книги из ГПНТБ / Крисс А.Е. Жизненные процессы и гидростатическое давление

При меныпих величинах давления, по мере их повышения, увеличивалось время, необходимое для того, чтобы борозда до­ стигла оси веретена. Процесс деления развивался медленнее в три раза под давлением 136 атм и в пять раз медленнее под давле­ нием 333 атм, чем при атмосферном давлении.

Т а б л и ц а 67. Влияние давления на процесс деления оплодотворенных яиц Fundulus (Draper, Edwards, 1932)

Zimmerman (1963) также отмечает, что давление 5000— 6000 ф/д2, примененное в течение 20—30 мин., во время пер­ вого цикла деления яиц Arbacia punctulata, задерживало по­ следующее деление яйца; с возвращением к атмосферному дав­ лению клетки моглп продолжать развитие. Более высокое давле­

Необратимому прекращению деления, или клетки делились ненор­ мально.

Большое значение имела не только величина давления или его продолжительность, но и стадия развития оплодотворенного яйца, на которой применялось давление. Процесс деления восста­ навливался в 28% яиц через 20 мин. после снятия давления 5000 ф/д2, которое было приложено в метафазе и действовало 30 мин. Через 50 мин. после возвращения к атмосферному дав­ лению 83% яиц были на стадиях 2, 3, 4 и 5 клеток, в то время как в контроле яйца находились на стадиях 4 и 8 клеток.

Если действие давления 5000 ф/д2 продолжалось 30 мин. во время профазы, 45% яиц через 60 мин. последующего пребыва­ ния при одной атмосфере проходили стадию четырех клеток, меж­ ду тем как в контроле 95% яиц находилось на этой стадии.

Pease а. Marsland (1939) приводят данные о величине давле­ ния, блокирующего деление клеток ряда видов животных и расте­ ний. Эта величина чаще всего колебалась в пределах 330—400 атм, лишь для нескольких видов она спускалась до 270—230—200 атм.

166

Исключением явились яйца Ascaris megalocephala var. univa­ lens. Под давлением 600 атм никакой измеримой задержки в интрузии борозды дробления у этого червя не происходило и яйца могли делиться даже при 800 атм.

Некоторое отличие в состоянии оплодотворенных яиц под дав­ лением наблюдалось у лягушки Rana pipiens (Rugh, Marsland, 1943; Marsland, Jaffee, 1949). Под давлением около 400 атм рас­ щепление шло настолько быстро, что первоначально борозда была глубже, чем в контроле. Авторы полагают, что эта аномалия связана с большей величиной п сжимаемостью телолецитальных яиц лягушки по сравнению с маленькими гомолецнтальньгаи яй­ цами ранее исследованных животных. Явление большей углублен­ ности борозды было мимолетным: если давление продолжалось,

применяли давление 220 атм. Более высокое давление требовалось, для этого, когда борозда деленпя была уже глубока (Pease, 1940а). Эффект давления оказался частично обратимым, но в по­ следующих делениях наблюдали ненормальности.

Yasuda, Murakami a. Miki (1960) наблюдали деление оплодот­ воренных яиц сразу на восемь клеток, если яйца через 30 мин. после обсеменения подвергались давлению 4300 ф/д2 в течение часа.

Блияние гидростатического давления на развитие оплодотво­ ренных яиц Arbacia punctulata на более поздних стадиях изучали Zimmerman a. Silberman (1965). Давление 10 000 ф/д2, про­ должавшееся 10 мин., спустя 24 часа после обсеменения приве­ ло к блокированию развития 88—99% яиц до стадии поздней бластулы, спустя 48 час. 9 7%— до стадии плутеуса. Те яйца,, которые развивались до этих стадий, оказывались морфологиче­ ски ненормальными и проявляли слабое движение по сравнению

167

с контролем. Меньшее давление — 7500 и 5000 ф/д2— при топ же продолжительности позволили 14—20% и 25—73% яиц дос­ тичь соответственно стадии поздней бластулы.

При более коротких экспозициях давления 7500 атм (1—5 мин.) эффект его был минимальным. Пятиминутная продолжительность давления позволяла оплодотворенным яйцам достигать стадии призмы и ранней стадии плутеуса в течение 24 час. после об­ семенения; к этому времени контрольные яйца находились уже на стадии плутеусов с длинными выростами. Одноили двухми­

не препятствовали развитию яиц до стадии плутеуса со скоро­ стью, сравнимой в контроле.

