По всем вопросам звоните:

+7 495 274-22-22

УДК: 639.3.03 DOI:10.33920/sel-09-2104-05

Полносистемное исследование нейроэндокринной регуляции размножения рыб. 1. Разработка принципов управления биотехникой искусственного воспроизводства рыб на основе эколого-гистофизиологического подхода

Павел Евгеньевич Гарлов д-р биол. наук, профессор кафедры водных биоресурсов и аквакультуры, ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный аграрный университет», Россия, 194044, г. Санкт-Петербург, ул. Комиссара Смирнова, д. 13, кв. 22, E-mail: wba2009@mail.ru, ORCID: 0000-0001-6041-3382
Наталья Борисовна Рыбалова канд. с.-х. наук, заведующий кафедрой водных биоресурсов и аквакультуры, ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный аграрный университет», Россия, 196601, г. Санкт-Петербург, г. Пушкин, Петербургское шоссе, д. 2, E-mail: wba2009@mail.ru, ORCID: 0000-0001-5545-6898
Тамара Алексеевна Нечаева канд. биол. наук, доцент кафедры водных биоресурсов и аквакультуры, ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный аграрный университет», Россия, 196601, г. Санкт-Петербург, г. Пушкин, Петербургское шоссе, д. 2, E-mail: wba2009@mail.ru, ORCID: 0000-0003-4858-567X
Сайма Умаргаджиевна Темирова канд. биол. наук, доцент кафедры водных биоресурсов и аквакультуры, ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный аграрный университет», Россия, 196601, г. Санкт-Петербург, г. Пушкин, Петербургское шоссе, д. 2, E-mail: wba2009@mail.ru, ORCID: 0000-0003-3114-9070
Владимир Сергеевич Турицин канд. биол. наук, доцент кафедры водных биоресурсов и аквакультуры, ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный аграрный университет», Россия, 196601, г. Санкт-Петербург, г. Пушкин, Петербургское шоссе, д. 2, E-mail: wba2009@mail.ru, ORCID: 0000-0001-9066-0026
Сергей Федорович Марасаев канд. биол. наук, доцент кафедры водных биоресурсов и аквакультуры, ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный аграрный университет», Россия, 196601, г. Санкт-Петербург, г. Пушкин, Петербургское шоссе, д. 2, E-mail: wba2009@mail.ru, ORCID: 0000-0002-5432-4233

Выполнено полносистемное (научно-прикладное) эколого-гистофизиологическое исследование участия гипоталамо-гипофизарной нейросекреторной системы (ГГНС) в размножении рыб. С помощью световой, электронной микроскопии и иммуноцитохимии впервые установлено, что в начале миграций проходных рыб происходит массовое накопление нейросекреторных продуктов в нейрогипофизе, которое свидетельствует о прекращении нормального уровня их выведения в кровоток. Одновременно происходят их активный синтез в перикарионах нейросекреторных клеток преоптического ядра и выведение их в полость III желудочка мозга. Это свидетельствует, во-первых, о нарушении основной осморегуляторной функции ГГНС, которое должно вызывать смену среды обитания. Во-вторых, синхронное с этим выведение нейрогормонов в ликвор мозга должно вызывать их нейротропный эффект влияния на центры поведения ЦНС в виде доминантного состояния возбуждения — «миграционный импульс». В начале нереста рыб независимо от его сезона ГГНС также инициирует нерестовое поведение и завершает нерест участием в защитно-приспособительных реакциях организма на естественный физиологический стресс. Функциональная роль ГГНС в размножения рыб заключается в инициировании энергозатратных репродуктивных процессов миграционного и нерестового поведения и завершении нереста путем подавления гиперактивности желез-мишеней, которое обеспечивает переход организма на энергосберегающий пластический обмен. Анализ такой ключевой роли ГГНС в интеграции размножения рыб по принципу саморегуляции позволил определить принципы эффективного управления размножением и выращиванием рыб прежде всего в виде поиска наиболее эффективных воздействий на центры интеграции управляемых функций либо моделирования их эффектов, которые следует осуществлять в естественные периоды функциональной лабильности организма. Представлена конструктивная рабочая схема нейроэндокринной интеграции размножения рыб и рассмотрена возможность применения метода сравнительного анализа для дальнейшего развития системы управления биотехникой воспроизводства их популяций.

