4.4. Изменение строения оболочек икры в процессе развития
Обычно оболочка икры костистых рыб, в частности сиговых, состоит из двух слоев:
наружной (вторичной) оболочки — chorion и внутренней оболочки (первичной) zona
radiata, которые, ограничивая перивителлиновое пространство, защищают развиваю-
щийся зародыш от внешних воздействий и обеспечивают водный, газовый и солевой
обмен зародыша с окружающей средой.
Наружная оболочка образуется фолликулярными клетками стромы гонад, которые
своими выростами через наружную и внутреннюю оболочки достигают поверхности
женской половой клетки — ооцита и питают его всеми веществами, необходимыми для
обеспечения его жизнедеятельности и роста, а также поставляют ему запасы питатель-
ных веществ для последующего нормального развития зародыша. Наружная оболочка
после оплодотворения, кроме функции непосредственной защиты поверхности икринки
от неблагоприятных внешних воздействий, выполняет важнейшую функцию прикрепле-
ния икринок в тех «благоприятных» местах водоема, которые были выбраны производи-
телями для нереста, и удержания икринок на нерестилищах на время развития зародыша.
Через несколько мгновений после попадания икры сиговых в воду и начала ее актива-
ции, наружная оболочка становится клейкой. Благодаря этому икра либо приклеивается
к гальке, либо ее оболочка инкрустируется песком или илом. Способность наружной обо-
лочки к приклеиванию сохраняется лишь первые 2–3 ч, затем это свойство утрачивается.
Еще в начале 1940-х годов И. С. Лагойко (по Черфасу, 1956) обратил внимание на то, что
поверхность икринок рыб разных экологических групп в разной степени покрыта ворсин-
ками — выростами вторичной оболочки. На этом основании он предположил существо-
вание прямой зависимости между степенью клейкости икры, количеством и размерами
ворсинок. Позже этот эффект был подтверждён исследованиями Е. В. Микодиной (1979).
Зрелая икра омуля, попадая в воду, оводняется: вода через радиальные канальцы пер-
вичной оболочки проникает под неё, растворяет, расположенные на поверхности желтка
кортикальные гранулы, и это приводит к набуханию яйца, к растяжению его оболочки
и образованию перивителлинового (вокругжелточного) пространства. Диаметр яйца при
этом увеличивается в среднем с 2,2 до 3,0 мм. Данный процесс происходит независимо от
того, оплодотворена икринка или нет (Рубцов, Черняев, 1979).
Исследования А. И. Зотина (1961) по физиологии водного обмена зародышей рыб
позволили вскрыть происходящие в икре некоторые процессы при ее оводнении, сво-
дящиеся в общих чертах к следующему. При попадании зрелой икры сига в воду при
температуре около 4° C образование перивителлинового пространства начинается через
5 мин и заканчивается спустя 110 мин. При этом под оболочку проникает 7,3 мм3 воды
и образуется перивителлиновое пространство объемом, по расчетным данным, 5,9 мм3,
а по экспериментальным данным с тяжелой водой — 4,88 мм3. Масса икринок после на-
бухания увеличивается на 12–20%.
Набухание икринок, т. е. отделение оболочки от желтка и образование перивителли-
нового пространства, происходит за счет кортикальных гранул (альвеол). При оводнении
икры под воздействием физико-химических факторов внешней среды от анимального
полюса, где расположен микропиль, к вегетативному по поверхности яйца проходит им-
пульс активации (или «волна оплодотворения»), который приводит к разрушению водой
расположенных на поверхности яйца кортикальных гранул.
Время распространения импульса активации при 4° C и ниже находится в пределах
5 мин. «Волна оплодотворения» активизирует расположенные рядом с кортикальными
Рис. 38. Динамика процесса оводнения и увеличения прочности оболочки икры сига (по А. И. Зоти-
ну, 1961). Пунктир — скорость поступления воды под оболочку,
Точка-пунктир — увеличение объёма окры,
Сплошная линия — прочность оболочки.
