Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова, 2021, T. 107, № 2, стр. 203-220

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Сбор материала для изучения гистоструктуры окуня-клювача осуществлен в период научно-исследовательских работ в июне-июле 2018 г. на борту НИС “Атлантида” в море Ирмингера (59°60′–64°60′ с.ш., 26°20′–41°50′ з.д.) в районе регулирования НЕАФК (Комиссия по рыболовству в северо-восточной части Атлантики), включая открытые воды и исключительные экономические зоны (ИЭЗ) Гренландии и Исландии. При проведении траловых работ использовали разноглубинный трал 78.7/416 м проекта 2492-02, канатная и сетная части которого изготовлены из современных облегченных материалов, размеры ячеи в крыльях 68 мм и кутце 16 мм.

Для изучения гистоструктуры клюворылого окуня отобраны 24 пробы из уловов 8-ми тралений на глубинах 650 и 700 м (рис. 1). Видовую идентификацию рыб в уловах осуществляли по рекомендованным определителям [5]. Объектами настоящего исследования послужили самки и самцы клюворылого окуня Sebastes mentella (табл. 1) длиной 32–40 см и 33–42 см и массой 334–940 и 334–954 г. соответственно. Возраст рыб определяли по методике изучения возраста окуней с помощью отолитов и чешуи, которая изложена в Руководстве по выполнению Международной глубоководной пелагической экосистемной съемки в море Ирмингера и сопредельных водах, разработанное и утвержденное WGIDEEPS [37].

Рис. 1.

Район и маршрут выполненной работы НИС “Атлантида” (черная линия) с местами сбора образцов для изучения гистоструктуры клюворылого окуня (⚫ – места отбора проб c номерами тралений; – – маршрут судна; --- – границы ИЭЗ). Fig. 1. Area and worked route by R/V Atlantida (black line) with sampling sites for studying the histostructure of beaked redfish (⚫ – sampling sites with trawl numbers; – – vessel route; --- – EEZ boundaries.

Образцы мышц были взяты за головой, у основания спинного плавника (в средней части туловища) и в области хвостового стебля (рис. 2). Отбор образцов происходил по одной схеме у всех рыб. Собранные пробы хранились в зафиксированном состоянии в 4%-ном растворе формалина. Для получения желатиновых срезов выполнялась проводка образцов через растворы желатина различных концентраций (7, 12.5 и 25%) при 37°С. Гистологические срезы толщиной 15 мкм получали на замораживающем микротоме МЗП-01 Техном, оснащенном охладителем ОМТ 28-02 Е. Окраска осуществлялась Суданом III (Вектон, Россия), окрашивающим жир оранжевым цветом, и гематоксилином Карацци (Абрис+, Россия), окрашивающим ядра в сине-фиолетовый цвет. Для исследования полученных препаратов использовали световой микроскоп Микромед С-1 с объективами 4/0.10 160/0.17; 10/0.25 160/0.17 и S40/0.65 160/0.17. На препаратах определяли диаметр белых и красных мышечных волокон и их плотность [38]. Красные и белые волокна дифференцировались по среднему диаметру, интенсивности окраски и расположению миофибрилл. Микрофотографии были сделаны при помощи фотоаппарата Sony Cybershot и обработаны с использованием программы PixBuilder Studio. Методом аппликации устанавливали долю поверхностных боковых мышц в области хвостового стебля [39]. Полученный материал обработан статистически с использованием программного обеспечения Microsoft Office Excel. Рассчитывались такие показатели как среднее абсолютное значение со стандартной ошибкой средней (M ± m), коэффициент вариации (Cv, %). Достоверность различий определялась по t-критерию Стьюдента при p ≤ 0.05 (по Пирсону).

Рис. 2.

Схема мест отбора гистологических проб у окуня-клювача. Образцы мускулатуры были собраны за головой, у основания спинного плавника (в средней части туловища) и в области хвостового стебля (обозначено черной штриховкой). Fig. 2. Diagram of places for sampling histological samples from a beaked redfish. Muscle samples were collected behind the head, at the base of the dorsal fin (in the middle part of the body) and in the area of the caudal stem (indicated by black shading).

