Формирование генеративной системы и ее модификация экологическими факторами в раннем онтогенезе сиговых и осетровых рыб

К возрасту 10 суток происходило увеличение длины и массы тела (табл.22). Отношение антеанального расстояния (АА) к длине предличинки уменьшалось до 55%, тогда как относительная длина хвостового стебля значительно возрастала (табл.22).

Вследствие увеличения размеров предличинки и практически полного исчезновения желточного мешка, ее тело стало более прогонистым. Процентное отношение наименьшей высоты (НМ) к общей длине предличинки уменьшилось до 4,3%. Размеры головы возросли и длина ее составляла 21,5% от общей длины предличинки, главным образом за счет рострума. К этому возрасту плавники не были еще полностью сформированы.

Таблица 22 Динамика морфометрических характеристик контрольных предличинок стерляди (Абалакский ОРЗ, 1999)

У предличинок стерляди на этапе вылупления средний диаметр ППК составлял 15,51,0мкм. Ядра имели округлую форму, лишь несколько клеток характеризовались полиморфноядерностью. Миграция ППК еще продолжалась, но большая их часть уже локализовалась в области закладки гонад (рис. 60 а,б). На данном этапе развития в цитоплазме первичных гоноцитов еще находилось большое количество глыбок желтка, маскирующих половые клетки на фоне многочисленных желточных включений в цитоплазме клеток кишечника и вольфовых протоков, между которыми встречались учитываемые ППК, что сильно затрудняло их подсчет. В среднем на одну предличинку было отмечено 7,20,2 ППК (рис. 61).

Через 5 суток после вылупления миграция первичных гоноцитов завершилась, все половые клетки локализовались в области закладки гонад. В их цитоплазме по-прежнему присутствовали глыбки желтка. Полиморфноядерные ППК отсутствовали. Кратно возросло число идентифицируемых гоноцитов, достигавших 35,85,70 в среднем на одну предличинку.

В возрасте 10 суток у личинок наблюдалось интенсивное развитие всех систем органов. В спиной аорте возрастало число эритроцитов, увеличивалась сеть почечных канальцев, в стенке кишечника появлялись слизистые клетки. Практически весь желток в цитоплазме ППК утилизировался. Продолжалась концентрация половых клеток в гонадах, количество которых на одну предличинку возрастало до 59,415,20. Как можно видеть (рис.61), этот показатель отличается сильной вариабельностью.

Рис. 61. Динамика количества ППК у предличинок стерляди (1999г.)

Таким образом, формирование репродуктивной системы у стерляди проходило достаточно быстро, что в первую очередь проявляется в быстром завершении концентрации ППК. Очевидно, это может быть обусловлено высокими температурами воды, при которых происходит развитие осетровых рыб.

7.3 Модификация морфометрических характеристик предличинок стерляди под влиянием СИМП

Установленные различия реакции молоди сиговых рыб в раннем посэмбриональном развитии, проявленные в характере роста и взаимосвязи целого ряда пластических параметров, на предъявленное слабое магнитное воздействие, позволяют рассчитывать на соответствующие результаты и у стерляди. Тем более что опытная партия была обработана на самых ранних этапах эмбрионального периода - в момент осеменения.

На этапе вылупления подопытные предличинки несколько отставали от контрольных по таким морфометрическим характеристикам, как общая длина тела (L), длина тела без хвостового плавника (L1), антеанальное расстояние (АА), наибольшая высота тела (Н), длина хвостового стебля (CL), межглазничное расстояние (ОР), высота (НС) и ширина головы (ВС) (табл.23).

Таблица 23 Динамика морфометрических характеристик подопытных предличинок стерляди

Примечание: L* - процент от длины тела (L); C* - процент от длины головы (С)

В отличие от интактных предличинок, подопытные характеризовались большей толщиной тела (BS), имели большие размеры желточного мешка (LVS, HVS) и, как следствие, характеризовались более высокой массой тела (Р).

В возрасте 10 суток и в опыте, и в контроле, несмотря на увеличение длины антеанального расстояния (АА), наблюдалось снижение процентного отношения данного показателя к общей длине тела (L). Это было обусловлено значительным возрастанием хвостового стебля (CL) (табл.23). У подопытных предличинок, при одинаковом с контролем пектовентральном расстоянии (PV), относительная длина вентроанального расстояния (VA) больше. Однако на данном этапе развития, так же как и при вылуплении, подопытные предличинки стерляди по большинству морфометрических показателей отставали от контрольных.

Кластерный анализ показал, что на этапе вылупления в опыте была выявлена тесная связь (r = +0,93) между общей длиной тела (L) и длиной тела без хвостового плавника (L1) (рис.62А). С данным кластером связано (+0,78) антеанальное расстояние (АА). Высоко скоррелированы (+0,89) наименьшая (НМ) и наибольшая (Н) высота тела, а также длина головы (С) и заглазничное расстояние (ОР) (r = +0,78). В контроле данные морфометрические характеристики также были сильно связаны (r > +0,7), однако коэффициент корреляции между ними был несколько ниже (рис. 59А).

Через 10 суток после вылупления у предличинок стерляди и в контроле, и в опыте уже между 17 морфометрическими признаками выявлена тесная связь (r > +0,7). Однако у контрольных предличинок коэффициент корреляции выше 0,8 обнаружен между 7 пластическими характеристиками, а у подопытных между 11 (рис.62Б). В контроле наиболее тесно связаны (r = +0,9) общая длина тела (L) и антедорсальное расстояние (AD). Данные пластические характеристики в еще большей степени (+0,98) скоррелированы у подопытных.