гранулами ферментные системы — эстеразы, которые и разрушают стенки альвеол,
освобождая заключенные в них мукополисахариды. Кроме этого, под оболочку яйца из
стенок альвеол в перивителлиновую жидкость переходят и липиды. Являясь осмотически
активными веществами, мукополисахариды через оболочку икры абсорбируют воду из
окружающей среды, что приводит к образованию оводнённого перивителлинового про-
странства.
Во время оводнения икры прочность оболочек икры снижается до 50 г. на раздавлива-
ние (Черняев, 1968), что позволяет ей растягивается и только спустя 120–180 мин начина-
ет быстро возрастать, а через 1–2 сут достигает максимальной величины 1,5–2 кг (на раз-
давливание). Такая прочность оболочки сохраняется в течение всего периода развития
и резко снижается (до 500 г. на раздавливание) перед вылуплением эмбриона (рис. 38).
Таким образом, потребление воды для образования перивителлиновой жидкости пре-
кращается с началом упрочнения оболочек. Однако для начала затвердевания оболочек
необходимо выделение из яйца фермента затвердевания, действие которого на оболочки
проявляется только в присутствии ионов кальция. Действие фермента затвердевания не-
обходимо только первые 3–4 мин. после активации, хотя увеличение прочности оболочек
у яиц сиговых наступает спустя 2–3 ч после оводнения. Оболочки затвердевают благода-
ря окислению сульфгидрильных групп (SH-) и образованию дисульфидных связей с уча-
стием фермента пероксидазы, который появляется в перивителлиновой жидкости и обо-
лочках яиц сига при разрушении кортикальных гранул. Увеличение прочности оболочек
происходит благодаря предполагаемой цепной окислительной полимеризации веществ
по SH-группам с образованием высокомолекулярных полимеров в оболочке икры.
Помимо фермента затвердевания оболочек и фермента пероксидазы на увеличение
прочности оболочек воздействуют и другие вещества. Поскольку затвердевание оболочек
происходит сначала с наружной поверхности и только спустя 2–3 мин с внутренней, то
предполагается, что вода, приводя к набуханию оболочек, в какой-то степени способ-
ствует увеличению их прочности. Вероятно, прохождение воды через оболочки при
образовании перивителлинового пространства у яиц Лососевидных рыб автоматически
регулирует величину перивителлинового пространства, замедляя процесс затвердевания
оболочек, временно снижая их прочность (Зотин, 1961).
Такие соли, как FeCl3, АlCl3 и LiCl, тормозят процесс затвердевания, NaCl, КС1
и Na2SO3 несколько ускоряют, a CaCl2, MgCl2 и SiCl2 резко ускоряют затвердевание оболо-
чек. Очень важную роль в процессе затвердевания играют ионы кальция: они необходи-
мы для действия фермента затвердевания на оболочку. Кроме того, выделение фермента
затвердевания связано с процессом активации яиц, а ионы кальция, играя важную роль
при активации яиц, оказываются необходимыми и для выделения фермента затвердева-
ния из поверхности желтка. Таким образом, ионы кальция влияют на затвердевание обо-
лочки тремя путями: путем воздействия на процессы секреции фермента затвердевания,
соучастием при воздействии фермента затвердевания на оболочки и путем регулирования
скорости самого процесса затвердевания. Что касается кислот и щелочей, то неактиви-
рованные оболочки лососевидных рыб под воздействием кислот и щелочей разбухают
и растворяются. Прочность набухших и затвердевших оболочек под воздействием кислот
и щелочей не изменяется (Зотин, 1961).
Результаты исследования оболочек икры с помощью обычной микроскопической
техники, дающей увеличение до 900 раз, и сканирующего электронного микроскопа, да-
ющего увеличение до 50000 раз (Рубцов, Черняев, 1976, 1979) приведены в таблице 9, где
сопоставлены изменения основных параметров набухающего яйца сиговой рыбы.
87
Как видно из таблицы 7, замеры оболочек, полученные при помощи электронного
сканирующего микроскопа, значительно отличаются от результатов, выявленных обыч-
ной микроскопической техникой. Для описания морфологических структур мы будем
опираться на результаты, полученные при помощи электронного микроскопа, а при
приведении размерных величин — на данные светового микроскопа, так как обработка
препаратов для электронной микроскопии сублимационной сушкой в вакууме приводит
к значительному усыханию оболочек по сравнению с препаратами, проведенными через
спирт, ксилол и парафин.