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Скелетная мускулатура окуня-клювача состоит из белых (быстрых) и красных (медленных) волокон [40, 41]. Красные мышцы располагаются под кожей вдоль средней линии на протяжении туловища и хвоста рыб. Остальная масса осевой мускулатуры представлена более глубоко расположенными белыми волокнами (табл. 2). Окунь-клювач, независимо от массы, обладает очень крупными как белыми, так и красными мышечными волокнами, несмотря на небольшие размеры рыб. В возрасте 12 лет у мелких рыб (группа 1) диаметр белых мышечных волокон вдоль тела (от головы до хвоста) не различается (табл. 2). По достижении 14 лет у более крупных рыб (начиная с группы 2), как правило, по средним значениям, рассчитанным по трем точкам отобранных образцов мышечной ткани, диаметр волокон увеличивается с 109.8 ± 0.7 до 149.5 ± 13.0 мкм (p ≤ 0.05). У головы и в туловище под спинным плавником размеры волокон имеют сходные диаметры, а в хвостовой части они существенно мельче (p ≤ 0.05). Диаметр отдельных белых волокон, расположенных у головы, достигает 330 мкм, в туловище – 380 и в хвосте – 363 мкм. Среднее соотношение наиболее крупных волокон и самых мелких составляет у головы – 5.6, в туловище – 5.2, в хвосте – 5.1. При этом коэффициент вариации колеблется в пределах 29.2–30.6%.

В среднем, вариабельность красных мышечных волокон по диаметру существенно превышает величину этого показателя в белых волокнах (разница 26.4%). Соответственно наблюдается снижение значений коэффициента вариации с 34.6 до 29.7%. Возможно, в связи с отсутствием некоторых образцов такой достаточно четкой картины не наблюдается в красных мышцах (табл. 2).

Плотность волокон постепенно уменьшается с возрастом рыб, однако четкой закономерности в этом процессе не наблюдается. Во многом это определяется топографией белых мышц. В среднем, плотность быстрых волокон по трем областям тела окуней разных размерных групп 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 составляет: 85.5 ± 4.0; 87.0 ± 2.8; 87.9 ± 3.6; 78.7 ± 7.3; 77.5 ± 4.3; 72.3 ± 7.1 и 76.1 ± 3.2% соответственно. При этом отмечается тенденция к снижению мышечного компонента в хвосте рыб (табл. 3).

В возрасте 19 лет средний диаметр мышечных волокон у окуня-клювача увеличивается до достижения рыбами определенной массы (738.5 г). В дальнейшем этот диаметр уменьшается, что может говорить о возможных процессах гиперплазии в белой мышечной ткани. При этом наблюдается уменьшение плотности волокон в области головы и хвоста (табл. 3).

Диаметр красных мышечных волокон у окуня-клювача, как и у большинства видов рыб, существенно меньше, чем белых. При этом можно отметить, что размеры медленных волокон в каудальном направлении изменяются незначительно или даже достоверно увеличиваются как, например, у самых мелких рыб (12 лет). Это свидетельствует о хорошо выраженной гипертрофии этого типа волокон у окуня-клювача. Подобно белым волокнам, диаметр красных в хвосте существенно уменьшается у определенной ранее группы рыб (6), что, возможно, обусловлено процессом гиперплазии (табл. 4). В среднем, максимальное соотношение наиболее крупных волокон к самым мелким составляет у головы 10.0, в туловище – 8.0, в хвосте – 13.9. При этом коэффициент вариации колеблется в пределах 53.0–56.2%. В белых волокнах наблюдаются хорошо выраженные, радиально расходящиеся миофибриллы и тонкий слой саркоплазмы под оболочной, в то время как в красных она располагаются точечно (рис. 3A, B). Как и диаметр, плотность красных волокон ниже, чем белых, что определяется хорошо развитым перимизием и интенсивным накоплением на его основе жировой ткани (рис. 3C, D).

Рис. 3.

