле При акустическом воздействии.
Показатель Суммарные траты, Среднесуточные Суммарные Среднесуточные 17-20 cут траты траты, 17-19 сут траты Прирост 63.77 (n=9) 21.24 58.87 (n=9) 29. Метаболизм 64.61 21.54 54.13 27. Энергетическая ценность эмбриона 165.13 158. на момент вылупления Энергетическая ценность желточного 112.92 122. мешка на момент вылупления К2 0.497 0. Заключение Нами проведено количественное описание эмбрионального роста выводковых птиц на примере домашней курицы в рамках уравнения Берталанфи. В противоположность ранее применявшимся, уравнение Берталанфи позволило получить описание роста за весь период эмбриогенеза едиными параметрами. Это оказалось возможным благодаря использованию двух приближений, вытекающих из уравнения Берталанфи и его решения для разных возрастных групп эмбрионов.
Мы показали, что для описания роста эмбриона допустимо не учитывать второе слагаемое уравнения Берталанфи, которое составляет менее 0,6% от первого слагаемого. Установлены числовые значения параметров и зависимость их от времени. Хорошее согласие расчетов с данными измерений подтвердило допустимость применения уравнения Берталанфи в указанных приближениях для всего периода эмбриогенеза выводковых птиц. Изучение эмбрионального роста массы тела с помощью уравнения Берталанфи позволило выделить два периода с разными темпами роста и два переходных интервала.
Первый интервал разделяет первый и второй периоды, последний имеет место перед вылуплением. В первом периоде (от 0 до 3-х суток) рост следует экспоненциальному закону, во втором (6–17-е сутки) – параболическому.
Переходные интервалы характеризуются снижением темпов роста. Во втором периоде на фоне параболической зависимости роста выявлена цикличность его изменения. В Главе 3 показано, что циклические колебания роста массы тела обусловлены периодическими изменениями параметра N из уравнения Берталанфи, определяющего скорость роста.
В Главе 3 мы рассмотрели связь периодов роста с изменением питания эмбрионов. Смена пищевых ресурсов, как фактор, определяющий рост организма, и смена способов их усвоения отражается на характере роста эмбрионов.
Первый период роста и следующий за ним переходный интервал близки по времени к выделенному М.Н.Рагозиной (1961) зародышевому периоду. В это время пищей эмбриона служат желточные зерна. На следующем отрезке развития (6–17-е сутки), когда увеличение массы тела следует единой параболической зависимости, кардинально изменяется состав пищи. Желток, смешанный в разной степени с жидкой фракцией белка (предплодный период по М.Н.Рагозиной) замещается белковой пищей (плодный период), а внутриклеточное усвоение сменяется внутрикишечным.
Именно в этот период более детальный анализ скорости роста выявляет небольшие циклические отклонения от хода чисто параболической зависимости.
Выявленная цикличность может быть объяснена сменой характера питания.
Переход к белковому питанию, не изменяя общий темп роста, приводит к увеличению доли белка в составе тканей эмбрионов. Пересчеты данных А.Романова выявили повышение содержание белка в теле эмбриона в интервале с 14-х по 18-е сутки инкубации на 3,5% по сухой массе, по сравнению с его содержанием в предшествующие 8–13-е сутки. Этот белок идет на формирование постоянных органов. Его запасы кончаются к 16–17-тым суткам инкубации (Romanoff, 1967). В последние дни перед вылуплением питание эмбриона происходит почти исключительно за счет слоя густого желтка.
Несомненно, что выделяемые периоды роста связаны с ростом уровня обмена и могут быть обусловлены в определенной мере сменой характера дыхания. Три различных образования обеспечивают газообменную функцию эмбрионов птиц:
сосудистая система желточного мешка (area vasculosa), хорио-аллантоисная мембрана и легкие (Tazawa, 1987). Изначально основной структурой газообмена является area vasculosa. Время ее функционирования совпадает с первым периодом роста. Затем, на протяжении большей части инкубации до начала функционирования легких, т.е. до проклева, основным органом газообмена служит хорио-аллантоис. В яйцах курицы хорио-аллантоисная мембрана покрывает 75% внутренней скорлуповой оболочки уже на 9-й день эмбриогенеза, и всю внутреннюю поверхность яйца – на 12-й день инкубации (Tazawa, 1987). Объем интраэпителиальных капилляров хорио-аллантоисной мембраны продолжает увеличиваться вплоть до 19-го дня инкубации, капилляры подходят непосредственно к порам (Ран, Паганелли, 1983).
