Бондарева А.А., Шабанов Д.А. Сравнение размера и формы эритроцитов у диплоидных и триплоидных гибридов зеленых лягушек (Pelophylax esculentus) // Всеукраїнський конкурс студентських наукових робіт з біологічних наук: матеріали підсумкової науково-практичної конференції (Мелітополь, 29-31 березня 2011 р.). – Мелітополь: «Люкс», 2011. – С. 11-14.
УДК 004.942:597.851
СРАВНЕНИЕ РАЗМЕРА И ФОРМЫ ЭРИТРОЦИТОВ У ДИПЛОИДНЫХ И ТРИПЛОИДНЫХ ГИБРИДОВ ЗЕЛЕНЫХ ЛЯГУШЕК (PELOPHYLAX ESCULENTUS)
Бондарева А. А., Шабанов Д.А.
В состав гибридогенного комплекса зеленых лягушек (Pelophylax esculentus complex) входят два родительских вида, прудовые лягушки, Pelophylax lessonae (Camerano,1882) и озерные лягушки Pelophylax ridibundus (Pallas, 1771), а также их гибриды, съедобные лягушки, Pelophylax esculentus (Linnaeus, 1758). В типичном случае гибридные особи производят гаметы, несущие клональный геном одного из родительских видов. Такое размножение называется гемиклональным, или полуклональным.
Еще одной особенностью зеленых лягушек является то, что их гибриды могут быть не только диплоидными, но и триплоидными. Ди- и триплоиды практически неотличимы на организменном уровне, т. к. они сходны но размеру, форме тела и продолжительности жизни. В настоящее время не описаны и биохимические отличия между ди- и триплоидными гибридами (не считая эффектов, связанных с дозой генов - следствием наличия у триплоидов двух геномов одного из родительских видов). Тем интереснее существенные отличия между ди- и триплоидами на клеточном уровне. Поскольку у триплоидов в ядре содержится не два, а три набора хромосом, их ядро имеет больший, чем у диплоидов, объем. В то же время, важнейшим параметром клетки является ядерно-цитоплазматическое отношение, колебания которого могут повлиять на функционирование отдельных клеток и организма в целом. Поэтому для сохранения этого отношения у триплоидов вслед за ядром должен увеличиваться и объем цитоплазмы, а, следовательно, и размер клетки [1, 3].
Для диплоидных и триплоидных лягушек зафиксировано значимое различие в размерах эритроцитов, которое используют как один из способов определения плоидности лягушек [3, 4]. Для рыб показано, что триплоидность в разной степени влияет на различные морфологические параметры эритроцитов [2]. Для лягушек подробное изучение изменений различных параметров эритроцитов не проводилось. Это и явилось целью данной работы.
Мы исследовали 58 лягушек, определенных по морфологическим признакам как P. esculentus. Для каждого животного был сделан мазок крови по стандартной методике. Участок препарата фотографировали под большим увеличением микроскопа с помощью USB-камеры. Под тем же увеличением сфотографировали объект-микрометр. С помощью программы PDF-XChangeViewer измеряли большую и малую оси эритроцитов и их ядер (по 10 клеток на мазок); затем эти измерения переводили в микрометры. На основании этих данных рассчитывали площади сечения (площадь на препарате), площади поверхности и объемы эритроцитов и их ядер. Обработку данных проводили с помощью программы Statistica 8.0.
По размерам эритроцитов мы разделили изученных лягушек на три группы (рис. 1). В группу I вошли три особи с аномально мелкими эритроцитами, в группу II - 43 особи (вероятно, диплоидных), а в группу III - 12 особей (вероятно, триплоидных). Результаты проточной ДНК-цитометрии 14 особей из II и III групп, выполненные С.Н. Литвинчуком и Ю.М. Розановым в Институте цитологии РАН (г. Санкт-Петербург), подтвердили, что в состав II группы особей входят диплоидные P. esculentus, а в состав III - триплоидные P. esculentus.
Рис. 1. Распределение лягушек по средней площади сечения их эритроцитов
Сравнение морфологических параметров типичных ди- и триплоидных клеток показало, что триплоидность приводит к значимому (р < 0,001) увеличению почти всех параметров клетки, за исключением двух: происходит незначимое уменьшение ядерно-цитоплазматического отношения (р = 0,16) и значимое уменьшение относительной поверхности клетки (на 10,6%; р< 0,001). Увеличение происходит в различной степени для разных показателей. Так, увеличение большой оси клетки и ядра происходит на 22,9 и 18,6 % соответственно, а малых осей - на 9,7 и 9,4 %. Это приводит к тому, что триплоидная клетка приобретает более эллипсоидную форму. Увеличение большинства морфологических параметров эритроцитов и уменьшение относительной поверхности клетки у триплоидов должны приводить к изменению интегральной интенсивности газообмена. Изменение формы эритроцита, возможно, связано с адаптацией более крупных эритроцитов к сравнительно узким кровеносным сосудам.
Наибольший интерес вызывают эритроциты особей группы I. Разница между группой I и II по размерным параметрам оказалась такой же или большей, чем разница между ди- и триплоидами (рис. 1, 2).
Рис. 2. Объем эритроцитов, характерный для трех групп лягушек (вертикальные линии демонстрируют доверительные интервалы)
Именно такие параметры, которые зарегистрированы для эритроцитов лягушек группы I, должны были бы иметь гипотетические гаплоидные эритроциты. Объяснить наблюдаемый феномен могли бы два альтернативных предположения: (1) в организме лягушек происходит гаплоидизация соматических клеток, аналогичная премейотической элиминации одного из геномов в клетках зародышевой линии; (2) в эритроцитах особей I группы происходит функциональная гаплоидизация клеток, связанная, вероятно, с гиперконденсацией одного из геномов. Исследования, которые будут выполнены в течение полевого сезона 2011 года, должны будут дать ответ, соответствует ли действительности какое-то из этих объяснений.
Авторы искренне благодарны С. Н. Литвинчуку и Ю. М. Розанову (Санкт- Петербург) за неоценимую помощь в идентификации изученных особей, а также Я. B. Афоничевой, Е. В. Баланюк, А. Е. Кечеджи и Т. И. Махний за помощь в сборе материала и выполнении практической части работы.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Шабанов Д. А., Литвинчук С. Н. Зеленые лягушки: жизнь без правил или особый способ эволюции // Природа. — 2010. — № 3 (1135). — С. 29-36.
2. Cal R.M., Vidal S., et al. Effect of triploidy on turbot haematology. // Comparative Biochemistry and Physiology, Part A (141). - 2005. - P. 35-41.
3. Plötner J. Die Westpaläarktichen Wasserfrösche. Bielefeld, 2005 - 161 S.
4. Polls Pelaz M, Graf J.-D. Erythrocyte size as an indicator of ploidy level in Rana kl. esculenta before and after metamorphosis. // Alytes. - №7 (1988). - P. 53- 61.