Примечание: St - площадь профильного поля тела нервной клетки; Sц - цитоплазмы; Sm - ядра; сЯЦК - структурный ядерно-цитоплазматический коэффициент; р - плотность; своб. - свободная глия; сат. - сателлитная глия; ГНИ - глио- нейрональный индекс; Надстрочные индексы, обозначенные цифрами от 1 до 4, показывают наличие статистически значимых различий (критерий Ньюмана-Кейлса, р < 0,05) между значениями соответствующего параметра у данного вида и у вида(ов), на который(ые) указывает индекс.
Глия играет важную полифункциональную роль в деятельности нервной системы и обеспечении ее нормального функционирования (Васильев, Берестов, 2011; Дробленков и др., 2013; Устинова и др., 2015). В VI слое крыши среднего мозга амфибий наибольшие показатели плотности свободных и сателлитных глиоцитов имеет R. arvalis, а наименьшие - R. amurensis. В молекулярном слое и слое грушевидных нейронов коры мозжечка наивысшая плотность свободных глиоцитов наблюдается у R. amurensis, а сателлитных глиоцитов - у B. bufo и R. amurensis по слоям соответственно. Наименьшими показателями плотности глиоцитов в слоях грушевидных нейронов и молекулярном среди изученных видов земноводных располагает R. arvalis.
Высокая гетерогенность морфометрических признаков в нейронных популяциях клеток Пуркинье слоя грушевидных нейронов и VI слоя крыши среднего мозга (клеток, генерирующих ответную реакцию со стороны ЦНС и выносящих информацию за пределы нервной системы) и зернистых клеток зернистого слоя коры мозжечка отражает специфические особенности данных слоев, указывает на широкие пластические и резервные возможности этих структур мозга в формировании приспособлений на популяционно-клеточном уровне и имеет важное адаптивное значение для жизнедеятельности земноводных.
Виды, входящие в семейство жабы (Bufonidae), имеют анатомические и морфо - физиологические отличия, они менее связаны с водной средой, чем представители семейства лягушки (Ranidae) (Дунаев, Орлова, 2012). Данные семейства являются парафи- летическими группами и имеют генетические различия (Frost et al., 2006; Pyron, Wiens, 2011).
Особенности головного мозга разных семейств бесхвостых амфибий связаны с размером, уровнем развития и дифференцировки его отделов. Описание морфофункциональ-ной организации отделов головного мозга земноводных разных таксономических групп дал М.Ф. Никитенко (1969). Головной мозг серой жабы по размерам и весу преобладает над мозгом озерной, остромордой и сибирской лягушек.
У семейства Bufonidae передний отдел мозга более развит и дифференцирован, его объем составляет 51 - 63 % от объема мозга. Представители семейства Ranidae имеют более удлиненную форму мозга и меньшее развитие переднего отдела (14 - 23 % от объема мозга). У представителей семейства Bufonidae большее развитие получает архипаллиум, где формируются ганглиозные клетки, основывающие зачаток тонкой пластинки неопаллиума, что связано с переходом этих животных к обитанию в более засушливых участках суши.
Рис. 1. Микрофотографии нейронов VI слоя крыши среднего мозга земноводных изученных видов: 1 - B. bufo; 2 - R. arvalis; 3 - P. ridibundus; 4 - R. amurensis. Окраска тионином по Нисслю в модификации И.В. Викторова
Fig. 1. Microphotographs of neurons of layer VI in the midbrain roof of amphibian studied species: 1 - B. bufo; 2 - R. arvalis; 3 - P. ridibundus; 4 - R. amurensis. Staining with thionin according to Nissl modified by I.V. Viktorov
Рис. 2. Микрофотографии нейронов слоев коры мозжечка земноводных изученных видов: 1 - B. bufo; 2 - R. arvalis; 3 - P. ridibundus; 4 - R. amurensis. Окраска тионином по Нисслю в модификации И.В. Викторова. ЗН - звездчатые нейроны, КП - клетки Пуркинье, ЗК - зернистые клетки
Fig. 2. Microphotographs of neurons of cerebral cortex layers in amphibian species studied: 1 - B. bufo; 2 - R. arvalis; 3 - P. ridibundus; 4 - R. amurensis. Staining with thionin according to Nissl modified by I.V. Viktorov. ЗН - star-shaped neurons, КП - Purkinje cells, ЗК - grainy cells
Эволюционно многие отделы головного мозга амфибий имеют существенную гетерогенность состава нервных клеток, как сочетающих новые, высокодифференцированные элементы, так и сохраняющих более примитивные черты, свойственные более древним группам позвоночных. Другая часть нейронов совмещает черты строения разных типов клеток и считается переходными формами. Такие механизмы эволюционных преобразований нервной системы значительно повышают эффективность функционирования нервных центров за счет сочетания признаков, свойственных различным типам нейронов, и дают возможности для выполнения более обширных функциональных задач (Андреева, Обухов, 1999).
