ДЕПАРТАМЕНТ ОБРАЗОВАНИЯ ГОРОДА МОСКВЫ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ГОРОДА МОСКВЫ
«МНОГОПРОФИЛЬНАЯ ШКОЛА № 000 ИМЕНИ ГЕРОЯ СОВЕТСКОГО СОЮЗА М. В.ВОДОПЬЯНОВА»
Исследовательская работа
Эмбриология моллюсков рода Helisoma при инкубировании кладок в разных средах
Автор проекта:
Бителева Анна - 11 б
Научные руководители:
- учитель химии, кпн,
– преподаватель МФТИ
Москва, 2017
Аннотация
Основные параметры организма закладываются в процессе его эмбрионального развития, поэтому так важно изучать эмбриогенез. Естественно, что эмбриогенез человека проходит достаточно длительное время, поэтому необходимо найти такие модели для изучения, которые имеют более короткий эмбриогенез, но позволяют судить об изменения в эмбриональном развитии человека в разных средах. Таким модельным объектом являются моллюски рода Helisoma. Гипотеза: Эмбриогенез моллюсков рода хелисома зависит от наличия в среде веществ-загрязнителей, т. к. любой живой организм зависит от абиогенных и антропогенных факторов среды. Цель: изучение эмбриогенеза моллюсков рода хелисома при инкубировании кладок в разных средах. Задачи:
1) Изучить литературу по вопросам: род хелисома, их эмбриогенез, условия их обитания, вещества-загрязнители и вред, наносимый ими живым организмам;2) Поддерживать популяцию моллюсков;3) Помещать кладки в разные среды и наблюдать за их развитием и выживаемостью. Объект: эмбриогенез моллюсков рода хелисома. Предмет: зависимость эмбриогенеза моллюсков рода хелисома от условий среды.
Сбор кладок происходил ежедневно в течении 1 недели. После отделения кладки помещались в холодильник (+4°C) для торможения их развития. После накопления необходимого материала кладки были распределены на 6 групп (5 экспериментальных и контроль). Экспериментальные чашки были заполнены 0,5% растворами пищевых добавок для домашней выпечки из магазина «Ашан». В ходе эксперимента чашки Петри инкубировались в термостате при температуре +25°C. Ежедневно в течении 2 недель проводилась фиксация стадии развития зародышей, велся учет погибших особей и особей, успешно завершивших эмбриональное развитие. Наблюдения проводились с помощью лабораторного микроскопа (увеличение объектива – 4Х, увеличение окуляра – 10Х) и установленной на нём камеры. Выводы:1. Все исследованные пищевые добавки оказывают негативное влияние на развитие эмбрионов Helisoma trivolvis по сравнению с контролем. 2. Добавками, оказавшими самый сильный негативный эффект на развитие эмбрионов, оказались бензоат натрия и лимонная кислота, то есть. Вещества, изменяющие рН среды. 3. Смертность в контроле превышает литературные данные, что скорее всего связано с неудовлетворительным качеством водопроводной воды.
Содержание
Введение 4
Глава 1. Моллюски Helisoma trivolvis как модельный объект в исследованиях эмбриогенеза 6
1.1. Целесообразность использования аквариумной катушки в качестве объекта исследования эмбриогенеза. 6
1.2. Таксономическая характеристика Helisoma trivolvis. 7
1.3. Стадии эмбриогенеза Helisoma trivolvis. 8
Глава 2. Исследование эмбриологии моллюсков рода Helisoma при инкубировании кладок в разных средах 10
Заключение 14
Библиография 15
Введение
В современном мире, человеку необходимо заботиться о своём здоровье, поскольку его окружает достаточно много негативных факторов среды: загрязнённые воздух и вода, климатические изменения, возбудители различных заболеваний, продукты питания с большим содержанием вредных химический соединений. Основные параметры организма закладываются в процессе его эмбрионального развития, поэтому так важно изучать эмбриогенез. Естественно, что эмбриогенез человека проходит достаточно длительное время, поэтому необходимо найти такие модели для изучения, которые имеют более короткий эмбриогенез, но позволяют судить об изменения в эмбриональном развитии человека в разных средах. Таким модельным объектом являются моллюски рода Helisoma, эмбриогенез которых мы решили изучить. Так зависит ли эмбриогенез моллюсков рода хилисома от качества среды их обитания? А если зависит, то в какой степени и в чём это выражается? Мы выдвинули гипотезу исследования:
Эмбриогенез моллюсков рода хелисома зависит от наличия в среде веществ-загрязнителей, т. к. любой живой организм зависит от абиогенных и антропогенных факторов среды.
Целью нашей работы стало изучение эмбриогенеза моллюсков рода хелисома при инкубировании кладок в разных средах.
Для реализации цели мы поставили следующие задачи:
1) Изучить литературу по вопросам: род хелисома, их эмбриогенез, условия их обитания, вещества-загрязнители и вред, наносимый ими живым организмам;
2) Поддерживать популяцию моллюсков;
3) Помещать кладки в разные среды и наблюдать за их развитием и выживаемостью.
