WWW.ДЕНЬСИЛЫ.РФ

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА - Медицина

 

Pages:   || 2 |

Зрительные и экранирующие пигменты crustacea в адаптации спектральной чувствительности к окружающей световой среде.

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

ДЕМЧУК Юлия Владимировна

зрительные и экранирующие пигменты CRUSTACEA

в адаптации спектральной чувствительности

к окружающей световой среде.

03.01.02 - биофизика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата биологических наук

Москва – 2011

Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте биохимической физики им. Н.М. Эмануэля РАН

Научный руководитель: доктор биологических наук,

Зак Павел Павлович

Официальные оппоненты: доктор биологических наук,

Каламкаров Григорий Рафаэлевич

кандидат биологических наук,

Панова Ина Георгиевна

Ведущая организация: Учреждение Российской академии наук Институт проблем передачи информации

им. А.А. Харкевича РАН.

Защита состоится “_27_”__апреля__2011г. в_12_час. на заседании диссертационного Совета Д 002.039.01 в Институте биохимической физики им. Н.М. Эмануэля РАН

Адрес: 119334, Москва, ул. Косыгина, 4

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института химической физики им. Н.Н. Семенова РАН

Автореферат разослан «_25_»___марта_____2011 г.

Ученый секретарь

Диссертационного совета

Д 002.039.01

кандидат химических наук Мазалецкая Л.И.

АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ.

Глаза ракообразных (Класс Crustacea) сформировались в процессе длительной эволюции, хорошо приспособлены к окружающей световой среде обитания и имеют массу отличий от хорошо изученных глаз позвоночных животных (Wald 1968, Goldsmith 1978, Cronin et al. 1988 – 2009). Сопоставление технических решений живой природы в организации зрительного восприятия у разных групп животных представляет общенаучный биологический интерес. Поэтому любые современные исследования в области биофизики и молекулярной физиологии органов чувств этих животных являются актуальными. В данной работе в качестве основного объекта исследований были выбраны массовые крилевые креветки M.relicta, являющиеся индикаторами чистоты водоемов. Креветки M.relicta являются сравнительно молодым видом животных (9 000 лет), широко расселившимся по водоемам Балтийского бассейна, где они играют важную роль в поддержании биоценозов, как начальные звенья пищевых цепей и как животные, обеспечивающие аэрацию и утилизацию придонной биоорганики. Глаза M.relicta обладают высокой адаптивностью к световой среде обитания. Так, зрительные пигменты этих креветок, обитающих в зеленоватой воде Финского залива имеют поглощение в зеленой области спектра (макс. 530 нм), в то время как те же креветки, живущие в красно-коричневой воде торфяных озер, обладают зрительными пигментами с поглощением в оранжево-красной области спектра (макс. 556 нм). Механизм этих спектральных различий между зрительными пигментами разных популяций M.relicta до настоящего времени был неизвестен. Среди возможных гипотез рассматривались как возникновения генетических различий между зрительными белками, так и различия, основанные на обратимых заменах хромофоров зрительного пигмента: витаминов А1 и А2. При микроспектрофотометрических исследованиях зрительных клеток позвоночных животных для идентификации А1- и А2-содержащих пигментов успешно используются математические шаблоны спектров поглощения зрительных пигментов (Govardovskii et al. 2000, Stavenga 2010), которые позволяют по форме спектра определить какой именно из витаминов А является хромофором. При этом вопрос о применимости шаблонов зрительных пигментов позвоночных к зрительным пигментам ракообразных до сих пор оставался открытым. В дополнение к различиям между спектрами поглощения зрительных клеток разных популяций M.relicta, спектральная чувствительность их глаз сдвинута в длинноволновую область по отношению к спектрам поглощения их зрительных пигментов. Так, озерная популяция креветок имеет максимум спектральной чувствительности глаза около 600 нм и максимум спектра поглощения зрительных клеток 556 нм, а балтийская популяция креветок имеет максимум спектральной чувствительности глаза около 575 нм и максимум спектра поглощения зрительных клеток 530 нм (Lindstrm and Nilsson 1988; Jokela-Maatta et al. 2005). Конкретный механизм этого длинноволнового сдвига до настоящего времени также не был ясен.

