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

Изменения в клетках амебы отвечали состоянию плазмогеля в различных условиях температуры и давления. Когда плотностьгеля этой части протоплазмы снижалась посредством низкой тем­ пературы нли высокого давления, действующих раздельно или в комбинации, п-севдоподоии исчезали и амеба округлялась за счет поверхностного натяжения. Если же гелевая система клетки ослаб­ лялась в меньшей степени, то псевдоподии подвергались лишь соответствующему уменьшению в размерах.

Давление 1000 ф/д2 в течение 2 час. не оказывало влияния

достаточно было 1 мин. пребывания под давлением 4000 ф/д2 для начала процесса распада акооподий на шарики, а затем пол­ ного исчезновання их. В некоторых случаях шарики располага­ лись по длине тонкой нити, возможно являющейся аксопемоіц при 6000 ф/д2 они окружали в виде ободка тело животного, которое принимало угловатую форму (Kitching, 1957b).

Декомпрессия в тех случаях, когда продолжительность давле­ ния была невелика, приводила к приближению шариков к по­ верхности организма и превращению их в начальный пункт об­ разования аксоподий. Автор сравнивает изменения под давлением аксоподпй у Actinophrys и псевдоподий у амебы и находит суще­ ственные черты сходства в этих процессах.

Температура ослабляет действие давления на аксоподии: с по­ вышением ее на 10° требуется увеличение давления примерно иа 1200 ф/д2, чтобы вызвать тот же эффект.

Усилия Zimmerman, Landau, Marsland (1958) были направле­ ны на выяснение энергетической стороны процесса амебоидного движения. Комбинацию температурного воздействия и высокого давления применяли в присутствии некоторых фосфорных соеди­ нений и 4,6-дпиитро-крезола — вещества, влияющего на окисли­ тельное фосфорилирование.

Добавление аденозинтрифосфата в концентрации, не подавляю­ щей жизнедеятельность Amoeba proteus, повысило степень устой­ чивости псевдоподий к совместному действию температуры в ряду 10, 15, 20, 25° и давления от 3000 до 6000 ф/д2. С каждой из этих температур требовалось давление на 500 ф/д2 большее для животных, находившихся в среде с АТФ, чем без АТФ (кон­ троль) , чтобы вызвать утрату псевдоподий у большинства из них (рис. 94). Авторы полагают, что присутствие АТФ давало возможность амебам сохранять более прочную структуру плаз­ могеля.

Аналогичные данные были получены в опытах с аденозинмонофосфатом под давлением 5000 ф/д2 и температурой 20°. Устой­ чивость псевдоподий была выше, чем в контроле, в той же сте­ пени, что и в опытах с АТФ. Другие соединения — двузамещенный фосфат натрия и пирофосфат натрия — не повышали стабиль­ ность псевдоподий, а аденозин даже несколько снижал ее.

186

Неожиданный и трудно объяснимый для авторов эффект на­ блюдался в опытах с 4,6-динитро-о-крезолом. В среде с этим веществом и без него получался одинаковый результат под дав­ лением 5000 ф/д2. Когда же его испытывали вместе с АТФ (табл. 71) или аденозинмонофосфатом, то в первом случае не толь­ ко стиралось стабилизирующее действие АТФ на псевдоподии, но и увеличивалось с 75 (контроль) до 90% содержание амеб, лишен­ ных псевдоподий. Во втором случае процент таких амеб не от­ личался от контроля.

Рис. 94. Влияние аденозинтрифосфата на стабильность псевдоподий у Amoeba proteus (Zimmerman et al., 1958)

Тяжелая вода даже в концентрации 98,8% не влияла на ак­ тивное движение Amoeba proteus при продолжительности опыта восемь дней (Marsland, 1964а). Псевдоподии казались тоньше, многочпсленнее и образовывались обычно у конца, противополож­ ного направлению движения амебы. Поток эндоплазмы или плаз­ мозоля был необычно широк по отношению к неподвижному слою эктоплазмы или плазмогелю.