Литература:

1. Баранникова, И.А. Функциональные основы миграций рыб / И.А. Баранникова. — Л.: Наука, 1975. — 210 с.

2. Гарлов, П.Е. Среда «критической» солености как перспективная модель для изучения эустресса и развития аквакультуры / П.Е. Гарлов // Труды ЗИН РАН. — 2013. — Прил. № 3. — С. 75–83.

3. Гарлов, П.Е. Эколого-гистофизиологический обзор участия гипоталамо-гипофизарной нейросекреторной системы в размножении рыб / П.Е. Гарлов, М.В. Мосягина, Н.Б. Рыбалова // Труды ЗИН РАН. — 2019. — № 323 (4). — С. 476–497.

4. Гарлов, П.Е. Механизмы нейроэндокринной регуляции размножения рыб и перспективы искусственного воспроизводства их популяций / П.Е. Гарлов, Т.А. Нечаева, М.В. Мосягина. — СПб.: Проспект науки, 2018. — 335 с.

5. Гарлов, П.Е. Функциональная цитоморфология преоптико-гипофизарной нейросекреторной системы рыб / П.Е. Гарлов, А.Л. Поленов // Цитология. — 1996. — № 38 (3). — C. 275–299.

6. Гербильский, Н.Л. Биологическое значение и функциональная детерминация миграционного поведения рыб / Н.Л. Гербильский. — М.-Л.: Наука, 1965. — С. 23–32.

7. Микодина, Е.В. Гистология для ихтиологов. Опыт и советы / Е.В. Микодина, М.А. Седова, Д.А. Чмилевский, А.Е Микулин, С.В. Пьянова, О.Г. Полуэктова. — М.: ВНИРО, 2009. — 112 с.

8. Поленов, А.Л. Гипоталамо-гипофизарный нейроэндокринный комплекс / А.Л. Поленов, М.С. Константинова, П.Е. Гарлов // Основы современной физиологии (нейроэндокринология). — Кн. 1. — Ч. 1. — СПб.: Наука, 1993. — С. 139–187.

9. Салменкова, Е.А. Механизмы хоминга лососевых рыб / Е.А. Салменкова // Успехи современной биологии. — 2016. — № 136 (6). — С. 593–607.

10. Canosa, L.F. Neuroendocrine control of growth hormone in fish / L.F. Canosa, J.P. Chang, R.E. Peter // General and Comparative Endocrinology. — 2007. — 151 (1). — P. 1–26. — DOI: 10.1016/j.ygcen.2006.12.010.

11. Garlov, P.E. Plasticity of Nonapeptidergic Neurosecretory Cells in Fish Hypothalamus and Neurohypophysis / P.E. Garlov // International Review of Cytology. — 2005. — 245. — P. 123–170. — DOI: 10.1016/S0074-7696(05)45005-6.

12. Pierantoni, R. Evolutionari aspects of cellular communication in the vertebrate hypothalamo-hypophysio-gonadal axis / R. Pierantoni, G. Cobellis, R. Meccariello, S. Fasano // International Review of Cytology.— 2002. — 218. — P. 69–141. — DOI: 10.1016/s00747696(02)18012-0.

13. Putman, N.F. Geomagnetic imprinting predicts spatio-temporal variation in homing migration of pink and sockeye salmon / N.F. Putman, E.S. Jenkins, C.G. Michielsens, D.L. Noakes // J. of The Royal Society Interface. — 2014. — № 11 (99). — P. 1–10. — DOI: 10.1098/ rsif.2014.0542.

14. Ueda, H. Sensory mechanisms of natal stream imprinting and homing in Oncorhynchus spp. / H. Ueda // J. Fish Biology. — 2019. — 95. — P. 293–303. — DOI: 10.1111/jfb.13775.