В целом, диссертационная работа была направлена на выявление механизмов, формирующих различия в спектральной чувствительности глаз креветок M.relicta, обитающих при разных спектральных условиях освещения.

Список терминов:

Рабдом – фоторецепторная часть зрительной клети ракообразных.

Р530 – принятые обозначения зрительных пигментов с обозначением

максимума их спектра поглощения в нм.

М495 – обозначение метародопсина, продукта обесцвечивания зрительного

пигмента.

Хромофор – простетическая группа зрительного белка, в виде какого-либо из

витаминов А, ответственная за поглощение кванта света.

Родопсин – зрительный белок с хромофором витамин А1.

Порфиропсин - зрительный белок с хромофором витамин А2.



Шаблоны зрительных пигментов – математические функции, позволяющие

по форме спектра поглощения зрительного пигмента определять вид хромофора.

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ:

Основной целью проведенной работы было определение механизмов спектральной адаптации глаз креветок M.relicta к световой среде обитания.

Задачами исследования были:

  1. Определить спектры поглощения зрительных и светофильтрующих пигментов в глазах исследованных видов ракообразных и соотнести их с локализацией этих пигментов.
  2. Оценить возможности применения математических шаблонов зрительных пигментов позвоночных животных к идентификации хромофоров (витамины А1 и А2) зрительных пигментов исследуемых видов ракообразных.
  3. Составить математическое описание спектральной чувствительности глаза M.relicta (Mysida) на основе полученных данных по морфологии глаза и по микроспектрофотометрическим измерениям спектров поглощения зрительных клеток и светофильтрующих пигментов.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ:

  1. Отличия в спектрах поглощения зрительных клеток двух подвидов креветок M.relicta, адаптированных к разным видам световой среды, определяются смесью двух спектральных форм зрительного пигмента в разном процентном соотношении.
  2. Спектры поглощения зрительных пигментов исследованных видов ракообразных могут быть описаны тем же математическим аппаратом, что и для позвоночных животных.
  3. Длинноволновое положение спектральной чувствительности глаз креветок M.relicta по отношению к спектрам поглощения их зрительных клеток обусловлено предварительной фильтрацией света через светоэкранирующие пигменты, ослабляющие коротковолновый видимый свет.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РАБОТЫ.

Усовершенствованы методы идентификации зрительных пигментов ракообразных при микроспектрофотометри­ческих измерениях зрительных клеток. Разработанные методики используются в исследовательской практике Института биохимической физики им. Н.М. Эмануэля РАН и Департамента биологии окружающей среды Биоцентра Хельсинского Университета.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ.

Впервые показано, что зрительные клетки креветок M.relicta могут содержать смесь двух спектральных форм зрительного пигмента. Показано, что спектры поглощения зрительных пигментов исследованных видов ракообразных могут быть описаны тем же математическим аппаратом, что и спектры поглощения позвоночных животных в полосе длин волн от 350 до 900 нм. Показано, что длинноволновое положение спектральной чувствительности глаз креветок M.relicta определяется светофильтрующим пигментом с преимущественным поглощением света в коротковолновой области.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ.

V, VI, VII, VIII и IX Международные симпозиумы “VISIONARIUM” at Tvrminne Zoological Station, Сентябрь 2006-2010 г.г.; ХХ Съезд Физиологического общества им. Павлова, Москва, июнь 2007; Международная конференция ИБХФ-РАН вузы, Москва, 8-10 ноября 2007; II Съезд физиологов СНГ, Кишинэу, Молдова, 29-31октября 2008; Международная конференция ИБХФ-РАН вузы, Москва, 9-11 ноября 2009; XXI съезд Физиологического общества им. И.П.Павлова, Калуга, 19-25 сентября 2010; Международная конференция ИБХФ-РАН вузы, Москва, 8-10 ноября 2010; XXV Любищевские чтения «Современные проблемы эволюции», Ульяновск, 5-7 апреля 2011.

ПУБЛИКАЦИИ. Основной фактический материал и выводы диссертации отражены в 9 научных публикациях, в том числе в 2-х журналах списка ВАК.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ ДИССЕРТАЦИИ. Диссертация состоит из разделов: Введение, Обзор литературы, Материалы и методы исследования, Результаты и обсуждение, состоящие из 4-х глав, Заключения и Выводов.

Текст диссертации изложен на 121 странице машинописного текста, иллюстрирован 1 таблицей и 35 рисунками. Библиография включает 104 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ. Обзор содержит данные (по 2010 год включительно) по морфологии глаз ракообразных, их зрительным и светофильтрующим пигментам, способам внутриглазной световой фильтрации и механизмам настройки спектральной чувствительности к различным средам обитания.

2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. Основным объектом исследований были крилевые креветки M.relicta (Mysida), отловленные в водоемах Финляндии на Тварминненской зоологической станции Хельсинского Университета. Основные измерения были проведены в Институте биохимической физики им. Н.М. Эмануэля РАН, часть измерений проведена в Биоцентре Хельсинского Университета. Отработка методик была проведена в Институте биохимической физики им. Н.М. Эмануэля РАН с использованием в качестве объекта дальневосточных пресноводных креветок L.modestus (Decapoda) (естественная среда обитания – о. Ханко, р. Амур). Микроспектрофотометрические измерения субклеточных структур глаза ракообразных выполняли на компьютеризованном микроспектрофотометре конструкции В.И. Говардовского в диапазоне длин волн от 338 до 750 нм, с соответствующими способами приготовления микроспектрофотометрических препаратов (Говардовский, Зуева, 2000).

В целом, было зарегистрировано и статистически обработано около 1000 записей спектров одиночных зрительных клеток и около 500 записей спектров внутриглазных светоэкранирующих субклеточных гранул. Анализ формы спектров зрительных клеток проводили путем сравнения с шаблонами А1/А2 зрительных пигментов (Govardovskii et al. 2000, Stavenga 2010). Исследование морфологии глаз животных и определение локализации светофильтрующих экранирующих пигментов проводили методами гистологической световой микроскопии при парафиновой заливке глаза, а также на полутонких 3-мкм срезах с заливкой в эпон. Математические расчеты спектральной чувствительности, формируемой спектрами поглощения зрительных и экранирующих пигментов, проводили исходя из закона Ламберта-Бугера-Берра по формуле:

где OD1() - оптическая плотность родопсина, OD2() - оптическая плотность экранирующего пигмента.

3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ.

3.1. Использование математических шаблонов зрительных пигментов позвоночных для идентификации хромофоров зрительных пигментов исследованных животных при микроспектрофото-метрических измерениях.

В микроспектрофотометрических исследованиях зрительных клеток позвоночных А1 и А2 зрительные пигменты легко идентифицируются по сопоставлению их спектров поглощения с соответствующими математическими шаблонами (Govardovskii et al. 2000, Stavenga 2010). В отличие от позвоночных, спектры поглощения зрительных клеток ракообразных могут быть загрязнены неконтролируемой примесью метародопсина (макс. 495-500 нм) и технически непригодны для сопоставления с шаблонами зрительных пигментов. В этой связи до настоящего момента применимость шаблонов спектров зрительных пигментов позвоночных к зрительным пигментам ракообразных вызывала серьезные сомнения. Так, Рис.1 по последовательному обесцвечиванию рабдома озерной популяции M.relicta демонстрирует, что спектры темнового и обесцвеченного зрительных пигментов в значительной степени перекрываются, и т.о. форма спектра поглощения рабдома может быть сформирована, в той или иной степени, суммой спектров поглощения родопсина и метародопсина,.

 Спектры поглощения рабдома озерной популяции M.relicta при-2 Рис.1. Спектры поглощения рабдома озерной популяции M.relicta при обесцвечивании: Темнота - макс. 552нм, 1мин - неполное обесцвечивание - макс. 530нм, 3-8мин - полное обесцвечивание - макс. 495 нм.


Pages:   || 2 |
 


Похожие работы:







 
2013 www.деньсилы.рф - «МЕДИЦИНА-ЛЕЧЕНИЕ-ОЗДОРОВЛЕНИЕ»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.