Летная активность пчел обеспечивается работой асинхронной летательной мускулатуры, которая представляет собой наиболее совершенный вариант строения мускулатуры беспозвоночных. Функциональной единицей здесь является многоядерное мышечное волокно, образующееся при эмбриональном развитии в результате слияния отдельных клеток. В основе сокращения лежат конформационные изменения внутриклеточных белковых комплексов - актина и миозина. В результате их взаимодействия происходит гидролиз молекул АТФ и химическая энергия превращается в механическую работу, которая реализуется в мышечном сокращении. С точки зрения интенсивности работы (использование максимального количества АТФ в единицу времени) асинхронные летательные мышцы насекомых представляют собой наиболее рациональную механохимическую сократимую систему. Высокая эффективность работы контрактильного аппарата обеспечивается его ультраструктурой.
С целью изучения особенностей структурной организации мышечных волокон в онтогенезе, проводили исследование летательной мышцы медоносной пчелы с использованием световой и электронномикроскопической техники. Для исследования ультраструктуры мышечных тканей, их кусочки объемом 1 мм2, а также отдельные изолированные мышечные волокна фиксировали в 1%-ном растворе ОsО4 на веронал-ацетатном буфере (рН 7,4) по Колфилду и после стандартной проводки через спирты и ацетон заливали в аралдит или эпон-аралдит. Готовили полутонкие и ультратонкие срезы, контрастировали нитратом свинца и просматривали в электронном микроскопе JЕМ-100. Получение мерных показателей органелл (объемные доли, площади поверхностей, их число в единице объема цитоплазмы) проводили по методике Э.Р.Вейбеля (1970) и Р.К.Данилова, В.Н.Сперанского (1988) непосредственно с негативов, увеличенных с помощью увеличителя «Беларусь» при Ку = 3, 5. Активность АТФ-азы определяли по методу Падикула и Герман при рН 9,4. Активность сукцинатдегидрогеназы определяли тетразолиевым методом по Нахласу.
По результатам электронномикроскопических исследований, на стадии куколки площадь мышечного волокна равна 79,0 мкм2. Диаметр миозиновых миофиламентов в этот период составляет 122 А, длина саркомера - 1,91 мкм. Суммарный объем митохондрий в симпластах куколки составил 14% от общего объема клетки. При этом доля митохондрий, расположенных по периферии клетки в 2,13 раза превышала долю интерфибриллярных митохондрий.
У пчел 1-3 суточного возраста площадь мышечных волокон достоверно увеличивается и составляет 92,0 мкм2. Диаметр миозиновых миофиламентов за этот период возрастает до 140 А, длина саркомера - до 2,26 мкм. Соотношение периферических и интерфибриллярных митохондрий в мышечных волокнах на этой стадии развития выравнивается. Суммарное число митохондрий, хотя и превышает этот показатель на стадии куколки, однако остается еще невысоким и составляет 25% (рис.1). Окислительно-восстановительные процессы на кристах митохондрий также не достигают еще уровня летных пчел, о чем свидетельствует низкая активность сукцинатдегидрогеназы - 0,18 усл.ед. На этой стадии зарегистрирован минимальный для имаго показатель гистохимической активности миозиновой и митохондриальной АТФ-аз, ответственных за расщепление макроэргических связей в молекуле АТФ и обеспечение энергией процессов мышечного сокращения - 1,12 и 0,52 усл.ед. соответственно.
Морфометрические и гистохимические показатели летательной мышцы рабочих пчел 4-7 суточного возраста свидетельствуют о значительной физиологической перестройке. У пчел этой возрастной группы площадь мышечного волокна составляет 106 мкм2, диаметр миозиновых миофиламентов 175 А, а длина саркомера 2,55 мкм, что превышает соответствующие показатели на стадии куколки соответственно в 1,34; 1,43 и 1,33 раза.
Число митохондрий в продольной грудной мышце возрастает и составляет уже 36% от объема симпласта. Соотношение периферических и интерфибриллярных митохондрий меняется в сторону преобладания последних (1:2,52). Активность СДГ у пчел этой возрастной группы составляет 2,43 усл.ед., что выше показателя предыдущей группы в 13,5 раза. Гистохимическая активность АТФ-аз миозина и митохондрий регистрируется на уровне 3,3 и 2,33 усл.ед. Достигнутый на этой стадии уровень обменных процессов уже достаточен для обеспечения кратковременного полета. Именно в этом возрасте нами регистрировался вылет меченых рабочих пчел на первые очистительные и ориентировочные облеты (рис.2).