У интактных предличинок с этими признаками тесно связаны (+0,88....+0,89) масса тела (Р) и длина головы (С), а у подопытных - антеанальное расстояние (АА) (+0,97), пектовентральное расстояние (PV) (+0,87), длина тела без хвостового плавника (L1) (+0,85) и длина хвостового стебля (CL) (+0,77).

Таким образом, в опытной партии происходит замедление развития некоторых пластических признаков стерляди в эмбриональный период, что проявляется и в раннем постэмбриональном онтогенезе. По-видимому, это может быть обусловлено перестройкой процессов морфогенеза, инициированной обработкой эмбрионов слабыми магнитными полями. Однако у подопытных предличинок наблюдается большая синхронность в их развитии, усиливающаяся к моменту их перехода на активное питание.

7.4 Модификация генеративных показателей у предличинок стерляди под влиянием СИМП

При анализе роста и развития морфометрических характеристик у предличинок стерляди в раннем постэмбриональном онтогенезе мы отметили сравнительно низкие характеристики подопытных особей. При этом скоррелированность параметров у них несколько возрастала.

Проведенное исследование формирования генеративной функции у предличинок на этапе вылупления показало, что в контроле и в опыте количество первичных половых клеток у них различалось незначительно. У контрольных число первичных гоноцитов составляло 7,21,66, у подопытных - 9,82,65 (табл.24). Не было установлено различий и по морфометрическим характеристикам ППК (табл.25). У контрольных предличинок некоторые гоноциты еще находились в состоянии миграции, хотя большая их часть достигла места формирования гонад. Напротив, все учтенные ППК подопытных локализовались в районе половых складок (рис.63). Кроме того, практически у всех подопытных предличинок обязательно встречались 1-2 полиморфноядерные первичные половые клетки и даже отмечались митозы (рис. 64).

Через 5 суток после вылупления и в контроле, и в опыте увеличивалось количество ППК (табл.24). У подопытных предличинок первичные гоноциты концентрировались ближе к краниальному отделу формирующейся гонадки, в отличие от контрольных, у которых большая часть отмеченных ППК локализовалась ближе к каудальному отделу.

В возрасте 10 суток между контрольными и подопытными предличинками выявлены существенные расхождения в степени сформированости гонад. Так, в опыте на данном этапе развития в среднем на одну предличинку учитывалось 93,910,30 гоноцитов, тогда как в контроле данный показатель был значительно ниже - 59,415,2. Кроме того, у подопытных предличинок отмечена и меньшая изменчивость числа ППК; они локализовались группами (рис.65), что может косвенно свидетельствовать о недавно прошедших митозах, в контроле же чаще встречались одиночные ППК (рис. 66).

Таблица 24

Таблица 25 Цитометрические характеристики ППК у контрольных и подопытных предличинок стерляди на этапе вылупления

Таким образом, уже на этапе вылупления отмечено несколько большая степень сформированности линии половых клеток у подопытных экземпляров, чем у интактных: меньшее количество желтка в цитоплазме, наличие ядерного полиморфизма и у отдельных особей - постмитотических картин гоноцитов. По мере развития предличинок стерляди наблюдалось все большее расхождение между контролем и опытом, проявлявшееся, в частности, почти в двукратном превышении числа ППК у подопытных. Кроме того, в опыте отмечена более высокая степень концентрации первичных гоноцитов, раньше они вступали и в митотический цикл.

Ускорением развития репродуктивной функции (генеративная составляющая) у подопытных особей также может быть объяснено и более замедленное развитие пластических признаков (соматическая)

На основании вышеизложенного, можно заключить, что обработка стерляди в раннем эмбриогенезе слабыми магнитными полями приводит на ранних этапах постэмбрионального онтогенеза к замедлению формирования некоторых морфометрических параметров, но к большей синхронности их развития. По мере роста предличинок наблюдается усиление положительного эффекта, вызванного применяемым воздействием на формирование репродуктивной системы.

ГЛАВА 8. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Нами показано, что ППК у зародышей пеляди, как и у карповых рыб, обнаруживаются по характерным морфологическим признакам с начальной стадии сомитогенеза. Но если у карпозубых и карповых первые ППК отмечались на границе между мезодермой и энтодермой или в энтодерме (Gamo, 1961; Hogan, 1978; Hamaguchi, 1982; Timmermans, Taverne, 1989), у пеляди они были выявлены среди клеток спланхнотомов. Поскольку более ранние этапы эмбриогенеза нами не рассматривались, вряд ли целесообразно дискутировать о мезодермальном происхождении первичных половых клеток. И все-таки наши данные подтверждают мнение В.П.Божковой с соавторами (1993) свидетельствующее против энтодермального происхождения ППК. Положение первичных гоноцитов в энтодерме можно считать временным, куда, как было показано, первичные половые клетки у эмбрионов пеляди мигрируют из мезодермы на поверхность перибласта и далее в область герминативных валиков, где они появляются у 85 суточных зародышей, за два месяца до вылупления.