Специальные исследования ряда авторов установили особенности анатомического строения, морфологии, физиологии, биологии и жизненного цикла у особей разных семейств, отрядов и видов земноводных (Же- лев, 2011; Чупров, 2013; Баранов, Городилова, 2015). У земноводных разных таксономических групп отличительные особенности выявляются на органном, тканевом, клеточном и субклеточном уровнях (Песков и др., 2009; Хандогий, Новицкий, 2012; Арзуманян и др., 2013; Plotner et al., 2010; Nishikawa et al., 2012).
Данные о сравнительной морфофункциональной характеристике клеточных популяций отделов головного мозга бесхвостых земноводных в литературе представлены крайне скудно. В работе Т.Я. Орлянской (2005) дано описание морфоцитохимических показателей нейронных популяций мозжечка остромордых лягушек. Сравнивая их с полученными нами данными, следует отметить наличие у R. arvalis сходных низких показателей плотности нейронов молекулярного слоя и слоя грушевидных нейронов и высокую плотность нейронов зернистого слоя коры мозжечка. Также показатели структурного ядерно- цитоплазматического коэффициента (отношение площади ядра к площади цитоплазмы клеток) во всех изученных клеточных популяциях слоев мозжечка у остромордой лягушки характеризовались однотипно высокими значениями: для эфферентных клеток Пуркинье он близок к 1, для ассоциативных нейронов молекулярного слоя и слоя грушевидных нейронов коры мозжечка получены значения выше 1. Сравнение других полученных нами данных не представляется возможным вследствие использования в проведенных исследованиях разной приборной, программной и статистической базы для снятия и обработки полученных морфометрических показателей популяций нейронов головного мозга. Также в работе (Крупкина, Орлянская, 2008) отмечена значительная вариабельность размеров и плотности нейронов среднего мозга и мозжечка у особей озерных (P. ridibundus) и остромордых лягушек (R. arvalis), что объясняется их межвидовыми различиями и осо - бенностями экологии (среда обитания, суточная активность, питание).
При сравнении показателей морфологической организации среднего мозга и мозжечка бесхвостых земноводных с аналогичными показателями нервной системы костных рыб выявлено наличие у амфибий малодифференцированных клеток с высокими ядерно- цитоплазматическими значениями, гетеротопия грушевидных нейронов в зернистый слой коры мозжечка и низкие значения их глио- нейронального индекса. Полученные данные объясняются филогенетическим возрастом животных и специализацией к условиям среды (Орлянская, Самсонова, 2006).
Полученные нами результаты подчеркивают морфологическу ю сложность мозга земноводных. Они вносят вклад в понимание организации и цитоархитектоники его отделов у представителей разных таксономических групп амфибий и дополняют полученные ранее фундаментальные знания в области нейроморфологии.
Заключение
В настоящее время в литературе можно найти данные об особенностях морфологических характеристик клеточных популяций ведущих отделов головного мозга для некоторых широко распространенных модельных объектов. Однако детальной информации по морфологии клеток мозга бесхвостых амфибий, которая необходима для сравнительной оценки видоспецифических различий и определения общего значения их характеристик для каждой систематической группы земноводных, недостаточно.
Данные, полученные в настоящем исследовании, дополняют имеющуюся информацию о строении ведущих отделов головного мозга (среднего мозга и мозжечка) изученных видов бесхвостых амфибий (B. bufo, R. arvalis, P. ridibundus, R. amurensis). Результаты, характеризующие нейрон-глиальные клеточные популяции головного мозга бесхвостых земноводных, также имеют фундаментальное значение и могут быть применены в качестве дополнительных сведений по эволюционной нейроморфологии позвоночных животных.