Общий вид мускулатуры (в средней части туловища): А – белая мускулатура самки (группа 3, масса – 546 г), B – белая мускулатура самца (группа 4, масса – 606 г), C – красная мускулатура самки (группа 3, масса – 546 г), D – красная мускулатура самца (группа 4, масса – 606 г). 1 – белые мышечные волокна с радиально расположенными миофибриллами, 2 – красные мышечные волокна, 3 – кожа, 4 – липоциты, 5 – эндомизий. Увеличение: A, B – 600x; C, D – 150x. Fig. 3. General view of the musculature (in the middle part of the body): A – white female musculature (group 3, weight – 546 g), B – white male musculature (group 4, weight – 606 g), C - red female musculature (group 3, weight – 546 g), D – red male musculature (group 4, weight – 606 g). 1 – white muscle fibers with radially located myofibrils, 2 – red muscle fibers, 3 – skin, 4 – lipocytes, 5 – endomysium. Magnification: A, B – 600x; C, D – 150x.

У изученных рыб соотношение размерных групп белых мышечных волокон несколько изменяется. С увеличением массы окуней во всех отделах тела, как правило, уменьшается количество мелких волокон (30–80 мкм). Волокна диаметром менее 30 мкм, которые характерны для многих видов рыб, не отмечены. У мелких рыб (группы 1–3) модальный класс составляют волокна с диаметром 80–130 мкм (от 40 до 55%). У рыб в возрасте 17–20 лет (группы 4–7), в связи с процессами гипертрофии, модальный класс у головы и в туловище составляют волокна от 130 до 180 мкм (40–53%). Неизменной остается хвостовая часть, где модальный класс состоит из волокон от 80 до 130 мкм. Этим обуславливается снижение среднего диаметра волокон в каудальном направлении. Уменьшение среднего диаметра волокон у рыб 19 лет (группа 5), вероятно, связано с повышением доли волокон диаметром 80–130 мкм и снижением количества крупных (180–280 мкм) (рис. 4А).

Рис. 4.

Распределение диаметров белых и красных волокон: за головой (), посередине туловища (), в хвосте (). А1–А7 – белая мускулатура; B1–B7 – красная (цифры обозначают номера групп). Fig. 4. Distribution of diameters of white and red fibers: behind the head (), in the middle of the body (), in the tail (). A1–A7 – white muscles; B1–B7 – red (numbers indicate group numbers).

Образцы мышечной ткани, взятые в различных частях тела рыб, оказались неполными. В связи с этим красные мышцы у некоторых размерных групп окуней были частично утрачены. Несмотря на это, на имеющихся образцах мышечной ткани, содержащих медленные волокна, можно выявить некоторые особенности в их количественной структуре. Фактически у всех размерных групп рыб модальным классом являются волокна диаметром 20–50 мкм. Их доля у головы составляет 50–66%, в середине туловища 50–70% и в хвосте 50–92%. В каудальной области наблюдаются и более крупные волокна, попадающие в класс 110–150 мкм (1.7–2.5%). При этом общей закономерности распределения этих волокон у разноразмерных рыб не отмечено, что связано, по-видимому, с чередующимися процессами гипертрофии и гиперплазии. Например, как и в случае с белыми волокнами, у рыб в из шестой группы отсутствуют самые крупные волокна (рис. 4B1–B7).

Для гистоструктуры белых мышц характерно незначительное содержание жировых включений. Крупные скопления липоцитов отмечены непосредственно под кожей и в красных мышцах. Белые волокна разделены тонким эндомизием. При этом между окислительными волокнами наблюдаются достаточно широкие соединительнотканные прослойки.

Белые мышечные волокна разнообразны по форме и расположению. Часто встречаются участки, состоящие из крупных волокон (до 300 мкм). На поперечном разрезе такие волокна имеют необычную форму. Они или удлиненные в разных направлениях или имеют вид нескольких сросшихся волокон. Наиболее часто такой тип волокон встречается у крупных рыб в возрасте 19–20 лет (группы 5–7) (рис. 5).

Рис. 5.