Важным моментом в процессе формирования линии половых клеток является установление количества первичных гоноцитов, как своеобразной стартовой позиции, с которой начинается поступательное развитие генеративной функции. В течение эмбриогенеза пеляди нами отмечено некоторое увеличение числа ППК. Однако, даже на этапе вылупления у эмбрионов, выращенных в условиях Аракульского рыбоводного завода, отмечалось низкое количество первичных половых клеток, по сравнению с их числом у пеляди в естественном ареале. По-видимому, это обусловлено длительной практикой близкородственных скрещиваний при искусственном разведении. Так, у пеляди уже первого поколения инбридинга отмечается существенное снижение онтогенетического гомеостазиса, возрастание уровня паратипической компоненты изменчивости размеров овулировавших ооцитов, что приводит к повышенной гибели эмбрионов в начале органогенеза (Андрияшева, Черняева, 1985). Это же, как можно видеть, сопровождается угнетением генеративной функции, в первую очередь проявлявшейся в сокращении количества ППК.

Количество ППК, обнаруженное разными авторами у молоди лососевых и сиговых рыб в постэмбриональный период, сильно варьирует. По мнению Г.М. Персова (1975), этот факт является результатом разных сроков наблюдений. Однако, нами отмечена сильная изменчивость числа ППК и у особей, находившихся на одном этапе развития, полученных от одних производителей. Так, у пеляди на этапе вылупления количество ППК варьировало от 6 до 49, а у муксуна их насчитывалось от 8 до 78. Следовательно, уже на этапе вылупления наблюдается гетерогенность предличинок по степени сформированности генеративной системы, они имеют разные репродуктивные потенциалы. Высокая изменчивость числа ППК является важным показателем при оценке формирования линии половых клеток.

У разных видов рыб существуют значительные расхождения по темпам миграции и срокам концентрации первичных гоноцитов в области герминативных валиков. Концентрация ППК и начало формирования гонад у тихоокеанских лососей р.Oncorhynchus осуществляются на ранних этапах онтогенеза. У горбуши это происходит у 12-15 дневного зародыша (108-135 градусо-дней); у кеты концентрация ППК заканчивается к 49-му дню (152 градусо-дня); у 22-дневных зародышей симы уже формируются гонады (Персов, 1975). Нами отмечено, что у пеляди на этапе вылупления все ППК находились в области закладки гонад. Основное количество ППК у предличинок этого вида локализовалось в области краниального отдела гонады, где они располагались в виде более или менее отчетливых цепочек, но одновременно достаточно большое количество одиночно лежащих клеток отмечалось и в каудальном отделе половых складок. Это же было показано у предличинок пеляди, интродуцированной в условия Северо-Запада России (Селюков, 1985). Соматическая часть гонады в этот период еще практически не сформирована. У муксуна на этапе вылупления также продолжается концентрация ППК, и у отдельных особей гонадки почти сформированы. Следовательно, у сиговых, в отличие от тихоокеанских лососевых, концентрация первичных гоноцитов в области половых валиков более продолжительна, что подтверждается и литературными данными (Селюков, 1985, 1987).

Переход первичных половых клеток к митотическим делениям зависит и от темпов их миграционной активности. Так, у лососевых, миграция ППК у которых завершается достаточно рано, первые митозы найдены в возрасте между 9 и 15 днями (90-155 градусо-дней). Для пеляди, отличающейся более продолжительной миграцией ППК, первые митозы указывались в возрасте 30 суток после вылупления (Селюков, 1985). По нашим данным, можно предположить, что у пеляди и муксуна первые деления ППК могут начаться уже в недельном возрасте. Хотя картины митозов первичных гоноцитов у пеляди на данном этапе развития нами не были отмечены, по характеру динамики ядерно-плазматического отношения начало митотической активности вполне можно предположить. Так, ядерно-плазматическое отношение ППК у пеляди на этапе вылупления и через две недели находилось на одном уровне (около 30%), тогда как в недельном возрасте значение данного показателя у предличинок сильно варьировало. По мнению некоторых исследователей, до деления клетки и после него ядерно-плазматическое отношение остается неизменным, но в период делений значительно изменяется (Ташкэ, 1980). Следовательно, в нашем случае можно предположить, что именно в недельном возрасте у пеляди мог произойти митотический цикл ППК.

У муксуна, в отличие от пеляди, прослеживается более четкая закономерность в динамике варьирования цитометрических показателей первичных половых клеток. Изменение объема ядра, наступающее в результате функциональных сдвигов, предшествует изменениям объема цитоплазмы (Ташкэ, 1980). Так, в варианте 2000г. у недельных предличинок муксуна отмечалось увеличение объема ядер при неизменных размерах самих ППК, в результате чего возрастало и ядерно-плазматическое отношение. И только к возрасту 14 суток отмечалось повышение диаметра ППК и, как следствие, снижение ядерно-плазматического отношения. На данном этапе развития у предличинок муксуна были найдены первые гониальные клетки. Таким образом, можно предположить, что и у пеляди, и у муксуна активная подготовка ППК к делениям начинается уже в недельном возрасте. Наличие более раннего, чем у пеляди, появления картин митозов первичных гоноцитов у муксуна можно расценивать в качестве одного из видовых показателей.