Исследования, проведенные при помощи обычной микроскопической техники на
фиксированной 10%-ным нейтральным формалином икре омуля, показали, что после
набухания и затвердевания оболочки ее толщина (по средним значениям) увеличивается
на одну треть — с 28 до 42 мкм. При этом наружная (вторичная) оболочка набухает с 24,6
до 39 мкм (рис. 39).
При рассмотрении под электронным сканирующим микроскопом поверхности на-
ружной оболочки неактивированной икры омуля выясняется, что она сплошь состоит
из углублений-ячеек диаметром 1,2–1,5 мкм. Расположение этих углублений вплотную
друг к другу создает впечатление сотообразного строения наружной оболочки яйца.
В центре некоторых углублений обнаруживаются воронкообразные отверстия диаме-
тром 0,4–0,8 мкм, уходящие в толщу наружной оболочки, которые на разломе оболочки
прослеживаются до границы внутренней оболочки. Плотность их составляет примерно
50 на 10 мкм2.
Через 2–2,5 мин после попадания икры в воду в процессе ее набухания на сотообраз-
ной поверхности наружной оболочки появляются конусообразные выросты — ворсинки
высотой до 4 и диаметром в основании до 5 мкм. Закономерности в их расположении не
обнаружены, расстояние между ними колеблется от 2 до 25 мкм. Диаметр углубленийячеек
на поверхности оболочки увеличивается до 1,4–1,8 мкм (рисунки 39, 40, 41).
Таблица 7.
Сопоставление основных параметров набухающего яйца сиговой рыбы
Перед вылуплением в конце развития под воз-
действием выделения желёз вылупления эмбриона
фермента гиалуронидазы происходит размягчение
и растяжение оболочки икры, а диаметр ее увели-
чивается до 3,3 мм. Рост диаметра икры влечет за
собой увеличение ее поверхности. Так, если в на-
чале до попадания в воду площадь ее поверхности
составляла 15,2 мм2, то после набухания она увели-
чивается до 28,3 мм2. Перед выклевом эмбрионов
из оболочки на 220 (в среднем) сутки развития)
площадь ее поверхности достигает 32,2 мм2. Таким
образом, поверхность икринки после набухания
увеличивается почти в 2 раза, в то время как по-
верхность желтка зародыша остаётся неизменной.
Перед вылуплением зародыша сотообразная
структура внешней поверхности оболочки стано-
вится менее четкой, высота ворсинок значительно
уменьшается (до 1,2–2 мкм), их вершины выглядят как бы сточенными. В большинстве
сотообразных углублений — ячеек видны отверстия, достигающие поверхности вну-
тренней оболочки.
У анимального полюса неоплодотворенной икринки имеется воронкообразное углу-
бление диаметром 500–600 мкм, в центре которого расположено входное отверстие —
микропиля диаметром 18–20 мкм (рис. 41). По краям отверстия располагаются скопления
глыбок вещества оболочки с поперечным сечением 1,5–6 мкм. Стенки микропилярного
канала имеют четыре-пять кольцеобразных выступов, их число обычно соответствует
числу слоев внутренней оболочки.
Первичная (внутренняя) оболочка икры рыб является производным образованием
собственно женской половой клетки — ооцита. При рассмотрении ее под световым ми-
кроскопом хорошо просматривается ее радиальная исчерченность (за что она и получи-
ла название радиальной оболочки). Эта исчерченность обусловлена тем, что первичная
оболочка пронизана канальцами, по которым при росте и созревании ооцита происходит
его питание, а после овуляции во время нереста — проникновение воды под оболочку
при образовании перивителлинового пространства. Изучение на электронном микроско-
Рис. 39. Оболочка икры омуля до и после набухания при рассмотрении в световой микроскоп: а —
до набухания; б — после набухания (по Рубцову, Черняеву, 1979).