При относительно низком давлении псевдоподии сжимались, уменьшаясь в длине и поперечнике в большей или меньшей сте­ пени в зависимости от величины давления. С увеличением дав­ ления они распадались иа шарики, располагающиеся дискретно

Т а б л и ц а 71. Комбинированное действие аденозпнтрпфосфата и 1,6-дшштро-о-крезо- ла на стабильность псевдоподий у Amoeba proteus (Zimmerman et al., 195S)

187

в линейном порядке. Давление, которое вызывало такой распад; псевдоподий, служило автору критерием для суждения о влия­ нии дейтеризации на стабильность их гелевой структуры. Из табл. 72 видно, что с увеличением концентрации D2O требовалось, все более высокое давление, чтобы вызвать расчленение псевдопо­ дий на шарики. Каждое повышение концентрации тяжелой воды

Т а б л и ц а 72. Влияние тяжелой воды на целостность псевдоподий у Amoeba proteus-

на 20% приводило к необходимости увеличения давления, приб­ лизительно на 500 ф/д2 для преодоления соответственно нара­ стающей стабильности плазмогеля псевдоподий в результате дей­ теризации.

Реснитчатый аппарат

Влияние высокого давления на реснитчатый аппарат изучали еще Certes (1884с) и Regnard (1884с, 1891). В их опытах дав­ ление 500—600 атм прекращало колебательное движение ресничек у некоторых инфузорий.

Pease a. Kitching (1939) предприняли подробное изучение ско­ рости колебаний жаберных ресничек у моллюска Mytilus eclulis в связи с изменениями давления. Резкое повышение давления до 1000 и 5000 ф/д.2 вызывало почти мгновенное увеличение скорости колебаний, за которым следовало медленное возвращение к прежнему уровню, если величина давления сохранялась. Бы­ страя декомпрессия вызывала моментальное уменьшение скорости колебаний с последующим медленным восстановлением ее (рис. 95, 96). Чем больше было изменение в давлении, тем больше был подъем или падение скорости колебательного движения рес­ ничек. Под давлением 5000 и 6000 атм обычная частота коле­ баний падала, однако немедленный эффект изменения давления

18В

Рис. 95. Изменения скорости колебательного движения ресничек при быст­ ром подъеме давления от 1000 до 5000 ф/д2 (Pease, Kitching, 1939)

Рис. 96. Изменения скорости колебательного движения ресничек при повы­ шении давления до 7000 ф/д2, ступенчато по 1000 ф/д2 (Pease, Kitching,. 1939)

в виде кратковременного увеличения числа колебаний все же наблюдался. Авторы отмечают поразительное сходство с действи­ ем давления на ритм сердца и мышечное сокращение.

ching, 1957а).

Высокое давление подавляло биение ресничек клеток мерца­ тельного эпителия слизистой неба травяной лягушки Rana temporaria. Пределом устойчивости их явилось давление 1550— 1650 атм, действующее 5 мии.; при этом мерцание ресничек пре­ кращалось (Арронет, 1964). Этот эффект снижался (рис. 97), когда влияние давления определялось в 2М растворе глицерина,

навливало биение, но также приводило к их растворению. Устойчивость клеток мерцательного эпителия слизистой неба

озерной лягушки Rana ridibunda оказалась большей, чем у травя­ ной; разница составила 100 атм (Арронет, Константинова, 1964). По мнению авторов, различия определяются чувствительностью сократительных белков мерцательного эпителия к высокому дав­ лению.

Исследования устойчивости реснитчатого эпителия морских донных беспозвоночных к давлению 100— 1000 атм продолжитель­ ностью 6—24 час. были проведены Ponat (1967). Барорезистент­ ность устанавливалась по скорости движения ресничек при атмосферном давлении после декомпрессии. Она оказалась неоди­ наковой для различных видов: Asterias rubens i> Mytilus edulis =

меньшей при высокой температуре, чем при низкой. Но в опытах с Modiolus выяснилось, что если эта высокая температура не наблюдалась в среде обитания данного вида, то барорезистент­ ность его не возрастала. Ткани Mytilus, адаптированные к хо­ лоду, были устойчивее к давлению при этой температуре.

Резистентность к давлению жаберной ткани Mytilus из Се­ верного моря при солености 3% превышала барорезистеитность жаберной ткани Mytilus из Балтийского моря при солености 1,5%. Так же уменьшалась чувствительность этой ткани к дав­ лению, когда Mytilus был адаптирован к морской воде с двойным содержанием кальция.