Одноминутная экспозиция давления 7500 ф/д2 была выбрана для более подробного изучения действия давления на первое деление оплодтворенного яйца. Это было достигнуто путем при­ ложения давления в разные сроки после обсеменения, чтобы выяс­ нить задержку деления по сравнению с контролем. На рис. 87 видно, что задержка увеличилась до 7,4 мин. в интервале време­ ни от 16,5 до 21,5 мин. после обсеменения. Применение дав­ ления на 26-й мин. привело к задержке деления на 2,9 мин., затем следовали подъемы кривой, максимальное значение кото­ рых составило 12,7 мин. задержки деления. Далее они сокраща­ лись, достигнув уровня 2,7 мин. на 56-й мин. после обсеме­ нения.

Помещение неоплодотворенных яиц под давление 7500 ф/д2 на 1 мин. с последующим обсеменением этих яиц нормальной спермой через 1, 3, 5 и 10 мин. после снятия давления не привело к задержке по сравнению с контролем.

Деление у простейших

Macdonald (1967а) определял скорость размножения и уве­ личения объема клеток Tetrahymena pyriformis под давлением 100, 175 и 250 атм. Действие 100 атм было незначительным: из четырех опытов в двух скорость размножения не отличалась от

168

контроля и в двух понизилась на одну треть. Средний объем, клетки уменьшался, как в контроле. Под давлением 175 атм нор­ мальная скорость размножения наблюдалась примерно в течение часа, затем кривая спустилась круто до 10% от скорости в конт­ роле. Увеличение объема клеток ингибировалось в меньшей степе­

два часа после снятия давления, чтобы клетки восстановили, высокую скорость размножения.

В другой работе Macdonald (1967b) помещал клетку Tetrahymena pyriformis, находившуюся на поздней стадии деления, в камеру для давления п поднимал его до 250 атм в момент, когда у одной из сестринских клеток появлялись признаки воз­ никновения борозды деления. Давление сохранялось от 20 до 200 мин. После декомпрессии отмечалось время, когда ингиби­ рованная давлением клетка заканчивала деление.

По характеру изменений после снятия давления автор делит клетки на три группы. К первой группе он относит клетки, под­ вергавшиеся давлению непродолжительное время, у которых за декомпрессией следовала задержка деления в среднем на 29 мпн.

нем на 238 мин. У шести клеток этой группы наблюдалось ча­ стичное или полное обратное развитие борозды деления. В двух случаях старая борозда деления сохранялась и появлялись но­ вые, по одной в каждой из половинок, которые заканчивалиделение одновременно.

Две другие клетки начали делиться довольно скоро после декомпрессии, но остановились на полпути делений. Обе пары про-: должали активно плавать и закончили деление в то же время,- что и Другие клетки второй группы.

и к резорбции старой борозды. В одном из опытов две сестрин*; ские клетки после снятия давления, продолжавшегося тот жб1

вого шока, вызывало округление и деформацию клеток в синхро­ низированных культурах Tetrahymena pyriformis. Через 12 час. после декомпрессии оживало лишь около 10% клеток. Сокраще­ ние времени действия этого давления до 2 мин. через 145 мин. после снятия давления приводило к восстановлению у болыпйн-

169

ства из них нормального вида, а также способности к делению у 30% клеток.

При меньшем давлении (10 000 ф/д2) продолжительностью 2 мин., применеииом через различные временные интервалы по­ йле теплового шока, продолжительность задержки деления нахо­ дилась в прямой зависимости от периода времени, прошедшего после шока до повышения давления (рис. 88). Однако, если дав­ ление повышалось через 50—60 мин. после шока, заметной задерж­ ки деления уже не происходило.

Рис. 88. Влияние гидростати­ ческого давления па клеточное деление в синхронизированной культуре Tetrahymena (Zim­ mermau, 1969)

Давление 7500 (J) и 10 000 ф/Д2 (2) при 28° продолжительностью 2 мин. После 50 мнп. задержки]] деления нет

Время приложения давленая после теплоВого ш о ка , май.

Однотипный результат был получен под давлением 7500 ф/д2 двухминутной экспозиции. Различие было лишь в длительности задержки и в наступлении максимума ее в более ранний срок после теплового шока.