Рис. 40. Разлом высушенной оболочки икры омуля после набухания
пе строения внутренней оболочки до ее набухания показало, что на разломе отчетливо
видны два типа разных по структуре слоев — плотные и волокнистые, которых насчи-
тывается четыре — пять. Эти слои располагаются параллельно поверхности оболочки
яйца. Толщина слоев различна: наиболее толстые (1,6–2 мкм) занимают срединную часть
оболочки, а более тонкие (0,8–1,2 мкм) — периферическую. Волокнистые, состоящие из
канальцев слои как бы связывают расположенные параллельно оболочке плотные слои.
Чередование плотных и волокнистых слоев и создаёт видимую при большом увеличении
светового микроскопа слоистость и радиальную исчерченность оболочки.
У неоплодотворенной икры толщина внутренней оболочки, по данным, полученным
при помощи светового микроскопа, равна 24,6 мкм, вся ее толщина пронизана каналь-
цами. Внутренняя ее поверхность слабо волнистая, на ней видны выходные отверстия
канальцев диаметром 0,9–1,1 мкм (по данным электронного микроскопа). Стенки каналь-
цев внутренней оболочки имеют 6–10 мембранных перегородок, соответствующих числу
границ между волокнистыми и плотными слоями, которые делят канальцы на секции.
Общее число канальцев варьирует от 1,8 до 2,2 млн. на одно яйцо. Как считает В. В. Руб-
цов (1977), перегородки в канальцах образуются в процессе набухания оболочек, что
играет немаловажную роль в регулировании водного баланса икры и ограничении раз-
меров перивителлинового пространства. Эти перегородки выполняют роль мембранного
фильтра осморегуляторного типа. После оплодотворения при набухании икры и образо-
вании перивителлинового пространства происходит растяжение и набухание оболочки.
Толщина оболочки (по данным светового микроскопирования) составляет 39 мкм. Диа-
метр канальцев увеличивается до 1,2–1,5 мкм (рис. 40, 41).
Перед вылуплением под действием ферментов вылупления внутренняя поверхность
первичной оболочки растворяется, и толщина ее становится неравномерной, а диаметр
канальцев увеличивается (Бузников, 1959).
Как показывают расчеты, сделанные на основании данных, полученных при помощи
электронного микроскопа, площадь, занимаемая отверстиями канальцев неоплодотво-
Рис. 41. Микропиле в ненабухшей оболочке икры омуля. Рисунок с фотографии, снятой при помощи
сканирующего электронного микроскопа (Рубцов, Черняев. 1979).
ренных яиц, составляет в среднем около 0,063 мм?, т. е. 0,4%. После оводнения яиц и на-
бухания оболочки площадь ее поверхности увеличивается с 15,2 до 28,3 мм2, а суммарная
занимаемая отверстиями канальцев площадь составляет 0,25 мм2, или 0,9% поверхности
оболочки.
Таким образом, увеличение поверхности оболочек яиц сиговых рыб при набухании на
99% происходит за счет растяжения и набухания основного вещества оболочек и только
на 1% за счет увеличения диаметров канальцев.
Перед самым вылуплением зародыша под воздействием фермента вылупления —
гиалуронидазы (Бузников, 1957, 1961) снова происходит увеличение поверхности яй-
цевых оболочек в среднем до 32,2 мм2, а площадь, занимаемая отверстиями канальцев,
в этот период увеличивается до 1,0 мм2, что составляет уже 3,1% поверхности оболоч-
ки. В этом случае увеличение диаметра оболочек на 11% происходит за счет увеличения
диаметра канальцев и на 89% — за счет растяжения основного гиалинового вещества
оболочек.
Таким образом, оболочка икры сиговых рыб состоит из двух слоёв и имеет сложную
архитектонику. В процессе развития оболочка способствует прикреплению икры к суб-
страту, водо- и газообмену. Она защищает эмбрион от всевозможных внешних поврежде-
ний, как химического (растворённые в воде токсические вещества), так и механические
(лёд, шуга, твёрдый сток и поедание икры донными беспозвоночными). В свою очередь
сама оболочка подвергается воздействию ферментов и продуктов жизнедеятельности раз-
вивающегося зародыша до момента его вылупления.