12.2. Вероятные регуляторы темпа эмбриогенеза

Рассматривая последовательно влияние природных факторов на скорость протекания
процессов эмбриогенеза сиговых рыб в предыдущих разделах, мы выяснили, что каждый
из них и все они в совокупности определяют характер роста, темпы развития и сроки
вылупления. Анализ результатов наших экспериментов (Черняев, 1990, 1993, 2001), как
и работ других авторов, позволяет более четко определить, на каких этапах раннего он-
тогенеза включаются механизмы, влияющие на ускорение или замедление роста, а также
сделать предположения о природе вероятных регуляторов темпа на примере сиговых рыб.
Нейротрансмиттеры. Согласно концепции П. К. Анохина (1977) о системогенезе,

эмбриональное развитие всех живых существ подчинено генетически обусловленной
программе создания жизнеспособного зародыша, отражающего специфические особен-
ности конкретного вида. Для обеспечения нормального развития и своевременного пере-
хода к существованию во внешней среде эмбрионы в процессе развития обеспечиваются
эмбриоадаптациями, позволяющими им своевременно осуществлять морфогенетические
преобразования под воздействием факторов внешней среды, модифицируя темп развития
и морфологическое строение. Еще в 1936 г. Х. С. Коштоянц сформулировал положение
о принципиальном родстве регуляторных процессов на «донервном» и «нервном» этапах
филогенеза (Бузников, 1967).
В работах Г. А. Бузникова (1967, 1987) была выявлена способность оплодотворенных
яйцеклеток и развивающихся эмбрионов различных групп животных синтезировать ве-
щества, идентичные или родственные медиаторам нервной системы, — нейротрансмитте-
ры, которые могут рассматриваться как специализированные межклеточные передатчики
нервных влияний и как участники самых разнообразных регуляторных процессов.

Ацетилхолин, норадреналин, адреналин, серотонин регулируют митотическую активность
в тканях многоклеточного зародыша. Кроме того, ацетилхолин, серотонин, катехоламин
выступают на ранних стадиях развития в качестве внутренних гормонов и регуляторов
процессов клеточного деления, а затем приобретают функции локальных гормонов эм-
бриональной моторики и, наконец, становятся медиаторами нервной системы после ее
образования. (Бузников, 1967).
По данным Г. А. Бузникова, основным источником донервных нейротрансмиттеров слу-
жат сами эмбриональные клетки, т. к. в неоплодотворенных яйцах их уровни очень низки или
даже не определяемы. Предполагается (на рыбах специально не исследовалось, но показано
для ряда других животных), что местом синтеза этих веществ является желток. Вероятно,
организм самки передает через икру определенный набор медиаторов (нейротрансмиттеров),
244
обеспечивающих запуск процесса развития с момента оплодотворения (дробления). У жи-
вотных с внутриутробным развитием нейротрансмиттеры могут поступать в эмбриональные
клетки из организма матери (Бузников, 2006, персональное сообщение).
Осевые органы эмбриона позвоночных животных на этапе начала сегментации ме-
зодермы на сомиты являются зонами наибольшей пролиферации клеток и интенсивного
продуцирования различных нейротрансмиттеров. Роль желточных гранул как органелл
синтеза и высвобождения трансмиттеров в эмбриональных клетках указывает на такие
особенности донервных трансмиттерных систем, которые заведомо не присущи анало-
гичным системам взрослых животных (Бузников, 1987).
На предгаструляционных стадиях развития зародышей вьюна Misgurnus fossilis (яйца,
первые деления дробления, бластула) обнаружены трансмиттеры ацетилхолин (АХ), серо-
тонин (5-ОТ), норадреналин (НА). В цитоплазме и мембранах всех бластомеров и в желтке
обнаружен энзим, участвующий в обмене трансмиттеров — ацетилхолинэстераза (АХЭ).