Исследование цитокинеза в синхронизированной культуре по­ казало, что у клеток, помещенных под давление 7500 ф/д2на 20 мин., непосредственно перед делением, блокировалось развитие борозды. Клетки деформировались, в них иногда появлялась круп­ ная вакуоль, их движение замедлялось. Через 1,5 часа после де­ компрессии клетки начинали обретать нормальный вид и на сле­ дующий день только около 10% клеток оставались деформиро­ ванными. После давления 2000 ф/д2 деление задерживалось, но

ление около 30% клеток. Сопоставляя свои данные с данными Macdonald (1967а), автор приходит к выводу, что клетки в синх­ ронизированной культуре Tetrahymena более резистентны к дав­ лению, чем клетки в обычной культуре.

Влияние давления на митотический аппарат

Влияние гидростатического давления на фигуру веретена и движение хромосом во время первого митоза у яиц Urechis caupo

170

Рпс. 89. Индуцирование триплондии повышенным давлением у эмбрио­ нов лягушкп Rana pipiens (Dasgupta, 1962)

o'— яйца подвергали давлению продолжительностью 4 мин. через 15 мип. после обсе­ менения; 6 — яйца подвергали давлению 5000 ф/д2 через 15 мин. после обсеменения; е — яйца подвергали давленшо 5000 ф/д2 в течение 6 мин.

Степень дезорганизации митотического аппарата зависела от величины давления и частично — от продолжительности его дей­ ствия. Трехминутная экспозиция при 8000 ф/д2 еще позволяла увидеть остатки линейно-радиальной структуры, тогда как шести­ минутная приводила к полному ее исчезновению, независимо от того, на какой ступени митоза давление применялось.

В серии экспериментов, где продолжительность давления была одинаковой (5 мин.), менялась величина давления. Этого временп было достаточно, чтобы при 6000 ф/д2 полностью унич­ тожить фибриллярную структуру в веретено-астральной области. Только следы линейно-радиальной конфигурации могли быть об­ наружены, а хромосомы группировались в центре остатка верете­ на. При 4000 и 2000 ф/д2 линейно-радиальная конфигурация выступала довольно отчетливо. Однако перемещение хромосом

продолжалось не более 5 мин., наступало восстановление мито­ тического аппарата и его функции. Скорость восстановления умень­ шалась с повышением давления и увеличением продолжитель­ ности его действия. Авторы заключают, что веретено и звезда могут рассматриваться как типичные гелевые структуры прото­ плазмы. У них ослабляются растяжимость и сократительные свойства, когда они подвергаются высокому давлению. Сильное разжижение митотического аппарата при больших величинах дав­ ления явилось основной причиной структурной и функциональ­ ной дезорганизации этого аппарата.

Поскольку в данной работе ие было испытано влияние давле­

*72

нием 7500 ф/д2, продолжавшимся одну минуту, исчезала линей­ ная структура в области веретена и звезды, но хромосомы не смещались и оставались в нормальной позиции, присущей стадии метафазы.

Индуцирование трнплопдип

Давление способно индуцировать триплоидию. Dasgupta (1962) получил 87% триплондных эмбрионов лягушки Rana pipiens, воз­ действуя давлением 5000 ф/д2 продолжительностью 6 мин., на яйца спустя 5 мин. после обсеменения (рис. 89). В момент при­ ложения давления яйца находились на стадии метафазы второго редукционного деления, что дало автору основание заключить о высокой чувствительности веретена на этой стадии к повышен­ ному давлению, определившей столь высокий процент трйплоидии. Больший промежуток времени — 15 мин. с момента оплодотворе­ ния до примеиеиия давления, т. е. когда яйцо находилось но стадии анафазы, привел к резкому снижению процента (до 36%) триплопдии.

КОМБИНИРОВАННОЕ ДЕЙСТВИЕ ДАВЛЕНИЯ И ДРУГИХ ФАКТОРОВ НА ДЕЛЕНИЕ КЛЕТОК

Температура

Изучение комбинированного действия давления и температу­ ры на процесс деления яиц Arbacia punctulata (Marsland, 1950) показало, что при температуре, близкой к минимальной, которая необходима для полного деления (10°), последнее подавлялось уже под давлением 3000 ф/д2. Между тем при 30°, почти максимальной температуре деления, требовалось 7000 ф/д2, что­ бы вызвать аналогичный эффект. В промежуточном ряду темпе­ ратур и давления минимальное давление, достаточное, чтобы вы­ звать блокирование деления, повышалось пропорционально на 1000 ф/д2 с каждым подъемом температуры на 5° (рис. 90).