Разнообразие форм белых волокон. А – группа 6, самка массой 890 г (позади головы), B – группа 5, самец массой 692 г (хвостовой стебель), C – группа 2, самка массой 432 г (позади головы), D – группа 4, самец массой 606 г (средняя часть туловища); 1 – мышечные волокна, 2 – эндомизий. Увеличение: 150×. Fig. 5. A variety of forms of white fibers. A – group 6, female weighing 890 g (behind the head), B – group 5, male weighing 692 g (caudal peduncle), C – group 2, female weighing 432 g (behind the head), D – group 4, male weighing 606 g (middle part of the body); 1 – muscle fibers, 2 – endomysium. Magnification: 150×.

Форма поперечного среза белых волокон у изученных размерных групп рыб различается. У окуней первой группы преобладают угловатые по форме волокна. В последующем, с увеличением размеров особей, наблюдается постепенное сглаживание углов у волокон (группы 2–3). У крупных рыб (группы 4–7) подавляющее число волокон имеют округлую форму. Подобная структурная организация характерна для белой мускулатуры во всех частях туловища, но в каудальной части крупных рыб округлые волокна встречаются чаще, чем в мышцах непосредственно за головой и середине тела.

Волокна красных мышц имеют округлую, в массе однообразную форму. В то же время среди них встречаются довольно большие, в несколько раз превышающие рядом лежащие, волокна (до 150 мкм). Визуально их количество увеличивается в каудальном направлении, что, вероятно, сказывается на среднем диаметре волокон в хвосте рыб. Для рыб 19–20 лет (группы 5–7) характерны видоизмененные красные волокна, саркоплазма которых визуально распадается на внешний и внутренний слои. Такие структуры встречаются непосредственно под кожей единично или группами по 5–10 штук среди обычных волокон. Периферический диаметр кольцевидного внешнего волокна составляет 115.8 ± 3.8 (Cv = 18.2%), а внутреннего – 57.1 ± 2.1. Отношение диаметра внешнего волокна к внутреннему составляет 2.10 ± 0.06.

Особенностью красных мышечных волокон (в отличие от белых) является большое количество саркоплазмы, которая находится под сарколеммой, а миофибриллы локализованы в центральной части [32, 34, 42]. Процессы, связанные с изменением структуры волокна, начинаются в центральной части, там, где располагаются миофибриллы (“инициаторы” расщепления). В последующем это получает продолжение в виде распространения “инициатора” в различных направлениях, вызывая смещение структур саркоплазмы. Это, возможно, приводит к определенным аномалиям в строении мышечного волокна, в частности, уменьшению площади, занимаемой миофибриллами. Конечный этап подобного рода изменений проявляется в виде обособления центральной части волокна, в которой концентрируются сократительные структуры. Для того, чтобы ответить на вопросы, приводят ли подобные изменения к отклонениям в работе миофибриллярного аппарата и сократительной функции волокна, а соответственно и локомоторной активности рыб, требуются дальнейшие исследования. На гистопрепаратах можно проследить предполагаемый процесс образования подобных волокон (рис. 6). В белых мышцах отмечены похожие, но единичные волокна.

Рис. 6.

Последовательные (А–D) стадии формирования расщепленного волокна в хвостовом стебле самки (группа 6, масса 890 г): 1 – появление в центре волокна “инициатора расщепления”, 2 – разрастание образования в разные стороны, 3 – смещение структур волокна, 4 – обособление центральной части. Увеличение: 600×. Fig. 6. Consecutive (A–D) stages of the formation of a split fiber in the female caudal peduncle (group 6, weight 890 g): 1 – the appearance of a “cleavage initiator” in the center of the fiber, 2 – rowth of the formation in different directions, 3 – displacement of fiber structures, 4 – separation of the central part. Magnification: 600×.

