5.4. Дифференцировка пола и формирование фонда половых клеток у рыб

Половые железы у рыб формируются, как правило, в постэмбриональный период при дифференциации гонотомов и заполнении герминативных валиков первичными гоноцитами, соединительно-тканными элементами и соматическими клетками, преобразующимися в специализированные клетки стромы. Эпителий половых валиков трансформируется в т.н. герминативный [Персов, 1975].

Увеличение размеров гонады сопровождается её дифференцировкой в направлении яичника или семенника. В ходе гонадогенеза половые железы самок и самцов проходят анатомическую дифференцировку, а определению пола предшествуют процессы цитологической дифференциации. В процессе анатомической дифференцировки отмечается специфическое изменение самой гонады, цитологической — характерное преобразование половых клеток (гаметогенез). Так, у лососевидных рыб анатомическая дифференцировка гонад в направлении яичников проявляется в утолщении краниального отдела и локализации половых клеток в вентролатеральном участке, вблизи инвагинаций, образующих яйценосные пластинки [Персов, 1962, 1966, 1975; Lebrun et al., 1982; Захарова, 1983 а, 1984, 1997; Селюков, 1985, 1989 и др.; Strüssmann, Nakamura, 2002]. Если в головном отделе гонады не утолщены, половых клеток немного, и они разбросаны по всему объему железы, а в дорзальной области присутствует кровеносный сосуд — формируется семенник [Персов, 1962; Статова, Томнатик, 1970].

Количество гоноцитов в гонаде также свидетельствует о направлении ее дифференциации и отмечено у медаки, тиляпии Tilapia zillii, сельди Clupea pallasii marisalbi, окуня, форели, трехиглой колюшки Gasterosteus aculeatus и др. [Satoh, Egami, 1972; Yoshikawa, Oguri, 1978; Зеленков, 1982; Lebrun et al., 1982; Lewis et al., 2008; Tanaka et al., 2008]. Установлено, что увеличение числа первичных гоноцитов направляет дифференцировку гонад в сторону яичников, что продемонстрировано на примере трёхиглой колюшки [Lewis et al., 2008]. Показано также, что в раннем онтогенезе медаки в клетках индифферентных гонад экспрессируются специфичные для самца гены, и если ППК не заселяют гонаду, то независимо от половых хромосом (XX или XY), уровень андрогенов увеличивается, а эстрогена — снижается, приводя к формированию семенника или реверсии пола от самок к самцам [Kurokawa et al., 2007]. Также у медаки была выявлена мутация гена hotei, детерминирующая избыточное количество ППК, которые при заполнении половых зачатков определяют дифференцировку гонад по типу яичников, тогда как соматические клетки половой железы вызывают ее развитие по мужскому типу [Tanaka et al., 2008]. При исследовании морфологии половых клеток в раннем онтогенезе медаки было установлено, что различия между будущими самцами и самками проявляются на этапе вылупления и обусловлены числом половых клеток [Saito et al., 2007].
У многих рыб, в т.ч. лососевидных, дифференцировка яичников проходит раньше, чем семенников [Персов, 1966, 1975; Takashima et al., 1980; Захарова, 1984, 1997; Nakamura, 1984; Селюков, 1985, 1989; Koya et al., 2003; Meijide et al., 2005; Arezo et al., 2007; Grandi et al., 2008; Gao et al., 2009]. Так, при использовании методики GFP (помеченные герминативные — зародышевые — клетки медаки iп vivo) и при анализе мутанта этого вида с недостающими зародышевыми клетками (zeпzai) было установлено, что пролиферация и дифференцировка этих клеток вызвана полоспецифической регуляцией [Saito et al, 2007].
Внешне о цитологической дифференцировке гонад судят по появлению в них половых клеток с ядрами начала синаптенных преобразований хромосом — стадии зиготены.
Начало анатомической или цитологической дифференцировки половых желез обусловлено рядом факторов, при которых важнейшими, в пределах вида, являются температурный режим и условия нагула [Takashima et al., 1980; Yaron et al., 1980; Захарова, 1984, 1997; Захарова, Чмилевский, 1984, 1985; Селюков, Чмилевский, 1986; Селюков, 1989; Чмилевский, 1997, 1998, 2000]. Как правило, цитологическая дифференцировка гонад следует за анатомической [Персов, 1962; Анпилова, 1967; Статова, Томнатик, 1970], однако у лососей р. Oncorhynchus цитологическая опережает анатомическую [Персов, 1966]. В оптимальных условиях нагула сроки наступления той и другой могут совпадать. Так, в опытах с молодью пеляди было показано, что при благоприятных температурных и кормовых условиях анатомическая и цитологическая дифференцировка гонад проходят одновременно, а при неблагоприятных — цитологическая отстает от анатомической [Селюков, 1985, 1989]. У байкальского омуля при 13–14 оС анатомическая дифференцировка гонад в направлении яичников начиналась в возрасте 3 мес и предшествовала цитологической, а при 16–17 °С оба процесса проходили синхронно [Захарова, 1997]. Формирование семенников у этого вида наступало не ранее 6-месячного возраста, и цитологическая дифференцировка отставала от анатомической.