Эти наблюдения были расширены путем привлечения в каче­ стве объектов исследования яиц других животных: Arbacia lixula, ■Chaetopterus pergamentaceus, Rana pipiens, Echinarachnius parma (Marsland, Landau, 1954).

У оплодотворенных яиц Arbacia lixula нормальный процесс деления при атмосферном давлении не начинался при темпера­ туре ниже 10° и выше 25°. Однако внутри этих температурных границ требовалось все большее давление, чтобы задержать раз­ витие борозды деления. При 10° было достаточно 2000 ф/д2, чтобы блокировать деление. Далее с каждым повышением темпе­

■173

требовалось уже давление 5000 ф/д2 (рис. 91, а). Несмотря на сходство с АгЬасіа punctulata по эффекту одновременного действия температуры и давления, у яиц АгЬасіа lixula наблю­ далась несколько меньшая потенция к образованию борозды деле­ ния: при 20° А. punctulata заканчивала полностью этот процесс под давлением 4000 ф/д2, тогда как у А. lixula начиналось об­ ратное развитие борозды деления.

Нижним лимитом температуры, при котором в условиях ат­ мосферного давления происходило нормальное деление яиц ЕсЫnarachnius parma, было 5°. Давление, нужное для задержки раз­ вития яйца, составляло при этой температуре 3000 ф/д2. Сту-

Рис. 90. Минимальное давление, тре­ буемое для блокирования деления оп­ лодотворенных яиц АгЬасіа punctulata при равных температурах (Marsland1950)

Рис. 91. Комбинированное действие температуры и давления на процесс деления оплодотворенных яиц АгЬасіа lixula (а), Echinarachnius parma (б), Rana pipiens (e), Chaetopterus pergamentaceus (г) (Marsland, Landau, 1954)

174

пенчатое повышение температуры па 5° вызывало соответствен­ но увеличение критического уровня давления на 1000 ф/д2. Со­ ответственно при температуре 20°, являющейся верхним лимитом для нормального деления, блокирование его происходило лишь при 6000 ф/д2 (рис. 91, б).

5° — также самая низкая температура для нормального раз­ вития яиц Rana pipiens, и требовалось 2000 ф/д2, чтобы инги­ бировать этот процесс. Однако каждое повышение температуры

Chaetopterus pergamentaceus, находились в пределах 20—30°, и та­ кими же узкими были соответственно пределы давления — 2000— 3000 ф/д2, препятствующего делению. Такую необычную чувстви­ тельность автор объясняет необычно слабой консистенцией геля кортикального слоя протоплазмы. По величине давления, необ­ ходимой для блокирования деления, яйца могли быть располо­ жены в следующем порядке: Echinarachnius parma>АгЬасіа punctulata>Arbacia lixula>Rana pipiens > Chaetopterus pergamen­ taceus.

Вследствие того что величина давления и продолжительность его действия немного превышали тот минимум, который вызывал обратное развитие борозды деления при разных температурах, после снятия давления процесс деления возобновлялся и завер­ шался во всех опытах.

АТФ и ингибиторы ее действия

Поступление энергии, требуемой клеткой для процесса деле­ ния, уменьшается с понижением температуры и увеличением дав­ ления. Поэтому любая комбинация температуры и давления, ко­ торая снижает энергию ниже определенного минимума, приводит к блокированию деления (Marsland, 1950).

Добавление аденозинтрифосфата как источника энергии для деления яиц АгЬасіа и Chaetopterus способствовало (Landau, Mars­ land, Zimmerman, 1954; Marsland et al., 1953) при атмосферном давлении снижению на 2° минимальной температуры, при кото­ рой еще успешно может пройти процесс деления. При высоких температурах минимальное давление, требующееся для блокиро­ вания деления, повысилось приблизительно на 500 ф/д2. Этот эффект не наблюдался, когда вместо аденозинтрифосфата приме­ няли аденозинмонофосфат, аденозин или неорганический фосфат.

Эти же авторы (Landau, Marsland, Zimmerman, 1954; Zim­ merman et al., 1957) применили вещества, блокирующие сульфгидрильные группы — мерсалиловую кислоту (салирган) и гс-хлор- меркурий бензоат для выяснения их действия на развитие бороз­

175