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Соматическая мускулатура окуня-клювача, подобно многим пресноводным и морским видам рыб, состоит из белых и красных волокон. Наряду с медленным ростом, характерной особенностью этих рыб является своеобразное строение мышечной ткани. Как белые, так и красные мышцы имеют в составе волокна с большим диаметром, что оказывает существенное влияние на их структуру. Превышение вариабельности красных волокон по диаметру данного показателя в белых волокнах обусловлено величиной соотношения крайних по размерам максимальных и минимальных медленных волокон. Особенностью быстрых волокон рыб является уменьшение этого соотношения с увеличением массы особей (с 8.6 до 4.3). Аналогичные гипертрофированные волокна отмечены у арктических видов рыб подотряда нототениевые Notothenioidei [43–46]. Большинство рыб этого подотряда (около 120 видов) обладают лабриформным способом локомоции (за счет вращения грудных плавников) и отличаются невысокой плавательной активностью [47, 48].

У пресноводных медленно растущих видов, к которым относятся ротан Perccottus glehni, обыкновенный хулиган Gobiomorphus cotidianus, толстоголовый гольян Pimephales notatus, крупных мышечных волокон, характерных для морских глубоководных рыб не отмечено [34, 49–51]. Причем подобные различия не связаны с размерами, поскольку у мелких глубоководных светящихся анчоусов (сем. Myctophidae) диаметр, прежде всего, белых мышечных волокон достигает значительных размеров [36].

Сведения об особенностях локомоции и скорости передвижения окуня-клювача отрывочны. Результаты наблюдений за распределением и поведением окуня в пелагиали моря Ирмингера из подводного аппарата [2] свидетельствуют о перемещении отдельных особей со скоростью 1.5–2 м/с. Благодаря активной нагульной и нерестовой миграциям, обитанию в пелагиали над большими глубинами [2, 3], а также некоторым морфологическим особенностям строения тела [16], плавательная активность этого вида может быть относительно высокой.

Степень развития красных мышц на протяжении длины тела достаточно высока. У окуней соотношение красных мышц и площади поперечного среза тела составляет: за головой – 10.9 ± 1.0; под спинным плавником – 10.6 ± 1.2; в хвосте – 14.1 ± 0.7. Эта величина существенно выше, чем у таких подвижных рыб, обитающих на течении пресноводных видов, как чехонь Pelecus cultratus, жерех Aspius aspius и форель Parasalmo mikiss [52, 30 ]. При этом у некоторых активных видов антарктических нототениевых рыб Notothenia gibberitrons и Pselograco breviceps относительная площадь красных мышц составляет 22–31% [60].

По-видимому, размеры мышечных волокон также связаны с температурными условиями жизни. У видов рыб, обитающих при очень низкой температуре воды (–1.86°С), размеры волокон увеличиваются независимо от обитания в различных широтах [53–55]. При этом диаметр волокон у белокровных видов (ледяные рыбы семейства Chaenichthyidae) также больше, чем у рыб, в эритроцитах которых содержится гемоглобин [48, 56–58].

Гистоструктура локомоторной мускулатуры непосредственно приурочена к определенной части тела рыб. Процессы роста мышечной ткани, изменения диаметра волокон определяются дорсо-вентральными и кранио-каудальными градиентами [59–61]. По нашим данным, у большинства размерных групп окуня-клювача диаметр белых мышечных волокон уменьшается в каудальном направлении. Диаметр красных волокон, напротив, имеет тенденцию к увеличению в хвосте. Исследования, проведенные ранее, носят противоречивый характер. У радужной форели Parasalmo mikiss в мышцах, взятых на исследование под жировым плавником, исчезают мелкие волокна всех типов [62]. В то же время у атлантического лосося Salmo salar, независимо от режима плавания, белые волокна под спинным плавником крупнее, чем под жировым. Красные волокна, напротив, в передней части тела мельче расположенных каудальнее [63]. Два вида ледяных рыб семейства Chaenichthyidae и семь видов семейства Nototheniidae имеют характер распределения диаметров белых и красных волокон подобный тому, что отмечен для окуня-клювача. При этом считается, что наиболее вероятным фактором, влияющим на размеры мышечных волокон, являются метаболические процессы. При низком уровне обмена веществ образование молочной кислоты невелико, так что не требуется обширного развития кровеносных сосудов, как при высоком, вероятно, лимитирующем рост волокон [43]. По-видимому, это прежде всего касается белых мышечных волокон, диаметр которых в каудальном направлении уменьшается. Напротив, красные мышцы, относительная площадь которых в хвосте выше, чем в передней части тела рыб, состоят из более крупных волокон, что соответствует их энергетическим возможностям.