В возрасте 10-12 суток площадь мышечных волокон по сравнению с куколкой увеличивается в 1,39 и составляет 110 мкм2. Диаметр миозиновых нитей на этой стадии - 186 А, длина саркомера - 2,7 мкм. Общее число митохондрий существенно возрастает, они занимают 55% объема мышечного волокна. В этот период наблюдается первый максимальный пик преобладания интерфибриллярных митохондрий, отношение их к периферическим составляет 3,45:1. Активность СДГ повышается в 18,94 раза по сравнению с первой имагинальной группой - до 3,41 усл.ед.
Значительное повышение метаболической активности летательной мускулатуры наблюдается у пчел 11-20 суточного возраста. Хотя общее число митохондрий увеличивается незначительно и составляет 58%, а соотношение интерфибриллярных и периферических несколько снижается, в то же время, активность окислительно-восстановительных процессов на кристах митохондрий резко возрастает. Так, уровень СДГ повышается до 8,19 усл.ед. и превышает уровень 1-3 суточных пчел в 45,5 раза. В этот период пчелы начинают вылетать для сбора нектара и летная активность нами регистририровалась у 80% меченых пчел.
Готовность летательной мускулатуры к длительному полету проявляется положительной динамикой морфометрических показателей структурных единиц мышечного волокна и нарастанием активности ферментов, обеспечивающих энергией процессы сокращения. В возрасте 11-20 суток площадь мышечных волокон по сравнению с куколкой увеличивается в 1,46 раза и составляет 115 мкм2. Диаметр миозиновых нитей возрастает до 222, длина саркомера - до 2,75. Активность АТФ-азы миозина у пчел 11-20 суточного возраста достигает 6,52 усл.ед., митохондриальной АТФ-азы - 15,24 усл.ед., то есть превышает показатель первой имагинальной стадии соответственно в 5,82 и 29,3 раза.
У меченых пчел после 20-го дня жизни при активном сборе нектара морфофункциональные показатели летательной мышцы стабилизируются. Некоторое снижение к 21-30 суточному возрасту наблюдается лишь для площади мышечного волокна и диаметра миозиновых миофиламентов. Эти показатели составляют соответственно 114 мкм2 и 221 А. В динамике длины саркомера по сравнению с предыдущей стадией наблюдается незначительное увеличение - до 2,8 мкм. Заметно возрастает активность миозиновой АТФ-азы - до 9,35 усл.ед., а митохондриальной остается практически на прежнем уровне - 15,31 усл.ед. Данный период жизни пчел характеризуется активной летной деятельностью и требует максимальных затрат энергии. На этой стадии регистрируется второй пик максимального преобладания интерфибриллярных митохондрий над периферическими. Их соотношение в симпласте составляет 3,78:1. Активность СДГ повышается по сравнению с первой имагинальной стадией в 48 раз и составляет 8,65 усл.ед.
Следовательно, в процессе миогистогенеза происходят качественные и количественные перестройки контрактильного и энергетического аппаратов, связанные с терминальной дифференцировкой мышечных волокон. При этом существенно повышается роль интерфибриллярных митохондрий, обеспечивающих высокую ферментативную активность в дефинитивных мышечных волокнах и адаптацию мышечной ткани к возрастанию нагрузки.
Рисунок 1. Основные параметры мышечного волокна летательной мускулатуры пчел в онтогенезе (МВ - мышечное волокно, ММФ - миозиновые миофиламенты)
Рисунок 2. Показатели активности АТФ-азы миозина, АТФ-азы митохондрий и СДГ а летательной мышце пчел
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
- Альбертс Б., Брей Д., Льюис Дж., Рэфф М., Робертс К., Уотсон Дж.. Молекулярная биология клетки. - М. Мир 1970. С.296.
- Басурманова О.К., Бочарова-Месснер О.М. // Молекулярная и клеточная биофизика. М. Наука. 1977. C.210-216
- Бендолл Дж. Мышцы, молекулы и движение. М., Мир, 1970. С.256.
- Смит Д. // Молекулы и клетки. М., Мир, 1970, C.94-107.
- Auber I. // Amer.Zoologist. 1967. № 7. P.451-456 .
- Franzini-Armstrong C. // The structure and function of muscles. 1973. 2. N.Y.- London. P. 532-620.
Библиографическая ссылка
Мишуковская Г.С., Маннапов А.Г. ДИНАМИКА МОРФОФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЛЕТАТЕЛЬНОЙ МУСКУЛАТУРЫ ПЧЕЛ В ОНТОГЕНЕЗЕ // Успехи современного естествознания. – 2004. – № 8. – С. 19-22;URL: https://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=13217 (дата обращения: 19.04.2024).