Активность АХЭ максимальна до оплодотворения и снижается в течение всего последую-
щего развития вплоть до нейруляции. Отмечены подъемы серотонина во время каждого из
первых делений дробления и на стадии средней бластулы (Бузников, 1987).
Экстраполируя данные Г. А. Бузникова, мы предполагаем, что пролиферирующие тка-
ни осевых органов зародышей сиговых рыб на этапе органогенеза реагируют на внешние
воздействия, изменяя интенсивность выделения нейротрансмиттеров, определяющих
скорость морфогенетических процессов формирования эмбриона, и как мы допускаем,
устанавливающих размерные соотношения формируемых органов.
Энкефалины. В 1974 г. двумя группами исследователей (К. Кострелиц и Д. Хьюз
из Арбендинского университета и шведы Л. Терениус и П. Вальстрем) были открыты
в экстрактах мозга животных естественные эндогенные опиатоподобные соединения —
энкефалины.
Характерной особенностью катаболизма энкефалинов является необычайно высо-
кая скорость их деградации в тканях мозга и крови. Так, время полужизни энкефалинов
в крови крыс составляет около 2 мин. При введении энкефалина внутрь желудочков мозга
90% его распадалось менее чем за 1 мин. Эта быстрая деградация имеет, видимо, важное
физиологическое значение, поскольку скорость распада энкефалинов соответствует дли-
тельности их физиологического действия in vivo.
Из экстрактов тканей гипофиза и гипоталамуса млекопитающих выделены и другие
опиоидные пептиды, получившие групповое название эндорфины. Все они в N-концевой
области молекулы содержат обычно остаток энкефалина. Все эндогенные опиоидные
пептиды синтезируются в организме в виде крупных белков-предшественников, из кото-
рых они освобождаются в результате протеолиза.
До настоящего времени остается открытым вопрос об источниках возникновения
эндорфинов и энкефалинов в мозговой ткани. Предполагается, что эндорфины выполня-
ют какие-то пока неизвестные функции в гипофизе, возможно, имеющие регуляторное
значение.
Согласно одной из гипотез, эндорфины и энкефалины можно отнести к классу так
называемых нейропептидов — соединений, которые, как полагают в настоящее время,
выполняют в центральной нервной системе не столько регуляторные, сколько специфи-
ческие информационные функции, участвуя в приобретении и закреплении новых эле-
ментов поведения (Вартанян, Лидерман, 1978).
По данным Т. В. Яковлевой, Л. А. Никитиной и А. Б. Бурлакова (1986), опиаты, опи-
оидные пептиды и бензоморфаны имеют несколько центров действия в центральной
245
и периферической нервной системе — так называемые опиатные рецепторы. Эндоген-
ные соединения, взаимодействующие с этими рецепторами, — опиоидные пептиды (эн-
кефалины, эндорфины, динорфины и т. д.) выполняют в центральной нервной системе
функции нейромедиаторов (нейромодуляторов) или нейрогормонов.
Немецкие ученые К. Гехт и П. Эмме (1982) показали, что нейропептиды, (обозначен-
ные как вещество «П»), располагаясь в различных структурах головного мозга животных,
являются передатчиками или модуляторами, выполняют основную роль в регуляционных
процессах, нормализуют нарушенные сердечную и дыхательную функции, моделирует
биоритмические процессы. Исследования Е. Вахтель и др. (1982) показали, что введение
«субстанции П» при экспериментальных нарушениях сна у крыс сопровождается норма-
лизующим эффектом.
Наиболее интересные результаты наблюдений, с нашей точки зрения, получены
К. Трептов и П. Эмме (1982) по влиянию нейропетида («субстанции П») на моторную
активность крыс в течении суток. Эксперименты проводились с периодичностью свето-
вого режима: 12 часов — свет, 12 часов — темнота. И они выявили, что при введении
«субстанции П» крысам, которые являются ночными животными, в темноте моторная
активность животных была снижена, а под воздействием света наблюдался эффект повы-
шенной активности, т. е. нарушался циркадный ритм.