Помимо выявленных цитоморфологических различий ППК и темпов формирования линии половых клеток у предличинок одной партии, обнаруживаются существенные расхождения по данным параметрам у особей разных лет, но инкубируемых в сходных условиях. Так, молодь пеляди и муксуна из варианта 2000г. на этапе вылупления характеризовались меньшим количеством ППК, по сравнению с предличинками 1987, 2001гг., ниже у них были и цитометрические показатели первичных гоноцитов. Считается, что степень сформированности репродуктивной системы может отражать качество предличинок (Чмилевский, 2000). Однако чаще всего качество подращиваемых личинок связывают с размерно-весовыми показателями и их жизнеспособностью, которые определяются свойствами, полученными от родителей, а также условиями развития (Владимиров, 1974; Смирнов, 1975; Никандров, 1985; Грусевич, Чаплинская, 1988; Князева, 1988). Проведенный морфометрический анализ пеляди и муксуна показал существенное расхождение параметров предличинок разных лет. Так, средняя длина тела у пеляди при вылуплении в варианте 2000г. составила 9,50,06 мм, тогда как в 1987г. - 8,20,05 мм, а в 2001г. - 8,80,07 мм. Значения большинства пластических признаков - длина желточного мешка, высота тела, длина головы, диаметр глаза, высота желточного мешка, высота головы, длина грудного плавника - также были выше в 2000г., чем в 1987г. и несколько превосходили соответствующие показатели предличинок из варианта 2001г. Для многих рыб на ранних этапах по стэмбрионального развития отмечается большая изменчивость длины и массы тела, по сравнению с другими морфометрическими характеристиками (Слуцкий, 1987; Халатян, Алексеева, 1990). Проведенное нами сравнение изменчивости морфометрических признаков у предличинок пеляди и муксуна показало, что на этапе вылупления именно длина тела отличается наименьшей вариабельностью (коэффициент вариации не превышал 4,5%), по сравнению с остальными пластическими показателями, что свидетельствует о повышенной асинхронности развития молоди.

К 14-суточному возрасту у пеляди и муксуна увеличивались такие линейные параметры, как общая длина тела и антеанальное расстояние, а высота тела и длина хвостового стебля возрастали незначительно. У предличинок муксуна, в отличие от пеляди, несколько увеличивалась длина грудного плавника. У обоих видов практически все морфометрические параметры головы оставались неизменны. Вследствие интенсивной утилизации желтка, размеры желточного мешка значительно сокращались. Существенно снижалась и вариабельность морфометрических параметров.

Аллометрическое соотношение между общим ростом тела и ростом его отдельных частей может являться одним из критериев, отражающих жизнеспособность личинок. В частности, некоторые участки тела могут развиваться с некоторым отставанием или в течение продолжительного периода. Другие, наоборот, развиваются ускоренно, и если этого не происходит, личинки чаще всего погибают (Аношко, 1997; Гутиева, 2000). Некоторые авторы указывают на преобладающее развитие организма в раннем онтогенезе в направлении формирования морфологических признаков, обеспечивающих увеличение скорости движения (Халатян, Алексеева, 1990). Речная пелядь и муксун являются типичными реофилами, предличинки которых вынуждены противостоять течению, чем и вызвано существенное возрастание длины тела, антеанального расстояния и размеров грудного плавника.

Проведенный нами кластерный анализ показал, что на этапе вылупления предличинки пеляди и муксуна характеризуются низкой скоррелированностью большинства морфометрических параметров. Вместе с тем, для личинок можно выделить несколько признаков, по которым установлена тесная корреляция. Для предличинок пеляди разных лет наибольшая связь была установлена между длиной и высотой головы. В вариантах 1987 и 2001гг. остальные морфометрические характеристики были слабо между собой согласованны, тогда как у предличинок из варианта 2000г., имеющих большие значения морфометрических параметров, сильная связь обнаруживалась между высотой тела и высотой головы. С данными морфометрическими признаками столь же тесно связаны длина желточного мешка и длина грудного плавника. Следовательно, уже на этапе вылупления предличинки 2000г. имели более высокие стартовые возможности. В данный период у предличинок муксуна в 1987 году ни в одной паре признаков не были выявлены ни сильная, ни средняя связи. А предличинки варианта 2000г., также как и у пеляди, отличались не только более высокими значениями, но и большей степенью скоррелированности пластических признаков. По мере развития особей происходит значительное увеличение связи между параметрами.

На основе анализа морфометрических показателей предличинок разных лет, по молоди пеляди и муксуна варианта 2000 г. можно дать ретроспективную оценку производителям этих видов в 1999г., как обладавших наилучшими репродуктивными характеристиками. При этом, как уже отмечалось, предличинки из варианта 2000г., несмотря на высокие значения морфометрических признаков, имели наименьшие, по сравнению с вариантами 1987, 2001гг., показатели степени сформированности генеративной системы. Если принимать в качестве критерия качества предличинок именно линейно-весовые характеристики (Владимиров, 1974; Никандров, 1985; Князева, 1988 и др.), то молодь этого варианта, несомненно, высокожизнестойка.

До сих пор нет однозначного мнения о взаимосвязях процессов соматического роста и уровня развития генеративной функции у рыб. Одни исследователи считают, что гонадогенез обладает большой физиологической автономностью, а взаимосвязь между ростом и временем наступления половой зрелости выражена слабо (Кузьмин, 1967; Кошелев, 1971). Но существует точка зрения о неразрывном единстве темпа полового созревания и скорости роста рыб (Никольский, 1974; Колядин, 1990). Другие авторы отмечают, что решающее влияние, как на абсолютную, так и на относительную плодовитость оказывает не характер роста особи за отдельные годы, а темп роста в год нереста (Решетников, 1980). Отмечалось также, что у самок карпа в разные периоды онтогенеза темп линейного роста и уровень развития гонад находятся в различном соотношении -- от тесной связи в период протоплазматического роста, до слабой при половом созревании (Смирнов, 1982). Более того, при одинаковом темпе роста рыб у них могут проявляться противоположные тенденции в развитии гонад (Чмилевский, 2000). При оценке взаимосвязи развития морфометрических признаков и репродуктивных характеристик у половозрелых рыб было показано, что существует средняя связь рабочей плодовитости с размерно-весовыми показателями, а связь размеров тела с относительной плодовитостью, диаметром икринок и их вариабельностью либо низкая, либо вообще отсутствует (Андрияшева, Ляшенко, 1985; Яблоков, 1985).