Таким образом, в ходе гонадогенеза половые железы будущих самок и самцов проходят анатомическую дифференцировку, а определению пола предшествуют процессы цитологической дифференциации. При этом дифференцировка гонад по типу яичников осуществляется раньше, чем в направлении семенников. По характеристике первичных гоноцитов и их межклеточным взаимосвязям возможно различать половую принадлежность эмбрионов. Сроки анатомической и цитологичес65
кой дифференцировки гонад зависят от температурного режима и темпа развития молоди, что вызывает их синхронное или разновременное прохождение.
При цитологической дифференцировке половой железы на латеральной поверхности формирующихся яичников появляются гнёзда половых клеток ранней профазы мейоза. Цитоморфологические и функциональные характеристики ооцитов данного состояния ранее описывались: у сига-лудоги [Лапицкий, 1949], тихоокеанских лососей [Персов, 1966], пеляди [Кузьмин, 1967; Селюков, 1985], ерша Gymnocephalus cernuus [Чмилевский, 1970, 1971], стерляди [Чмилевский, Райкова, 1976], радужной форели Oncorhynchus mykiss [Lebrun et al., 1982; Захарова, 1984], карповых рыб [Макеева, Емельянова, 1989], байкальского омуля [Захарова, 1997], мозамбикской тиляпии [Чмилевский, Каменева, 2000], белого байкальского хариуса [Захарова, Зайцева, 2009] и др.
В ооцитах стадии лептотены рыб встречается одно, реже два первичных ядрышка, контактирующих с хромосомами. В ооцитах стадии зиготены, по которым в первую очередь определяется цитологическая дифференцировка в направлении яичников, хромосомы перемещаются к противоположному от ядрышка полюсу и коньюгируют. На стадии пахитены происходит распределение бивалентов по всему объему ядра, а в районе ядрышка, на противоположном полюсе, увеличивается количество экстрахромосомной ДНК (рДНК) — гетерохроматин. В хромосомах и ядрышке ооцитов ранней профазы мейоза одновременно происходят процессы синтеза ДНК, РНК и белка, наблюдается постепенная активизация синтеза ДНК в околоядрышковом хроматине и ооцитах стадии пахитены [Чмилевский, Каменева, 2000]. Ранняя профаза мейоза завершается стадией диплотены.
После перехода в стадию диплотены ооциты начинают расти, они накапливают структурно-информационные ресурсы, которые поступают в цитоплазму из ядра (иРНК, рРНК и др.) и формируются в самом цитоплазматическом матриксе — элементы комплекса Гольджи, ЭПР, митохондрии и т.д. Происходит цитоплазматический рост ооцитов, или превителлогенез [Чмилевский, Каменева, 2001 а]. У сеголеток и годовиков большинства самок рыб превителлогенные ооциты являются старшей генерацией половых клеток. Проходящие в течение этого периода биосинтетические процессы обеспечивают нормальное прохождение последующего периода — вителлогенеза, т.к. синтезирующиеся 4S тРНК и 5S рРНК активно используются в интенсивном синтезе белков в этот период [Mazabraud et al., 1975, цит.: Чмилевский, Каменева, 2001 б]. В ядрах превителлогенных ооцитов также синтезируется иРНК, обеспечивающая синтез белков-рецепторов вителлогенина [Parazzolo et al., 1999]. Превителлогенные ооциты до полового созревания формируют потенциальную плодовитость, которая корректируется условиями нагула; при вступлении в превителлогенез ооцитов ранней профазы мейоза она возрастает. В цитоплазме превителлогенных ооцитов мозамбикской тиляпии отмечены капли нейтральных липидов и полирибосомы, которых не отмечается в ооцитах на стадии пахитены [Чмилевский, Каменева, 2001б].
При изучении формирования фонда половых клеток у пеляди, выращиваемой за пределами естественного ареала, было отмечено [Селюков и др., 2000 а; Вторушин, 2003], что у большинства однолетних самок он формируется в конце летнего периода. Большая часть этого фонда представлена превителлогенными ооцитами, наибольшие размеры которых достигают 85–90 мкм, а доля оогоний составляет 29–30 %. К началу зимнего периода формирование ооцитов ранней профазы мейоза и стадии ранней диплотены у сеголеток завершается — старшая генерация половых клеток представлена превителлогенными ооцитами средней размерной группы. То же явление замедления пополнения фонда половых клеток при снижении температуры воды ниже оптимальных для роста установлено у пеляди в естественном ареале (р. Сыня — уральский приток Оби) и местах акклиматизации в оз. Гусиное (Ленинградская обл.) [Феклов, 1997], у молоди радужной форели в условиях эксперимента [Захарова, 1984] и у рипуса Coregonus albula, выращиваемого в садках [Гоголева, 1983].