Энкефалины содержатся практически во всех отделах центральной и периферической
нервной системы. Они обнаружены на внешней и внутренней поверхности клеток прак-
тически всех органов и тканей животных (Булаев, 1982; Бахарев, 1985), а также в овули-
ровавших неоплодотворенных яйцеклетках и развивающихся эмбрионах рыб (Калюж-
ный, 1987; Яковлева и др.,1986). На примере икринок радужной форели Salmo gairdneri
доказано проникновение меченого даларгина (синтетический стабильный аналог лей-эн-
кефалина) из водных растворов внутрь развивающихся яйцеклеток рыб и его локализация
в желтке, мембранных структурах и собственно в ядре (Микодина,1999).
Данные об изменении содержания в тканях количества ДНК, а также изменении
синтеза белка, акселерации роста организмов под действием даларгина позволили пред-
положить возможность его прямого взаимодействия с ДНК, что может осуществляться
благодаря наличию в их молекулах аминокислот тирозина и фенилаланина. Даларгин, как
и эндогенные энкефалины, взаимодействует с дельта-опиодными рецепторами, возможно
их прямое связывание с клетками различных органов и тканей организма в течение его
онтогенеза (Микодина и др., 1987; Микодина, 1999).
Е. В. Микодиной (2004) проанализированы различные эффекты воздействия энке-
фалинов на уровне организма рыб (радужная форель). Влияние даларгина на ускорение
темпа роста рыб (эффект акселерации) объясняется двумя причинами. (1) Взаимодей-
ствие даларгина с ДНК приводит к усилению процессов транскрипции, репликации
или амплификации, приводя к экспрессии определенных генов, увеличению активности
соответствуюших ферментов и, в конечном счете, сдвигу метаболизма клеток и всего
организма. (2) Учитывая, что свыше 70% производимой клеткой РНК составляет рибосо-
мальная (Нейфах, Тимофеева, 1977, 1978; Албертс и др., 1986, 1987), а также обнаруже-
ние увеличения количества ядрышек в ядрах клеток рыб после воздействия энкефалинов,
предложенный механизм позволяет объяснить роль нейропептидов в процессах роста,
созревания, повышения выживаемости и иных процессах, связанных с усилением синте-
зирующей активности клеток за счет повышенного производства клеткой рибосом. Тем
более что, по мнению Корочкина (1977), амплификация свойственна только рибосомаль-
ной ДНК (Микулин, Микодина, 2004).
246
Нашими исследованиями (Хволес, Коробко, Черняев, 1987) было обнаружено
явление индуцированной амлифиации ядрышкового организатора ооцитов. Воздей-
ствие минимальными дозами биостимуляторов выявило, что усиление синтеза рДНК
и РНК носит каскадный характер (кратность увеличения ДНК в 1,2; 1,4; 1,6 раз)
и через те же интервалы времени (в 2, 4, 6 часов) наблюдалась характерная морфо-
логическая картина увеличения количества и размера ядрышек. Полученные данные
свидетельствовали о наличии в исследуемых биологических объектах неизвестного
ранее явления индуцированной амплификации генов, которое сопровождалось увели-
чением «дозы» гена в генетическом аппарате экспериментальных животных (кролика,
ксенопуса и вьюна). К сожалению, авторы в то время не располагали информацией
о нейропептидах, но наблюдали воздействие неизвестного амплификатора на клеточ-
ном уровне.
Одним из проявлений воздействия энкефалинов является увеличение разнокачествен-
ности потомства, что служит важным и необходимым материалом для направленного
отбора в изменяющихся условиях внешней среды. Энкефалины являются естественными
эндогенными факторами мутагенеза организма, вырабатывающимися в ответ на стрессо-
вые воздействия внешней среды, что увеличивает разнокачественность популяции, в том
числе посредством гетерохроний, усиливает приспособляемость организма к изменяю-
щимся условиям среды и обеспечивает естественный отбор (Микодина, 1999; Микулин,
Микодина, 1990, 2004).