15. Wendelaar Bonga, S.E. The stress response in fish (Review) / S.E. Wendelaar Bonga // Physiological Review. — 1997. — 77. — P. 591–625. — DOI: 10.1152/physrev.1997.77.3.591.

16. Zohar, Y., Muñoz-Cueto, J.A., Elizur, A., Kah, O. Neuroendocrinology of reproduction in teleost fish / Y. Zohar, J.A. Muñoz-Cueto, A. Elizur, O. Kah // Gen. Compar. Endocrinol. — 2010. — № 165 (3). — Р. 438–455. — DOI: 10.1016/j.ygcen.2009.04.017.

1. Barannikova, I.A. Funkcional’nye osnovy migracij ryb [Functional bases of fish migrations]. Nauka, Leningrad, 1975. 210 p.

2. Garlov, P.E. Sreda «kriticheskoj» solenosti kak perspektivnaja model’ dlja izuchenija jeustressa i razvitija akvakul’tury [The environment of “critical” salinity as a perspective model for eustress research and aquaculture elaboration]. Proceedings of the Zoological Institute RAS, 2013, vol. 317 (suppl. 3), pp. 75–83.

3. Garlov, P.E., Mosjagina, M.V., Rybalova, N.B. Jekologo-gistofiziologicheskij obzor uchastija gipotalamo-gipofizarnoj nejrosekretornoj sistemy v razmnozhenii ryb [Ecologic-histophysiological overview of the involvement of the hypothalamo-hypophysial neurosecretory system in fish reproduction]. Proceedings of the Zoological Institute RAS, 2019, no. 323 (4), pp. 476–497.

4. Garlov, P.E., Nechaeva, T.A., Mosjagina, M.V. Mehanizmy nejrojendokrinnoj reguljacii razmnozhenija ryb i perspektivy iskusstvennogo vosproizvodstva ih populjacij. Prospekt nauki, Saint-Petersburg, 2018. 335 p.

5. Garlov, P.E., Polenov, A.L. Funkcional’naja citomorfologija preoptiko-gipofizarnoj nejrosekretornoj sistemy ryb [Functional cytomorphology of the preoptic-pituitary neurosecretory system of fish]. Tsitologiya, 1996, no. 38 (3), pp. 275–299.

6. Gerbil’skij, N.L. Biologicheskoe znachenie i funkcional’naja determinacija migracionnogo povedenija ryb [Biological significance and functional determination of fish migration behavior]. Nauka, Moscow-Leningrad, 1965, pp. 23–32.

7. Mikodina, E.V., Sedova, M.A., Chmilevskij, D.A., Mikulin, A.E., P’janova, S.V., Polujektova, O.G. Gistologija dlja ihtiologov. Opyt i sovety [Histology for ichthyologists. Experience and tips]. VNIRO, Moscow, 2009. 112 p.

8. Polenov, A.L., Konstantinova, M.S., Garlov, P.E. Gipotalamo-gipofizarnyj nejrojendokrinnyj kompleks [Hypothalamic-pituitary neuroendocrine complex]. In: Osnovy sovremennoj fiziologii (nejrojendokrinologija) [Fundamentals of modern physiology (neuroendocrinology)], book 1, ch. 1. Saint-Petersburg, Nauka, 1993, pp. 139–187.

9. Salmenkova, E.A. Mehanizmy hominga lososevyh ryb. [Mechanisms of salmon homing]. Uspehi sovremennoj biologii [Biology Bulletin Reviews], 2016, no. 136 (6), pp. 593–607.

10. Canosa, L.F., Chang, J.P., Peter, R.E. Neuroendocrine control of growth hormone in fish. General and Comparative Endocrinology, 2007, no. 151 (1), pp. 1–26. DOI: 10.1016/j.ygcen.2006.12.010.

11. Garlov, P.E. Plasticity of Nonapeptidergic Neurosecretory Cells in Fish Hypothalamus and Neurohypophysis. International Review of Cytology, 2005, no. 245, pp. 123–170. DOI: 10.1016/S0074-7696(05)45005-6.