В каком же соотношении находятся генеративная и соматическая составляющие на ранних этапах постэмбрионального развития, когда организм только начинает реализовывать свои потенциальные возможности?

Обобщая результаты проведенного корреляционного анализа, можно заключить, что у пеляди в течение предличиночного периода развития, до перехода на активное питание, связь количества ППК и их цитометрических параметров - показателей, характеризующих уровень развития генеративной системы, - с большинством морфометрических признаков была слабой. На этапе вылупления лишь толщина тела сильно коррелировала с количеством первичных половых клеток. Межглазничное и заглазничное расстояния, а также длина желточного мешка проявляли среднюю связь с числом ППК. В момент перехода предличинок на активное питание у пеляди слабая связь большинства пластических признаков с цитометрическими параметрами ППК сохранялась, хотя характер ее несколько изменялся. Так, наименьшая высота тела была связана средней связью с количеством первичных гоноцитов, а с их диаметром - сильной отрицательной связью. Между длиной желточного мешка и числом первичных гоноцитов, а также диаметром их ядер установлена средняя связь.

Таким образом, слабая связь количества и цитометрических параметров ППК с морфометрическими характеристиками предличинок пеляди, а также меньшее их число у молоди, характеризующейся большими размерно-весовыми показателями, свидетельствует об относительной независимости процессов генеративного и соматического развития, по крайней мере, в конце эмбрионального развития и на ранних этапах постэмбрионального онтогенеза.

У муксуна, также как и у пеляди, на этапе вылупления отмечалась слабая связь между развитием генеративной системы и пластическими признаками. Однако перед переходом предличинок на активное питание скоррелированность между морфологическими параметрами и числом первичных половых клеток существенно возрастала. Так, уже 6 пластических признаков были связаны с числом ППК сильной связью (r > +0,7). Цитометрические показатели самих половых клеток (диаметры ППК и ядра, цитоплазматическое отношение) были менее скоррелированы с морфометрическими характеристиками.

Таким образом, у муксуна можно констатировать повышение степени эмбрионизации, проявляющейся как в становлении линии клеток зародышевого пути, так и в отношении их связи с морфологическими признакми.

Одним из важнейших факторов, от которого зависят выживание икры и эмбрионов, их жизнестойкость, темпы морфогенеза и рост личинок является температура. Для развивающейся икры ряда промысловых рыб определены наиболее благоприятные и пороговые температуры. Эти показатели для разных видов различны, что обусловлено биологическими особенностями и экологией размножения рыб. Для сиговых, большинство видов которых нерестится в зимний период, характерны низкие температуры развития: 0,2-0,80С. При искусственном разведении, а также при интродукции сиговых за пределы естественных ареалов температуры инкубации часто остаются в пределах +1,3....+4,00С (Кузьмин, 1963; Лебедева, 1981, 1989; Сергиенко, Кугаевская, 1990; Сергиенко, 1995). Многие авторы отмечают, что отклонение температуры от оптимальной вызывает различные нарушения в развитии эмбрионов (Вовк, 1974; Крупкин, 1975; Котова, 1981; Головкова, 1986; Грусевич, 1988). Существует прямая зависимость между температурой и скоростью эмбрионального развития (Детлаф, Детлаф, 1960; Лебедева, Мешков, 1969; Детлаф, 1977, 1998; Богданов, 1997). Поставленный эксперимент по инкубации зародышей пеляди в лабораторных условиях при среднесуточной температуре +4,50С показал, что сравнительно высокие температуры воды обусловили повышенную интенсивность морфогенеза. Массовое вылупление пеляди началось 3 апреля, что было почти на месяц раньше, чем при оптимальных условиях инкубации. Однако количество градусо-дней при этом намного превышало соответствующие показатели особей, развивающихся в нормальных условиях, соответственно, 415,8 и 93,3. По всем морфометрическим параметрам подопытные предличинки превосходили последних, что несколько противоречит литературным данным. По мнению многих исследователей, высокая температура ускоряет рост в меньшей степени, чем дифференцировку, следствием чего являются более ранние сроки вылупления, но меньшие размерно-весовые характеристики предличинок (Татарко, 1966; Клевезаль, 1975; Ziluas et al, 1983; Головкова, 1986). У предличинок на фоне высоких значений пластических признаков отмечалась их сильная вариация. Незначительная изменчивость была свойственна лишь длине тела (CV=4,6%) и размерам антеанального расстояния (CV=3,8%), тогда как у большей части морфометрических показателей коэффициент вариации превышал 20%. Столь сильная вариация размеров пластических признаков не отразилась на сбалансированности развития предличинок. На этапе вылупления пеляди тесная скоррелированность была отмечена между всеми морфометрическими параметрами. Вариабельность размеров на протяжении первого года жизни рыб, по мнению некоторых авторов, испытывает закономерные изменения - она возрастает с момента вылупления и до окончания первого сезона (Турдаков, 1969; Поляков, 1970). Однако проведенная бонитировка предличинок пеляди в возрасте 14 суток показала, что изменчивость морфометрических характеристик существенно снизилась. У пеляди, развивающейся при нормальном (0,30С) температурном режиме, коэффициент вариации пластических признаков в момент перехода предличинок на активное питание практически не изменился. Следовательно, указанная закономерность для этого вида, возможно, проявится на последующих этапах онтогенеза; в раннем постэмбриогенезе она не выявлялась. Причины вариабельности размеров личинок, мальков и сеголеток неоднозначны, поэтому у разных авторов имеются этот счет различные мнения. Изменчивость размеров молоди обусловливается как разнокачественностью вылупившихся личинок, так и разнообразием условий инкубации. Некоторые авторы под разнокачественностью понимают различия в размерах вылупившихся личинок и в величине запаса желтка, которые в той или иной мере и вызывают расхождение в росте в последующие периоды жизни молоди (Лебедев, 1967; Поляков, 1970). Другие исследователи (Cridland, 1959; Ястребков, 1966; Владимиров, 1974) показали, что при выращивании личинок, полученных из икры разных размерных групп от одной самки осетра и лососей, различия в размерах личинок сглаживаются полностью уже к концу резорбции желтка. А молодь некоторых видов рыб, выведенная из мелких и крупных икринок, при содержании в сходных условиях характеризуется одинаковым темпом роста. Таким образом, они пришли к выводу, что размеры вылупившихся личинок и количество их желтка сами по себе не могут оказывать значительного, и тем более решающего, влияния на вариабельность размеров молоди на последующих этапах ее жизни. А расхождения в скорости развития и роста, по их мнению, определяются, главным образом, в различных конституционных свойствах, полученных от родителей и приобретенных в период эмбрионального развития.