Ebbecke (1935с) наблюдал не только увеличение частоты коле­ баний ресничек у медузы Cyanea capillata под давлением 100— 200 атм, но и повышение амплитуды движений зонтичной части животного. Стимуляториый эффект исчезал при 300 атм, и давле­

190

Рис. 97. Повышение устойчивости клеток мерцательного эпителия травяной лягушки к высокому гидростатическому давлению под влиянием глицерина ( Арронет, 1964)

Ду — превышение устойчивости стабилизированных глицерином клеток над устойчи­ востью контрольных (в %)

Рис. 98. Изменения формы амебы и вязкости ее протоплазмы под влиянием повышенного давления (Marsland, Brown, 1936)

И зм ен ен и е ф орм ы к л е то к

Marslaad а. Browa (1936) помещали Amoeba dubia ж Amoeba proteus в камеру под давление 100 атм, а затем повышали его до 450 атм со скоростью 100 атм в секунду. Никаких видимых изменений в форме клеток не происходило до того момента, ког­ да давление достигало приблизительно 400 атм. Прп этом давле­ нии наступало внезапное сокращение псевдоподий по длине, сопровождаемое постепенным изменением всей формы амебы, и через 5 мин. клетка становилась сферической. Эти явления про­ текали на фоне уменьшающейся вязкости протоплазмы амебы с повышением давления (рис. 98).

Быстрое укорочение и распад щупалец суктории Ephelota соronata на мелкие круглые капельки под действием давления

чение 10—30 мин.: клетки округлялись и лишь спустя продол­ жительное время после декомпрессии принимали свой обычный вид и начинали двигаться.

В условиях, когда применялось давление при различных тем­ пературах (Landau, Zimmerman, Marsland, 1954), с понижением температуры требовалось все меньшее и меньшее давление для

191

того, чтобы вызвать превращение амеб Amoeba proteus и Amoeba dubia в сферические тела.

Если декомпрессия производилась быстро, то в течение 10— 15 сек. образовывалась широкая гиалиновая зона между клеточ­ ной мембраной и гранулярным слоем эктоплазмы, которая до это­ го оставалась в контакте с поверхностью клетки. Авторы пола­ гают, что это явление представляло собой сокращение плазмоге­ ля. Казалось, что он отделяется от мембраны по всей внутренней поверхности клетки и выделяет светлую жидкость, заполняющую широкое пространство между мембраной и внешней границей гранулярного слоя.

Таким образом, пока еще круглые амебы имели внутри три концентрические зоны: 1) центральную сжатую гранулярную мас­ су, занимающую около 50% общего объема; 2) широкую зону светлой жидкости, окружающую гранулярный слой; 3) клеточную мембрану.

В следующие 10—20 сек. глубоко лежащая гранулярная ци­ топлазма начинала проникать в нескольких местах внутрь гиали­ новой зоны, выпячивая клеточную мембрану, и вскоре возникали псевдоподии, создавая характерную форму амебы.

Амебы, находившиеся в среде с 30, 50, 70 и 90% тяжелой воды 20 мин., а затем помещенные под давление от 1000 до 12000 ф/д2 на 20 мин., были устойчивее к округляющему дей­ ствию его по сравнению с амебами, не подвергавшимися дейтеризацпн. Наибольший эффект в отношении стабильности формы животных наблюдался в опытах с 90%-ным содержанием дей­ терия: требовалось давление выше 12000 ф/д2, чтобы все амебы приняли сферическую форму (Marsland, 1964а). Kitebing (1954а) приводит серию фотографий и рисунков, показывающих

10 до 60 мин. Начиная с 2000 ф/д2, давление способствовало сбразоваишо складчатости поверхности тела и растяжению пелли­ кулы. Под давлением 3000 ф/д2 заметно уже было отделение протоплазмы от пелликулы. Чем выше давление, тем быстрее шел этот процесс. При достаточной экспозиции давления (10 000— 15 000 ф/д2) наблюдалось округление протоплазмы с уменьшением ее объема. После декомпрессии протоплазма устремлялась к пел­ ликуле, которая постепенно лишалась морщинистости и принима­ ла нормальный вид и обычные размеры.