Отличительные видовые особенности не только связаны с размером, уровнем развития и дифференцировкой отделов головного мозга земноводных, но и проявляются на популяционно-клеточном уровне его организации. Так, B. bufo имеет средние значения показателей площади тела клеток, высокие и средние значения плотности нейронов и глиоцитов. R. arvalis характеризуется низкими значениями показателей площади клеток, плотности нейронов и глии. У P. ridibundus самые высокие показатели площади клеток и умеренные значения плотности нервных и глиальных клеток. Представители R. amurensis отличаются средними значениями показателей площади клеток и плотности нейронов, а значения плотности глиальных клеток могут быть как высокими, так и низкими, в зависимости от слоя клеток и отдела мозга.
Полученные морфологические характеристики клеточных популяций нейронов и глии головного мозга бесхвостых земноводных позволяют сделать вывод о наличии ряда видовых специфических особенностей в организации изученных слоев крыши среднего мозга и коры мозжечка. Кроме общих адаптивных механизмов и приспособительных реакций, представители отдельных видов имеют особенные морфологические характеристики на уровне нейрон-глиальных комплексов структур головного мозга, что обусловлено длительным эволюционным развитием амфибий, филогенетическими преобразованиями их нервной системы и адаптацией к наземно-водной среде обитания.
Список литературы / References
бесхвостая амфибия нейрон глия мозжечок
1. Андреева Н.Г., Обухов Д.К. (1999) Эволюционная морфология нервной системы позвоночных. СПб., Лань, 384 с. [Andreeva N.G., Obukhov D.K. (1999) Evolutionary morphology of the nervous system of vertebrata. Saint Petersburg, Lan', 384 p. (in Russian)]
2. Антонова A.M. (1969) К вопросу о классификации нейронов коры мозжечка. Архив анатомии, гистологии и эмбриологии, 5: 6-16 [Antonova A.M. (1969) On the classification of neurons in the cerebellum. Archive of anatomy, histology and embryology [Arkhiv anatomii, gistologii i embriologii], 5: 6-16 (in Russian)]
3. Арзуманян М.В., Варданян А.И., Степанян И.Э., Аракелян М.С. (2013) Межпопуляционная изменчивость по размерам тела и эритроцитов у озерной лягушки, Pelophylax ridibundus (Pallas, 1771) в Армении. Современная герпетология: проблемы и пути их решения. Статьи по материалам докладов Первой междунар. молодежной конф. герпетологов России и сопредельных стран. СПб, с. 44-47 [Arzumanyan M.V., Vardanyan A.I., Stepanyan I.E., Arakelyan M.S. (2013) Inter-population variability in body size and erythrocytes in the lake frog, Pelophylax ridibundus (Pallas, 1771) in Armenia. Modern herpetology: problems and ways to solve them. Articles based on the reports of the First International Conference of Young Herpetologists of Russia and Neighboring Countries. Saint Petersburg, p. 44-47 (in Russian)]
4. Баранов А.А., Городилова С.Н. (2015) Земноводные лесостепи Средней Сибири. Красноярск, Изд-во КГПУ им. В.П. Астафьева, 193 с. [Baranov A.A., Gorodilova S.N. (2015) Amphibians in the forest-steppe of Middle Siberia. Krasnoyarsk, V.P. Astafyev Krasnoyarsk State Pedagogical University, 193 p. (in Russian)]
5. Васильев Ю.Г., Берестов Д.С. (2011) Гомеостаз и пластичность мозга. Ижевск, Изд-во Ижевской ГСХА, 216 с. [Vasil'ev Yu.G., Berestov D.S. (2011) Homeostasis and plasticity of brain. Izhevsk, Izhevsk State Agricultural Academy, 216 p. (in Russian)]
6. Викторов И.В. (1969) Окраска нервной ткани забуференным раствором кризилового фиолетового прочного. Современные методы морфологических исследований мозга. М., Издательство Института мозга, с. 5-7 [Viktorov I.V (1969) Staining of nervous tissue with buffered solution of crisologo purple durable. Modern methods of morphological brain research. Moscow, Brain Research Institute, p. 5-7 (in Russian)]