Учитывая литературные данные и результаты наших исследований, мы склонны предполагать, что при оптимальных условиях развития, действительно, важнейшим фактором, влияющим на изменчивость морфометрических характеристик, являются конституционные качества организма. Так, при нормальном температурном режиме инкубации у предличинок пеляди при сходном темпе роста к моменту резорбции желточного мешка, коэффициент вариации пластических признаков сохраняется практически на том же уровне, как и при вылуплении. При этом скоррелированность морфометрических параметров существенно возрастает. Однако, как отмечалось выше, в критических условиях инкубации, при повышенных температурах воды, изменчивость морфометрических характеристик пеляди в ходе предличиночного развития существенно снижалась. Данное явление объяснить повышением или снижением темпа роста у разноразмерных предличинок не представляется возможным, поскольку к моменту их перехода на активное питание большинство пластических признаков увеличилось незначительно, а некоторые параметры даже уменьшились. Скорее всего, снижение гетерогенности предличинок по морфометрическим характеристикам произошло за счет элиминации более крупных особей. Известно, что потомства, обладающие большей вариабельностью размеров, менее жизнеспособны и дают в среднем более высокие отходы за период выращивания (Княжева, 1966; Владимиров, 1974), что в большинстве случаев связывают с условиями питания (Поляков, 1970). Но в предличиночный период развития обеспечение трофическими ресурсами происходит за счет эндогенного усвоения желтка и пищевая конкуренция не может повлиять на выживаемость особей.

На наш взгляд, высокие температуры стимулировали интенсивное развитие эмбрионов, смещение на зародышевый период ранних стадий постэмбрионального развития - явление эмбрионизации - и, как следствие, исчерпание ресурсов для последующего онтогенеза. Отчего происходил массовый отход наиболее крупных особей, еще не достигших личиночного этапа, т.е. не перешедших к экзогенному питанию. Корм в виде науплиев артемии был в наличии, но молодь его не потребляла. Известно, что при более высоких темпах роста возрастают и траты на энергетический обмен (Винберг, 1975). Следовательно, при неблагоприятных условиях развития сохранение особей, обладающих невысокими размерными показателями, скорее всего, имеет адаптивное значение. При изучении влияния теплового отбора на морфологические признаки радужной форели было показано, что более теплоустойчивыми оказались особи с меньшими размерно-весовыми характеристиками, чем более крупные, но менее теплоустойчивые (Голод, 1986). Ибо на поддержание их метаболического статуса требуется меньшее количество энергетических ресурсов.

Адекватно оценить влияние какого-либо лимитирующего фактора можно только с учетом изменений репродуктивных характеристик, которые являются более чувствительными, чем показатели смертности или угнетения роста (Чмилевский, 2000).

Достаточно большое количество работ посвящено изучению особенностей формирования репродуктивной системы рыб в постэмбриональный период в условиях повышенной температуры. Так, было показано, что повышенная температура значительно ускоряет процесс размножения ППК и гониальных клеток; в более ранние сроки происходит цитологическая и анатомическая дифференцировка пола (Чмилевский, 1997, 2000; Захарова, 1997). При этом отмечалось, что если на ранних этапах онтогенеза повышенная температура оказывает благоприятное влияние на формирование генеративной системы, то ближе к моменту созревания ооцитов она приводит к их массовой резорбции (Лаврова, Чмилевский, 1987; Акимова, 1988; Чмилевский 1990, 1997, 2000). Становление генеративной системы в ранний постэмбриональный период сиговых, эмбриогенез которых проходил при повышенных температурах, практически не изучено.

При инкубации пеляди в условиях повышенных температур термостатированной камеры в лаборатории (2002г.) у предличинок на этапе вылупления мы отмечали большее количество ППК, чем у молоди, эмбриогенез которой проходил при оптимальном температурном режиме. Выше у них были и цитометрические характеристики первичных гоноцитов. Однако в течение предличиночного периода происходило устойчивое снижение числа первичных половых клеток.

Таким образом, повышенные температуры инкубации пеляди приводят на этапе вылупления к достаточно сильной гетерогенности предличинок по морфометрическим параметрам, с одной стороны, а с другой - к высоким репродуктивным характеристикам. Однако следствием ускоренного эмбриогенеза явилось снижение не только пластических признаков и степени их скоррелированности, но и уровня развития генеративных качеств на ранних этапах постэмбрионального развития.