Величина давления, вызывающего морфологические изменения, неодинакова для разных видов морских животных (Kitching, 1957а). Для Astasia longa было достаточно 8000—10 000 ф/д2, чтобы вызвать округление клеток, тогда как у Colpidium сашру-

192

stomuni ambiguum встречались уже при 6000 ф/д2, а у Parame­ cium aurelia — при 7000 ф/д2. Деформированные, разбухшие клетки наблюдались у Stentor polymorphus при 8000 ф/д2, a Tetrahymena pyriformis принимала луковицеобразную форму под давлением 12000 ф/д2.

ровалось 5%, а у Paramecium 100% клеток.

Авторы связывают эти явления с разжижающим действием давления и температуры на гелевую структуру поверхностного слоя протоплазмы.

По наблюдениям Landau (1965b)., первоначальная реакция амебы Chaos carolinensis выражалась в сморщивании поверх­ ности, а затем отдельные участки выклинивались в виде неболь­ ших округлостей. При большем давлении животные принимали сферическую форму с гладкой поверхностью.

Комбинированное действие давления и температуры на форму Euglena gracilis var. Z определялось Byrne а. Marsland (1965). Эффект давления зависел от температуры: повышение температу­ ры на 5° в пределах 15—25° требовало увеличения давления на 1000 ф/д2, чтобы получить тот же процент округленных клеток эвглены (табл. 73). Округленные клетки, даже после максималь-

ных величин давления, ие подвергались цитолизу. Движение жгу­ тиков сохранялось и при самом высоком давлении. Округленные или частично округленные клетки теряли способность к пере­ движению. После снятия давления восстанавливались полностью в течение 5 мин. нормальная форма эвглен и их активность.

Барочувствительность Spirostomum ambiguum на ранней ста-

дип развития культуры велика: при 250—300 атм клетки прини­ мали форму буквы S или С, движение их приобретало спирале­ видный характер, а при 550 атм форма организмов становилась грушевидной и затем они разрушались (Віеи, 1967).

Животные из старых культур переносили давление 550 атм без видимых отклонений от нормы, и только после давления 600—1000 атм наблюдалось небольшое увеличение диаметра кле­ ток. Двухчасовое пребывание под давлением 1000 атм ие вызы­ вало каких-либо постоянных изменений.

Landau (1965а) попытался выяснить, не играют ли роль в округлении Amoeba proteus осмотические силы. С этой целью амебы вводились в капилляры, имеющие достаточный диаметр, чтобы у вытянувшегося вдоль стенок капилляра животного для проникновения раствора внутрь путем осмоса оставалась ие при­ жатая стеклом поверхность мембраны.

После 2 мин. пребывания амебы в капилляре при атмосфер­ ном давлении псевдоподии сократились, и давление было поднято до 8000 ф/д2. Через 15 сек. у амебы округлились концы, и со­

амебы к другому без изменения в форме. Это уменьшение в объеме отмечалось уже через 2 мин. после повышения давления,, что позволило автору исключить возможность участия осмотиче­ ских сил в процессе округления амебы под давлением.

Степень уплощения яиц морского ежа и изменения их диаметра послужили Wolpert, Marsland a. Hirshfield (1968) крите­

194

рием для оценки влияния высокого гидростатического давления на механические свойства клеточной мембраны. На небольшую группу яиц (20—100) накладывалась пластинка, которая давила на яйца с силой 8-ІО-3 дин на яйцо и увеличивала его диаметр примерно с 70 до НО мк.

Механические свойства клеточной мембраны неоплодотворенных яиц Arbacia не изменялись, судя по результатам измере­ ния их диаметра под давлением 12000 ф/д2 продолжительностью 30 мин. Что же касается оплодотворенных яиц, то под давлением 10000 ф/д2диаметр их так увеличился, как будто бы резистент­ ность клеточной мембраны к деформации уменьшилась наполови­ ну. Неожиданно, через несколько минут, диаметр уменьшился, указывая на сокращение мембраны, хотя давление сохранялось.

Декомпрессия сказалась в дальнейшем уменьшении диаметра, в некоторых случаях до меньших размеров, чем перед примене­ нием высокого давления, демонстрируя сокращение поверхности яйца.

Предварительное воздействие трипсином, гиалуронидазой, а-и ß-амилазой и глюкозидазой усиливало у Blepharisma и Parame­

* Продолжительность 15 мин. при 20°.

7* 195