7. Гланц С. (1999) Медико-биологическая статистика. М., Практика, 459 с. [Glants S. (1999) Medical and biological statistics. Moscow, Praktika, 459 p. (in Russian)]
8. Дробленков А.В., Наумов Н.В., Монид М.В., Сосин В.В., Пеньков Д.С., Прошин С.Н., Шабанов П.Д. (2013) Реакция клеточных элементов головного мозга крыс на циркуляторную гипоксию. Медицинский академический журнал, 13(4): 19-28 [Droblenkov A.V., Naumov N.V., Monid M.V., Sosin D.V., Penkov D.S., Proshin S.N., Shabanov P.D. (2013) Reactive changes of the rat brain cell elements due to circulatory hypoxia. Medical Academic Journal [Medicinskij akademicheskij zhurnal], 13(4): 19-28 (in Russian)]
9. Дунаев Е.А., Орлова В.Ф. (2012) Земноводные и пресмыкающиеся России. Москва, Фитон+, 320 с. [Dunaev E.A., Orlova V.F. (2012) Amphibians and reptiles of Russia. Moscow, Fiton+, 320 p. (in Russian)]
10. Желев Ж.М. (2011) Биоиндикационная оценка состояния двух биотопов в южной Болгарии на основании флюктуирующей асимметрии и фенетического состава популяций озерной лягушки Rana ridibunda Pallas, 1771 (Anura, Amphibia, Ranidae) и краснобрюхой жерлянки Bombina bombina Linnaeus, 1761 (Amphibia, Anura, Discoglossidae) в условиях синтопическо- го обитания. Перспективы науки, 7: 7-18 [Zhelev Zh.M. (2011) Bio-indicative evaluation of the status of two biotopes in southern Bulgaria on the basis of the indicators of fluctuating asymmetry and phenetic composition of populations of the marsh frog Rana ridibunda Rallas, 1771 (Anura, Amphibia, Ranidae) and european fire-bellied toad Bombina bombina Linnaeus, 1761 (Amphibia, Anura, Discoglossidae) in the conditions of syntopic habitats. Science Prospects [Perspektivy nauki], 7: 7-18 (in Russian)]
11. Жуков Е.Л., Медведева Н.Н. (2015) Реакция внутренних органов кроликов на внутривенное введение наноалмазов. Современные проблемы науки и образования, 6 [Zhukov E.L., Medvedeva N.N. (2015) Reaction of same internal organs of rabbits by intravenous injection of nanodiamonds. Modern Problems of Science and Education [Sovremennye problemy nauki i obrazovaniya], 6 (in Russian)]
12. Каниева Н.А. (2005) Морфофункциональное состояние головного мозга карпа под влиянием нефти. Вестник Оренбургского государственного университета, 6: 132-134 [Kanieva N.A. (2005) Morphofunctional state of the carp's brain under the influence of oil. Vestnik of the Orenburg State University [Vestnik Orenburgskogo gosudarstvennogo universiteta], 6: 132-134 (in Russian)]
13. Карамян А.И. (1970) Функциональная эволюция мозга позвоночных. Л., Наука, 304 с. [Karamyan A.I. (1970) Functional evolution of the brain of vertebrates. Leningrad, Nauka, 304 p. (in Russian)]
14. Крупкина В.С., Орлянская Т.Я. (2008) Сравнительная характеристика нейронных популяций мозжечка и Tectum opticum среднего мозга некоторых видов наземных амфибий. Морфология, 3: 60 [Krupkina V.S., Orlyanskaya TY. (2008) Comparative characterization of neuron populations of the cerebellum and Tectum opticum in the midbrain of some species of terrestrial amphibians. Morphology [Morfologiya], 3: 60 (in Russian)]
15. Лешко A.A. (1968) Материалы по морфологии мозжечка некоторых млекопитающих. 3-я Зоологическая конференция АН БССР. Отдел зоологии и паразитологии. Тезисы докладов. Минск, c. 339-340 [Leshko A.A. (1968) Data on the morphology of the cerebellum of some mammals. The 3rd Zoological Conference of Academy of Sciences of the Byelorussian SSR. Department of Zoology and Parasitology. Abstracts. Minsk, p. 339-340 (in Russian)]
16. Никитенко М.Ф. (1969) Эволюция и мозг. Минск, Наука и техника, 344 с. [Nikitenko M.F. (1969) Evolution and brain. Minsk, Nauka i tekhnika, 344 p. (in Russian)]