Осетровые, в отличие от сиговых, относятся к весенне нерестующим видам. На этапе вылупления общая длина предличинок стерляди составляла 7,00,1мм. Антеанальное расстояние превосходило длину хвостового стебля практически вдвое. К возрасту 10 суток отношение антеанального расстояния к длине тела уменьшалось до 55%, тогда как относительная длина хвостового стебля значительно возрастала. Кластерный анализ показал, что предличинки стерляди уже на ранних этапах постэмбрионального онтогенеза характеризовались достаточно высокой, по сравнению с сиговыми, степенью скоррелированности пластических признаков. Что во многом может быть объяснено более высокими температурами воды, при которых происходило их развитие.

В отличие от эмбрионов костистых рыб, характеризующихся меробластическим дроблением, у осетровых дробление яиц относится к голобластическому типу - полное неравномерное дробление. Следствием чего является нахождение в бластомерах глыбок желтка. Большое количество внутриклеточного желтка не позволило нам идентифицировать первичные гоноциты и проследить формирование линии половых клеток в эмбриогенезе стерляди. Количество ППК удалось подсчитать лишь на этапе вылупления, хотя желток все еще затруднял их выявление. На трудности при обнаружении ППК у осетровых на ранних этапах онтогенеза указывал и Г.М. Персов (1975), подсчитавший ППК лишь у одной личинки ленского осетра. При этом автор указывал, что эти клетки имели размеры от 16х20 до 20х60мкм. По нашим данным, предличинки иртышской стерляди имели значительно меньшие размеры первичных половых клеток. Так, средний диаметр ППК на этапе вылупления составлял 15,51,0мкм. Концентрация первичных гоноцитов в половых валиках у осетровых совпадает с исчезновением в них глыбок желтка. У стерляди в возрасте 5 суток все отмеченные нами первичные половые клетки уже локализовались в области половых валиков. К 10 суткам, когда весь желток в ППК практически утилизировался, их число существенно возросло.

Таким образом, формирование репродуктивной системы у стерляди проходит быстрее, чем у сиговых, но несколько медленнее, чем у лососевых, что обусловлено не столько температурными условиями, сколько видовыми особенностями.

Оцениваемое с позиций классических принципов биологического морфогенеза становление линии половых клеток в процессе эмбрионального развития изученных нами сиговых и, в меньшей степени, стерляди, лишний раз подтверждает их незыблемость. Некоторые коррективы вносит отмеченная нами асинхронность в процессе формирования линии ППК и уровня соматического развития эмбрионов и предличинок. Но и это вполне объяснимо с точки зрения, отстаиваемой рядом исследователей (Бунур, 1968; Айзенштадт, 1984) независимого становления линии клеток соматического и зародышевого пути. Вместе с тем, установленное нами влияние слабых импульсных магнитных полей в ультразвуковом диапазоне частот приводит к определенным изменениям некоторых характеристик раннего онтогенеза. К ним относятся значительное увеличение количества и миграционной подвижности ППК в эмбриогенезе, изменение характера развития пластических признаков и их видоспецифическое (у пеляди и муксуна) соотношение с уровнем развития первичных гоноцитов и их параметров, что вынуждает рассмотреть обозначенные проблемы раннего онтогенеза с точки зрения, несколько отличающейся от общепринятой.

Начиная с известной книги Т. Моргана «Наследственность и развитие» (1937), проблема соотношения генетики и эмбриологии сводилась к стремлению разобраться, каким образом генотип, содержащий весь набор генов, определяет дифференцировку (специализацию) десятков клеточных типов, в которых проявляется (экспрессируется) только часть этих генов. До недавнего времени решение этой проблемы сводилось к выяснению того, происходит ли в ходе развития: а) необратимая потеря части генотипа (идея, идущая еще от А. Вейсмана); б) осуществляется дифференциальная активация одних генов и репрессия других (представление Т. Моргана). Трудность состоит в том, чтобы понять, как могут сочетаться два, казалось бы, противоречащих утверждения: развитие целиком определяется генетической информацией, механизмы развития не сводятся лишь к дифференциальной активности генов в клетках. Но вся проблема в том, что эти утверждения относятся к различным уровням - клеточному и надклеточному. Когда анализируется ранний этап реализации генетической информации, исследователь имеет дело с клеточным уровнем: активацией генов, синтезом специфических белков, изменениями формы или поведения клеток. Но все это само по себе не может в принципе объяснить процессов морфогенеза, которые происходят на надклеточном уровне и начинаются, прежде всего, с возникновения различий между одинаковыми до того клетками (Нейфах, 1990).

В ходе развития специализация единожды возникшего клеточного типа возрастает, и, следовательно, по ходу этой специализации происходит последовательное включение новых специфических генов и, вероятно, выключение некоторых работавших раньше. Однако включение специфических наборов генов, определяющих специализацию клеток, - не причина, а скорее следствие первоначально возникших различий между клетками, следствие уже осуществившегося выбора путей развития. Оставаясь на уровне генов, мы неизбежно сталкиваемся с проблемой, которая только лишь на этом уровне решена быть не может: что заставляет гены, до того одинаково действующие во всех клетках, например клеточного пласта, изменить свой вектор и действовать по-разному в разных частях этого пласта?