12. Pierantoni, R., Cobellis, G., Meccariello, R., Fasano, S. Evolutionari aspects of cellular communication in the vertebrate hypothalamo-hypophysio-gonadal axis. International Review of Cytology, 2002, no. 218, pp. 69–141. DOI: 10.1016/S0074-7696(02)18012-0.

13. Putman, N.F., Jenkins, E.S., Michielsens, C.G., Noakes, D.L. J. of The Royal Society Interface, 2014, no. 11 (99), pp. 1–10. DOI: 10.1098/rsif.2014.0542.

14. Ueda, H. Sensory mechanisms of natal stream imprinting and homing in Oncorhynchus spp. J. Fish Biology, 2019, no. 95, pp 293–303. DOI: 10.1111/jfb.13775.

15. Wendelaar Bonga, S.E. The stress response in fish (Review). Physiological Review. 1997, no. 77, pp. 591–625. DOI: 10.1152/physrev.1997.77.3.591.

16. Zohar, Y., Muñoz-Cueto, J.A., Elizur, A., Kah, O. Neuroendocrinology of reproduction in teleost fish. Gen. Compar. Endocrinol, 2010, no. 165 (3), pp. 438–455. DOI: 10.1016/j. ygcen.2009.04.017.

Ранее было установлено, что два нонапептидных нейрогормона (аргинин-вазотоцин и изотоцин у костистых рыб), вырабатываемые гипоталамо-гипофизарной нейросекреторной системой (ГГНС) рыб, регулируют водно-солевой обмен, тонус гладкой мускулатуры гонад, нерестовое поведение и участвуют в защитно-приспособительных реакциях организма на стрессорные воздействия [5; 8]. В размножении рыб, включающем процессы миграции и нереста, участия ГГНС не было установлено, хотя предполагалось исходно, что она прежде всего предопределяет миграционное поведение в виде «миграционного импульса», механизм которого оставался неясен [1; 4; 6]. Поэтому до настоящего времени процессы навигационного назначения: воздействие геомагнитных полей на рецепторные системы организма и хеморецепторных механизмов на ЦНС (ольфакторного импринтинга и хоминга),— общепринято рассматривать как основной механизм осуществления миграций рыб [9; 13; 14]. Все это связано, по-видимому, исключительно с качественными методами исследований ГГНС в прошлом, а на современном методическом уровне, например ультраиммуноцитохимическом, с изучением только лишь одного отдела системы (центра синтеза нейрогормонов) — перикарионов нейросекреторных клеток (НСК) преоптического ядра [3]. Однако нами было обращено внимание на явно стрессорное состояние организма после нереста даже у полицикличных видов рыб. Поэтому на основе разработки количественных морфометрических методов эколого-гистофизиологических и экспериментальных исследований ГГНС на уровне световой и электронной микроскопии нами впервые было установлено ее участие в нересте рыб [3; 11]. В начале нереста у проходных осетровых и лососевых обнаружена сильная активация ГГНС с дальнейшим снижением ее функциональной активности к окончанию нереста, что соответствует двум фазам развития стресса и отражает ее участие в защитно-приспособительных реакциях организма на естественный физиологический стресс. Было высказано представление о том, что функциональная роль ГГНС в нересте заключается в его инициировании и завершении, что перспективно для разработки принципов и методов управления воспроизводством [3; 4]. Однако для создания достаточно конструктивной рабочей схемы такого управления необходимо установить и ведущий механизм миграций, важнейший для обеспечения эффективности промыслового возврата.

Для Цитирования:
Павел Евгеньевич Гарлов, Наталья Борисовна Рыбалова, Тамара Алексеевна Нечаева, Сайма Умаргаджиевна Темирова, Владимир Сергеевич Турицин, Сергей Федорович Марасаев, Полносистемное исследование нейроэндокринной регуляции размножения рыб. 1. Разработка принципов управления биотехникой искусственного воспроизводства рыб на основе эколого-гистофизиологического подхода. Рыбоводство и рыбное хозяйство. 2021;4.
Полная версия статьи доступна подписчикам журнала
Язык статьи:
Действия с выбранными: