В статье рассматривается возможность применения DrosophilaMelanogasterв качестве маркера состояния биогеоценоза. Продемонстрированы положительное и отрицательное влияние различных видов излучений на живые организмы. Выявлены морфологические изменения DrosophilaMelanogasterпри действии на неё ультрафиолетового и инфракрасного излучений. Обсуждаются перспективы объекта — DrosophilaMelanogaster — для ранней диагностики нарушений в структуре биогеоценоза.
Ключевые слова: DrosophilaMelanogaster, маркер, биогеоценоз, ультрафиолетовое и инфракрасное излучение.
Понятие «биогеоценоз» было введено в 1940 году В. Н. Сукачёвым. Под биогеоценозом понимают однородный участок земной поверхности с определённым составом живых (биоценоз) и косных (приземный слой атмосферы, солнечная энергия, почва и др.) компонентов, объединённых обменом вещества и энергии в единый природный комплекс. Совокупность биогеоценозов образует биогеоценотический покров Земли, то есть всю биосферу, а отдельные биогеоценозы представляют собой её элементарную единицу. Со времен прошлого века понятие видоизменилось и в современном прочтении «Биогеоценоз» — это динамическое и устойчивое сообщество растений, животных и микроорганизмов, находящееся в постоянном взаимодействии и непосредственном контакте с компонентами атмосферы, гидросферы и литосферы [2, 3]. Данная система находится под действием постоянно меняющихся факторов. К сожалению, это влияние не всегда оказывается положительным. Так, интенсивное развитие научно-технического прогресса, техногенные катастрофы, высокий уровень урбанизации населения, развитие общества «потребителей» приводит к истощению ресурсов Земли и изменению её защитных оболочек. В палитре физических компонентов, оказывающих влияние на организмы, одно из ведущих мест занимает свет. Вышеперечисленные факторы приводят к довольно быстрому, в расчете по биологическому времени, изменению освещенности. Солнечный свет представлен волнами различной длины: (1) видимый свет — это электромагнитные волны в интервале частот, воспринимаемых человеческим глазом (излучение с длиной волны от 740 нм до 400 нм); (2) инфракрасное (или тепловое) излучение — это вид распространения тепла; (3) ультрафиолет — невидимая, коротковолновая часть спектра солнечного излучения; (4) рентгеновское и гамма-излучение до поверхности Земли практически не доходят [3]. Кроме солнца источниками ультрафиолетового и инфракрасного излучений служат многочисленные приборы, используемые как в промышленности, так и в быту. Влияние данных типов излучения на организм человека стали предметом изучения довольно давно. Известно, что в зависимости от длины волны ультрафиолет делят на три типа: А, В и С. Самое жесткое излучение UVС практически не достигает поверхности Земли, полностью поглощаясь озоновым слоем. Ультрафиолет типа В не только стимулирует выработку меланина и витамина D, но и вызывает покраснение кожи, появление эритемы, возникновение ожогов, не последнюю роль играет в этиологии развития онкологических заболеваний. Лучи UVА обладают еще большей проникающей способностью, чем лучи UVВ, но оказывают меньшее негативное влияние. Отрицательного воздействия инфракрасного излучения на организм человека не зафиксировано [1, 2, 3]. Как показали исследования, видоизмененная «волновая нагрузка» способна оказывать выраженный эффект на различные системы у живых организмов. Так, экспериментальными исследованиями описаны влияние терагерцового излучения и переменного магнитного поля на живые организмы [6]; стимулирующее влияние ультрафиолетового облучения на физиологическое состояние и продуктивные качества кур — несушек родительского стада при использовании двухьярусных батарей [5]; описаны возможные механизмы биологического действия источников ультрафиолетового излучения на организм [1].
Очевидно, что в быстро меняющихся условиях становится актуальным наблюдать за активностью излучений, создавать прогностические биологические модели и предупреждать негативное действия излучения на человеческий организм.
Целью настоящего исследования явилось изучение влияния ультрафиолетового и инфракрасного излучений на развитие и морфологию Drosophila Melanogaster. Выбор объекта исследования обусловлен рядом факторов: Drosophila Melanogaster обладает высокой плодовитостью (50 до 200 потомков от одной пары); непродолжительным циклом развития (10–12 суток); четко выраженным половым диморфизмом (размер, форма тела, наличие исчерченности на спинной части), хорошей изученностью. В качестве источника ультрафиолетового и инфракрасного излучений были использованы УФ-облучатель высокой интенсивности SB 100Р, инфракрасная лампа ИКЗ 220–250. В эксперименте были исследованы скорость развития различных форм Drosophila Melanogaster, плодовитость мухи, соотношение полов, морфологические признаки. Для обработки результатов был использован метод математической статистики «Хи-квадрат».
Анализ полученных результатов показал, что инфракрасное излучение приводит к увеличению скорости развития Drosophila Melanogaster, в то же время ультрафиолетовое излучение не вызывает достоверных изменений данного показателя, формируя при этом тенденцию к его снижению (рис.1).
Рис. 1. Влияние ультрафиолетового и инфракрасного излучений на скорость вылета Drosophila Melanogaster, сутки
При морфологической оценке Drosophila Melanogaster было выявлено, что оба вида излучения приводят к статистически значимому увеличению размеров тела и крыльев. Причем выраженность действия ультрафиолетового излучения сильнее, чем инфракрасного (рис.2, 3).
Рис. 2. Влияние ультрафиолетового и инфракрасного излучений на размер тела Drosophila Melanogaster, у.е.
Рис. 3. Влияние ультрафиолетового и инфракрасного излучений на размер крыльев Drosophila Melanogaster, у.е.
В эксперименте было показано достоверное снижение плодовитости самок при действии на них ультрафиолетового излучения. В то же время инфракрасное излучение не приводило к изменению данного показателя (рис.4).
Рис. 4. Влияние ультрафиолетового и инфракрасного излучений на плодовитость Drosophila Melanogaster, %
Соотношение полов в случае использования различных видов облучений не отличалось от такового в контрольной группе (рис.5).
Рис. 5. Влияние ультрафиолетового и инфракрасного излучений на соотношение полов Drosophila Melanogaster
Таким образом, проведенный эксперимент показал, что применение ультрафиолетового облучения вызывает более выраженные изменения в развитии и морфологических признаках Drosophila Melanogaster, чем инфракрасное облучение. Вероятно, свое действие оба вида излучения могут оказывать как прямо на системы и органы, так и опосредованно, создавая при этом различные условия для последующего развития самцов и самок. В дальнейшем представляется интересным оценить не только изменение фенотипических признаков, но и генотипа под действием излучений различных видов и частот. Продолжение исследований на модельных животных помогут расшифровать механизмы воздействия излучений на репродуктивные признаки. Подводя итог можно заключить, что Drosophila Melanogaster проявляет высокую чувствительность к изменяющимся условиям освещения, что позволяет использовать этот биологический объект в качестве маркера состояния биогеоценоза.
Литература:
1. Беленький Н. Г., Беккер Р. И. О механизме биологического действия источников УФ излучения на организм // Вестник с.-х. науки. 1976. — № 9. — С. 77–78.
2. Биологический энциклопедический словарь. Свободный доступ http://dic.academic.ru
3. Википедия. Свободный доступ https://ru.wikipedia.org/wiki.
4. Кауфова М. А., Хандохов Т. Х., Керефова М. К. Морфозы, наблюдаемые у Drosophila melanogaster при облучении переменным магнитным полем разной частоты // Фундаментальные исследования. — 2013. — № 10–10. — С. 2219–2221.
5. Кретов С. Н. Влияние ультрафиолетового облучения на физиологическое состояние и продуктивные качества кур — несушек родительского стада при использовании двухьярусных батарей // Автореферат на соискание ученой степени к.сх.наук. — 1999–108 с. Свободный доступ http://www.dissercat.com
6. Федоров В. И., Вайсман Н. Я., Немова Е. Ф., Мамрашев А. А., Николаев Н. А. Отдаленные результаты влияния терагерцового излучения на стрессированных самок дрозофил // Бюллетень медицинских интернет-конференций. — 2012. — Т.2. — № 6. — С. 431–433.