По мнению А. Е. Микулина (персональное сообщение), нейропептиды вырабатыва-
ются центральной нервной системой животных в прямой зависимости от силы и про-
должительности стрессового воздействия на организм. Уровень их накопления в тканях
и органах напрямую определяет выживаемость производителей, качество и жизнеспо-
собность их потомства, скорость эмбрионального развития и другие признаки, подвер-
женные гетерохронным изменениям, способствуя расширению морфологического раз-
нообразия вида.
В цикле работ по усачам (Barbus, Cyprinidae) из водоемов Эфиопии (Dgebuadze, Mina,
Alekseyev, Golubtsov, 1999) наиболее ярко проявилась выдвинутая А. Е. Микулиным кон-
цепция о роли нейропептидов в морфогенетической дивергенции (Микулин, Микодина,
2004). На примере группы видов африканских усачей Эфиопии, существующих в экстре-
мальных условиях выживания в пересыхающих водоемах (очень высоких температур,
низкого содежания кислорода, интенсивного облучения солнечным светом, гнилостных
процессов заболачивания, т. е. набора стрессующих факторов, создающих кумулятив-
ный эффект предельно допустимого экзогенного воздействия), приводит к выделению
ценральной нервной ситемой гибнущих рыб максимально возможного количества энке-
фалинов. Это воздействие резко повышает способность к выживанию не только самих
особей, но и их потомства — в случае выживания нескольких индивидов по тем или
иным обстоятельствам.
Логично предположить, что естественный отбор в этих условиях направлен в сторону
короткоцикловости, то есть раннего созревания (педоморфоз), измельчания произво-
дителей за счет омоложения, высокой выживаемости на всем протяжении онтогенеза,
что обеспечивает существование популяции разных типов усачей, различающихся по
степени «онтогенетической продвинутости» морфологических признаков, связывая фор-
мирование мелких барбусов с прогенетической направленностью в общей тенденции ге-
терохроний в сторону ювенилизации морфологии у мелких форм усачей (Алексеев, 1994;
Смирнов, Дзержинский, Лёвин, 2006).
247
В заключение можно обобщить изложенные в этой главе рассуждения о факторах
и возможных механизмах, вызывающих изменения темпа эмбрионального развития сиго-
вых рыб, в нескольких положениях.
1. Главным (ведущим) фактором, воздействующим на эмбриональное развитие сиго-
вых рыб, адаптированное к продолжительному периоду с низкой температурой и вмора-
живанию в лёд, является световой.
2. Воздействие света начинает проявляться с момента образования пролиферирующих
клеток и формирования осевых структур эмбриона: нервной трубки, хорды, кишечного
тяжа и начала сегментации мезодермы.
3. Вероятно, помимо воздействия делящихся клеток на интенсивность морфогенети-
ческих процессов путем выработки нейротрансмиттеров, общим регулятором скорости
развития выступают нейропептиды (энкефалины), переданные зародышу через яйцеклет-
ку самкой.
4. Изменчивость темпов эмбрионального развития сиговых рыб под воздействием
солнечного света и температуры обеспечивает расхождение в пространстве и времени
личинок и молоди различных видов в момент перехода на внешнее активное питание
в строго ограниченную по времени (для каждого вида) фенологическую фазу весенней
вспышки фито- и зоопланктона, во время наивысшей обеспеченности кормом, с наимень-
шим количеством врагов и конкурентов.
«Выживание новорожденных всех видов животных обеспечивается точным по вре-
мени созреванием жизненно важных функциональных систем организма, необходимых
в первые минуты постнатальной жизни (дыхания, питания и др.). Всякий незначитель-
ный дефект развития этих функциональных систем ведет к элиминации данной особи
через естественный отбор» (Анохин).