В течение 19–20-х суток осуществляется постепенный переход от газообмена путем диффузии, опосредованного хорио-аллантоисом, к активному дыханию с помощью легких. К середине 19-х суток потребление кислорода несколько снижается, роль хорио-аллантоиса в течение оставшихся 19-х и 20-х суток уменьшается и в момент вылупления прекращается (Ран, Паганелли, 1983). Вскоре после начала снижения дыхательной функции хорио-аллантоиса происходит проклев, начинают постепенно, освобождаясь от жидкости, работать легкие, суммарное потребление кислорода возрастает (при этом вклад аллантоиса постепенно уменьшается, а легких – увеличивается).
Второй переходный интервал приходится на 18–21-е сутки инкубации, скорость роста и метаболизма во время этого интервала заметно снижается. Это обусловлено, с одной стороны, накоплением СО2 и снижением кислорода в воздушной камере яйца и в крови эмбриона, и ограниченностью пространства (Рольник, 1968). С другой стороны, возможно, замедление роста связано с относительной малоподвижностью эмбриона выводковых на этой стадии, поскольку они обладают уже весьма развитой мышечной системой, но скованы в движениях пространством яйца. Зависимость роста от мышечной активности в постнатальном онтогенезе млекопитающих постулировал и показал убедительно в своих работах И.А.Аршавский (1967).
На скорость роста могут влиять процессы формирования поведения. На 17-й день в ЭЭГ медленноволновая активность периодически сменяется быстрыми низкоамплитудными волнами, что свидетельствует об определенной стадии созревания активности мозга. За 2 – 3 дня до вылупления картина ЭЭГ в основном похожа на ЭЭГ цыпленка (Corner, Bakhuis, 1969). На 18-19-е сутки начинает работать зрительный анализатор – появляются первые функционально зрелые фоторецепторы, впервые регистрируется электроретинограмма. С момента проклева у эмбриона появляется голос (первые писки быстро трансформируются в сигналы комфорта и дискомфорта) и начинается этап быстрого развития слуха.
Поскольку пороги слуховой чувствительности в это время стремительно понижаются, слуховая система оказывается очень чувствительной к любому акустическому воздействию. Полость среднего уха освобождается от жидкости, что способствует увеличению слуховой чувствительности. С 19-х суток ЭЭГ эмбриона цыпленка имеет вид ЭЭГ взрослого животного. Включение новых каналов афферентации, прежде всего зрительного анализатора, активная мозговая деятельность и работа различных функциональных систем может замедлять процесс роста.
Акустическое воздействие периодическими щелчками в последние дни перед вылуплением цыпленка вызывает ускоренное вылупление на 20-е сутки. Снижения темпов роста и уровня метаболизма, наблюдаемых в период с 18-х суток до вылупления, у стимулированных птенцов не наблюдается. Прирост массы и скорость метаболизма на 18-е сутки соответствуют зависимостям, определенным для второго периода. Поскольку известно, что акустическая стимуляция щелчками ускоряет частоту дыхания эмбрионов (Vince, 1966), одну из причин повышенного темпа роста массы тела и уровня обмена по сравнению с контролем можно видеть именно в этом.
Выводы 1. В эмбриогенезе курицы с помощью уравнения Берталанфи выделено два периода с различными типами роста массы тела: в период от 0 до 2-3 суток рост следует экспоненциальной зависимости, в период от 6 до 17 суток – параболической. Периоды разделены переходным интервалом, в котором, как и в интервале перед вылуплением, снижены темпы роста.
2. Во II периоде на фоне параболической зависимости выявлены циклические изменения скорости роста массы тела, обусловленные периодическими изменениями параметра N из уравнения Берталанфи, отражающего скорость роста, и вызванные сменой способов и состава питания эмбриона.