Наличие нетипичных по строению крупных красных волокон (двойных) у исследуемых рыб, по-видимому, не связано с нарушением условий фиксации и техникой получения гистологических срезов. Пока неясна природа подобного явления. Возможность нарушения морфогенеза может быть связана с достижением красными волокнами большого диаметра и нарушения определенного соотношения их структурных элементов. Однако у ряда видов нототениевых рыб (Сhampsocephalus gunnari, Pagothenia hansoni), отдельные красные волокна которых обладают более крупным диаметром (>150 мкм), имеют вполне типичную форму [45]. Относительно невысокая вариабельность таких волокон по периферическому и внутреннему диаметрам свидетельствует об определенной закономерности формирования подобного типа волокон. К этому подводит нас и представленный наглядный материал по этапному образованию волокон двойного строения у окуня-клювача. Достаточно ровные границы образованных структур наводят на мысль, с одной стороны, о физическом характере этого явления, а с другой – о биологическом, связанном с возможным проникновением под кожные покровы паразитических организмов.

Гистологическое строение скелетной мускулатуры окуня-клювача, в целом, подобно таковой других представителей глубоководной ихтиофауны (например, миктофовых и нототениевых). Они обладают хорошо развитыми поверхностными боковыми мышцами в каудальной части тела, что позволяет причислить их к видам рыб с достаточно высокой плавательной активностью. Условия местообитания окуня-клювача, такие как большая глубина и давление, низкие температура и содержание кислорода в воде, оказывают влияние на развитие различных систем органов и определяют скорость обменных веществ и, соответственно, процессы роста. Данный вид, как медленно растущий, обладает особенностями, характерными для других представителей ихтиофауны с невысокой скоростью роста. В состав его соматической мускулатуры входят крупные как красные, так и белые волокна, отмеченные у многих антарктических видов рыб. Наблюдаются также и общие черты по размерному распределению волокон в кранио-каудальном направлении, в зависимости от их типа, с другими глубоководными видами. Главным образом, в красных мышцах присутствуют преобразованные волокна, отличительной чертой которых является разделение их саркоплазмы на два слоя: внешний и внутренний (“двойные” волокна), что пока не получает однозначного объяснения. В связи с тем, что окунь-клювач является ценным промысловым объектом, исследования, направленные на выяснение различных сторон биологии этого вида, являются актуальными и нуждаются в дальнейшем развитии.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Морфофункциональное состояние окуня-клювача, как и других пелагических глубоководных видов рыб, определяется условиями существования на большой глубине. Температурный фактор, давление, трофика, существование без света оказывают влияние на все структуры организма и, безусловно, на локомоторную функцию, что определяется развитием мышечной системы. Гистоструктура соматической мускулатуры изменяется в процессе роста окуня-клювача и проявляется на каждом этапе развития характерными чертами в виде формы, размеров, вариабельности и соотношения волокон мышц различных морфофункциональных типов. Глубоководные рыбы отличаются важной особенностью, которая выражается в высокой степени гипертрофии мышечных волокон обоих типов: белых и красных. Окунь-клювач не является исключением из этого правила (белые и красные волокна достигают в диаметре более 300 и 100 мкм соответственно). При этом достаточно хорошо выраженной особенностью этого вида является высокая степень вариабельности красных волокон по сравнению с белыми (57.0 ± 3.41 и 30.6 ± 0.89 соответственно). В отличие от других пелагических глубоководных видов рыб и прежде всего в красных мышцах, отмечены специфические структурные изменения в волокнах, выраженные в разделении саркоплазмы на два слоя. Выявленный артефакт пока носит описательный характер, но причина подобного явления неясна и требует дальнейшего исследования.