Сезонность в формировании фонда половых клеток и цитоморфологических особенностях превителлогенных ооцитов проявляется у всех рыб. У сибирской стерляди в яичниках II стадии зрелости обнаруживаются превителлогенные ооциты I, II, III и IV размерных групп [Кондратьев, 1977]. Для ооцитов I группы (диаметр до 30–75 мкм) характерно скопление интенсивно воспринимающего гематоксилин материала в околоядерной области цитоплазмы. В ооцитах II группы (диаметр 75–110 мкм) участки такой цитоплазмы сконцентрированы вокруг ядра с образованием околоядерного кольца. Зона интенсивной окраски вокруг ядра в ооцитах III группы (диаметр 110–130 мкм) расширена, а в ооцитах IV группы (диаметр 130–400 мкм) она принимает сетчатый вид. Цитохимическими методами установлено, что описанные образования в «зимних» превителлогенных ооцитах I–IV размерных групп у сибирской стерляди, как и у лососёвых [Персов, 1966] и корюшек Osmerus eperlanus [Кузнецов, 1975; Гарлов и др., 2014], представлены скоплениями цитоплазматического РНК-содержащего материала. Описанный тип структурной организации цитоплазмы ооцитов периода превителлогенеза обнаруживается с сентября по май. В период летнего нагула, с мая по сентябрь, в превителлогенных ооцитах зимние структуры исчезают, и цитоплазма таких ооцитов равномерно воспринимает красители [Кондратьев, 1977]. Такие же зоны интенсивной окраски, ранее описанные у карпа [Гербильский, 1939], связывались автором с сезонными особенностями. Сезонное проявление этих образований, обусловленное температурными условиями, отмечено у пеляди [Селюков, 1989], песчаной широколобки Cottocomephorus kessleri оз. Байкал [Зубина, 1996] и др. В ооцитах карповых рыб они состоят, главным образом, из скоплений мембранных цитоплазматических органелл (митохондрий, эндоплазматического ретикулума (ЭПР) и комплекса Гольджи), отчасти вызваны действием кислых фиксаторов на цитоплазму [Емельянова, 1994]. Подробное описание и объяснение этих участков с оценкой целесообразности их использования в целях систематизации морфофункционального состояния превителлогенных ооцитов приведено в работе А.П. Макеевой и Н.Г. Емельяновой [1989].
Темп гаметогенеза у разных видов рыб различается. Он также различен в пределах одного рода [Персов, 1966, 1975; Зеленников, 2003] и даже вида [Кузнецов, 1975; 1986]. Так, у разных форм европейской корюшки превителлогенез продолжается три месяца у быстросозревающего снетка и около двух лет — у медленно созревающей корюшки [Кузнецов, 1975]. На темп роста и гаметогенеза существенное влияние оказывает температурный и кормовой режимы. Так, выращивание сибирского осетра на теплых водах водоёма-охладителя Конаковской ГРЭС ведет к сокращению периода полового созревания самок в 1,5–2 раза, при бóльших размерах и массе тела, а средняя плодовитость возрастает в 2 раза. У самок в возрасте 1+…2+ яичники соответствуют II жировой стадии зрелости, а бóльшая часть половых клеток представлена превителлогенными ооцитами [Акимова, 1988, 1992].
У самцов разных видов сперматогониальный фонд формируется длительное время. Так, у озерной пеляди за пределами естественного ареала к концу летнего периода в семенниках накапливаются мелкие, функционально активные многоядрышковые сперматогонии (Б-типа), тогда как количество покоящихся сперматогониев (А-типа) незначительно. Однако к началу зимовки процесс сперматогенеза резко снижается и большинство половых клеток представлено крупными покоящимися сперматогониями [Вторушин, 2003]. У годовиков пеляди за пределами ареала (Ленинградская обл.) в апреле — мае основная масса половых клеток представлена покоящимися сперматогониями. В течение летнего периода проходит волна сперматогенеза, и к осени в возрасте 1+ рыбы созревают [Селюков, 1989].
Таким образом, формирование фонда половых клеток у рыб видоспецифично, что проявляется в разном темпе гаметогенеза не только у различных видов в пределах рода, но и у разных внутривидовых группировок или даже популяций. Последнее во многом обусловлено температурным и кормовым режимами. Замедление темпа гаметогенеза или его ускорение, как правило, приходятся на гониальный период, период дифференцировки пола и превителлогенез у самок или сперматогенез — у самцов.