3. Снижение темпов роста в первом переходном интервале обусловлено сменой типов роста, а в последние дни перед вылуплением - влиянием ряда экологических факторов (накоплением углекислого газа, снижением содержания кислорода в воздушной камере яйца и крови эмбриона и др.), созреванием анализаторных систем и подготовкой эмбриона к функционированию в другой среде.
4. Анализ созревания слуховых центров продолговатого мозга курицы выявил рост объемов нейронов магноцеллюлярного ядра, следующий параболической зависимости и описываемый уравнением Берталанфи в период с 9 по 19 сутки эмбриогенеза.
5. В период роста по параболической зависимости нейроны слуховых ядер проходят стадии развития от детерминированного нейробласта до созревания.
Все клетки ядра достигают стадии зрелого нейрона к 6 месяцам.
6. Количественно доказан ростро-каудальный градиент созревания магноцеллюлярного ядра. Параметр N, характеризующий интенсивность роста клеток рострального уровня, значительно превышает таковой каудального.
Нейроны рострального уровня первыми вступают в фазу раннего роста и их дальнейшее развитие протекает наиболее быстрыми темпами.
7. Прирост массы тела эмбрионов, получивших акустическую стимуляцию, в последние сутки инкубации продолжает следовать параболической зависимости уравнения Берталанфи вплоть до вылупления. У этих эмбрионов возрастает уровень метаболизма, выявлена тенденция к увеличению среднесуточных и уменьшению суммарных энергетических затрат.
Список работ, опубликованных по теме диссертации 1. Тихонов А.Б., Солдатова И.Б., Моренков Э.Д. Влияние акустической стимуляции на физиологические процессы в плодный период эмбриогенеза выводковых птиц. // Биологические науки, МГУ, 1988, № 7, с. 58 – 62.
2. Барсова Л.И., Голубева Т.Б., Солдатова И.Б. Развитие нейронов слуховых ядер продолговатого мозга в зависимости от особенностей формирования слуховой чувствительности у птиц. // II Нейрогистологическая конференция, посвященная памяти чл.-корр. АН СССР и АМН СССР Н.Г. Колосова "Колосовские чтения - 94", Санкт-Петербург, 1994, с. 5 – 6.
3. Солдатова И.Б., Барсова И.Л. Развитие слуховых ядер продолговатого мозга в онтогенезе куриных. // Орнитология, М, Изд-во МГУ, 1995, вып. 27, с. 295 – 298.
4. Голубева Т.Б., Александров Л.И., Барсова Л.И., Корнева Е.В., Солдатова И.Б.
Структурно-функциональные, поведенческие и экологические аспекты развития слуха птиц. // XI Международное Совещание по эволюционной физиологии. Тезисы докладов, 1996, С.-Пб., с. 55 – 56.
5. Солдатова И.Б. Количественный анализ развития слуховых центров продолговатого мозга курицы. // Онтогенез, 1997, т. 28, № 2, с. 88 – 94.
6. Barsova L.I., Soldatova I.B., Kirjanovskaja N.V., Golubeva T.B. Development of brain stem auditory nuclei and hearing sensitivity. // Ostrich, J. African Ornith., 1998, v. 69, № 3, 4, p. 387 – 388.
7. Barsova L.I., Soldatova I.B., Golubeva T.B. Development of the basilar papilla and brain stem auditory nuclei in birds with different types of ontogeny. // Die Vogelwarte. J. of Avian Biology.
Abstract
volume. 4th Conference of the European Ornithologists’ Union. 2003, b. 42, h. 1 – 2, s. 122 – 123.
8. Солдатова И.Б. Количественный анализ эмбрионального роста Gallus gallus. // Современные проблемы орнитологии Сибири и Центральной Азии. II Международная орнитологическая конференция, Улан-Уде, 2003, ч. 1, с. 213 – 214.
9. Солдатова И.Б. Математическая модель роста эмбрионов выводковых птиц на примере Gallus gallus. // Математическое моделирование, 2004, Том 16, №. 4, с.
33 – 40.
10. Солдатова И.Б. Описание закономерностей роста эмбрионов птиц (на примере домашней курицы) при помощи модели Берталанфи. // Орнитология, М, Изд во МГУ, 2004, вып. 31, с. 200 – 210.