Признание необходимости некоторого универсального механизма морфогенеза, как самостоятельной, не сводимой только лишь к генетической программе, составляющей эмбриогенеза, привело к оформлению нового подхода, основными понятиями которого стали самоорганизация, морфогенетическое поле, разметка, групповое поведение клеток (Белинцев,1991).

Установление пространственной организации в развивающемся зародыше связывают с функцией морфогенетического поля (МП). Понятие “биологическое поле” впервые было предложено А.Г.Гурвичем (1944) и подробно рассмотрено Б.С.Кузиным (1992), который подразделял его на “морфогенетическое”, “морфофилактическое” и “таксономическое” поля. Реальность морфогенетического поля, обладавшего определенным специальным механизмом пространственной организации, как самостоятельной составляющей онтогенеза, рассматривал в биологии индивидуального развития Л.В.Белоусов (1970, 1979, 1993). Оно же было описано Б.Н.Белинцевым (1991) с использованием физического и математического подходов на основе теории самоорганизующихся систем - синергетики. По Б.Н.Белинцеву, морфогенетическое поле определяет пространственный контроль развития на элементарном уровне самоорганизации надклеточного порядка в эмбриогенезе.

Все больше появляется свидетельств межклеточных и внутриклеточных взаимодействий волновой природы в живых организмах. Сверхслабые свечения в ультрафиолетовой и видимой частях спектра в межклеточных взаимодействиях изучаются уже много десятилетий (Гурвич, 1944; Казначеев, Михайлова, 1981 и др.). Согласно биофотонной концепции, развиваемой с 1977 Г. Поппом, утверждается исключительное значение сверхслабого когерентного электромагнитного излучения для внутри- и внеклеточных связей. Показано, что эмбрионы низших позвоночных (рыбы и амфибии) разных стадий развития способны дистантно взаимовлиять друг на друга (Бурлаков, 1998; Бурлаков и др.,1999, 2000, 2002).

Согласно концепции полевой организации живого вещества, в земных условиях она определяется материально-энергетическими потоками, имеющими электромагнитную природу, включая космические излучения, о которых писали А.Л.Чижевский (1973) и В.И.Вернадский (1989). Такие потоки организуют пространство на поверхности планеты, занятой сложными органическими соединениями. Данная концепция была сформулирована на основе исследований феномена дистантных межклеточных взаимодействий и обусловленного ими “зеркального” цитопатического эффекта (Казначеев, Спирин, 1991).

Исследования 70-х годов XX века показали, что одним из основных проводников солнечного влияния на Землю является геомагнитное поле (ГМП) (Дубров, 1974). Прямым доказательством значимости ГМП для биологических объектов являются эксперименты, в результате которых становится очевидным, что устранение именно ГМП резко нарушает функциональное состояние организмов. Это, прежде всего, эксперименты с использованием специальных экранов, когда биологические объекты оказываются в гипомагнитной среде с остаточной напряженностью поля порядка 50-1000 гамм. При длительном нахождении биологических объектов в условиях полного экранирования резко нарушаются физиолого-биохимические свойства, наблюдается атипический рост клеток и тканей, нарушение морфологии и функционирования внутренних органов, отмечается преждевременная смерть. У микроорганизмов в гипомагнитных условиях появляются мутантные формы клеток (Чуваев, 1969). Природные ЭМП оказывают на живые организмы регулирующее действие, способствуя нормализации процессов жизнедеятельности, нормальному взаимодействию организмов с внешней средой.

Помимо уже доказанного влияния ГМП на биологические объекты (Пиккарди,1967; Пресман, 1968; Дубров, 1970; Владимирский, 1995; Белишева, Попов, 1995; Рапопорт и др., 1998; Гурфинкель и др., 1998), накоплен достаточно обширный фактический материал, свидетельствующий о высокой чувствительности растений, животных и человека к искусственным магнитным полям различного типа и интенсивности (Судаков, Антимоний, 1973; Сиротина и др., 1971; Аксенов и др. 1996; Виллорези и др., 1998 и др.; Новикова и др., 1998; Галат и др., 1999; Сташков, Горохов, 1999). Определенный интерес представляют данные о положительном воздействии на биообъекты полей низких частот в диапозоне от долей до десятков герц (Пресман, 1968; Аксенов и др., 1996; Шейман, Фесенко, 1999). При этом основным фактором, действующим на организмы считается магнитная компонента (Буначенко, 1978; Никольская и др., 1996; Новиков, 1998; Узденский, 1998).

Несмотря на большое количество экспериментальных данных по влиянию ЭМП на биологические объекты, в настоящее время отсутствуют общепринятые представления о реализующих его механизмах.

Достаточно устоявшимся мнением в литературе является то, что взаимодействие ЭМП с биологическим объектом происходит на молекулярно-ионном уровне. При этом должен изменяться мембранный потенциал клеток, приводящий к ответным физиологическим, психическим и другим реакциям организма. Кроме того, в последнее время появились представления, позволяющие сделать предположение о том, что возможным физическим механизмом этого воздействия является циклотронный резонанс низкочастотного ЭМП с ионами Ca2+ и Mg2+ в присутствии слабого постоянного магнитного поля Земли. Такое взаимодействие может привести к изменению концентрации свободных ионов во вне- и внутриклеточных средах. Однако, указанный механизм слишком сужает номенклатуру мишеней резонансного действия ЭМП и не позволяет объяснить влияние на биологический объект ЭМП с частотами ниже 1 Гц (Сидоренко, 2001). Предполагается также, что при действии электромагнитного излучения уменьшается количество растворенного в межклеточной среде воздуха, тем самым обеспечивая ответную биологическую реакцию (Емец, 1999).