Объектом исследования стал эмбриогенез моллюсков рода хелисома.
Предметом исследования стала зависимость эмбриогенеза моллюсков рода хелисома от условий среды.
При работе мы использовали следующие методы: анализ, наблюдение, сравнение, эксперимент.
В работе было использовано оборудование конвергентной Курчатовской лаборатории: микробиологические петли, термостат ТС-1/80 СПУ, бинокулярный микроскоп со встроенной камерой.
Глава 1. Моллюски Helisoma trivolvis как модельный объект в исследованиях эмбриогенеза
Целесообразность использования аквариумной катушки в качестве объекта исследования эмбриогенеза.В современной биологии перспективными и актуальными являются исследования, раскрывающие механизмы регуляции развития биологической системы. Многие аспекты этого направления сейчас активно разрабатываются. Одним из таких аспектов является действие конкретных веществ, регулирующих развитие организма в целом, его определенных функций в онтогенезе или на каком-то из этапов. Также исследуется роль абиотических и биотических факторов в процессах регуляции развития организма.
Так как беспозвоночные представлены большим числом таксономических групп с разнообразным развитием, очевидно, что среди них имеются объекты, оптимально подходящие для поставленных экспериментальных задач. Поэтому использование беспозвоночных в качестве моделей при изучении процесса регуляции эмбриогенеза во многих случаях позволяет выявить как специфичные, так и универсальные закономерности этого процесса. [6]
Пресноводные легочные моллюски - очень удобный объект для исследования. Они, с одной стороны, развиваясь внутри яйцевой капсулы, проходят все те же стадии, что и свободноплавающие личинки морских моллюсков, а с другой стороны, именно благодаря развитию внутри прозрачного и проницаемого для многих веществ яйца более удобны для наблюдения за развитием и проведения экспериментов [6]. Эмбрионы пульмонат, развиваясь внутри яйцевой капсулы, в начале эмбрионального развития проходят традиционные стадии (бластула, гаструла), затем стадии личиночного развития, после которой трохофора организуется в велигера, и именно в конце этой стадии начинается метаморфоз (у пульмонат он проходит «скрыто», внутри яйца), в результате которого велигер превращается в ювенильную улитку. После нескольких постметаморфных стадий с переходом на ножное движение (скольжение по стенке яйца) и становлением жевательного ритма, улитка прогрызает яйцевую капсулу и вылупляется [5].
При использовании моллюсков как моделей исследования были накоплены многочисленные факты, раскрывающие механизмы регуляции различных функций организма. [4; 5]. До недавнего времени моллюски не очень привлекали к себе внимание биологов развития. Но изучение развития моллюсков в значительной степени способствовало пониманию общей эмбриологии. Таким образом, пресноводные легочные моллюски используются в качестве объектов для тестирования различных биологически активных веществ, и являются интересной моделью эмбриологических исследований, помогая решению фундаментальных задач нейробиологии развития.
1.2. Таксономическая характеристика Helisoma trivolvis.
В последние годы появились работы, которые расширили представления о регуляции эмбриогенеза под влиянием химических веществ.
Эти работы проводились на двух представителях пресноводных легочных моллюсков - большом прудовике Lymnaea stagnalis и аквариумной катушке Helisoma trivolvis. Систематика аквариумной катушки:
Царство – животные (Animalia)
Тип – моллюски (Mollusca)
Класс – брюхоногие (Gastropoda)
Отряд – легочные (Pulmonata)
Семейство – катушкообразные (Planorbidae)
Род – катушки (Planorbella)
Вид - Planorbella trivolvis (Helisoma trivolvis)
Ее характерные морфофизиологические признаки: - легкое - преобразованный вырост мантийной полости. Форма тела представлена тремя основными частями: раковина (характеристика подтипа), нога и голова. При разделении тела на ногу и голову произошло и разделение функций: на голове сосредоточены сенсорные аппараты – щупальца, глаза и др., ротовое отверстие, радула, тогда как нога обеспечивает передвижение улитки. [5].
Они гермафродиты. При спаривании оба партнера взаимно оплодотворяют друг друга. Известно, что зародыши катушки из одной кладки при нормальных условиях развиваются синхронно и при оптимальной температуре (+24-250 С) продолжительность исследованного интервала эмбриогенеза составляет в среднем 5-5,5 дней. [6]
Стадии эмбриогенеза Helisoma trivolvis.В целом онтогенез Helisoma trivolvis традиционно можно разделить на три основных этапа: эмбриогенез, ювенильная стадия и стадия половозрелости. Общая продолжительность онтогенеза данного вида составляет 2,5-3 года.
Откладываемые яйца (яйцевые капсулы) одеты желточной оболочкой, поверх которой располагается общая оболочка – синкапсула (кокон), поэтому яйца оформлены в кладку, представляющую собой длинный, выпуклый, прозрачный тяж, обычно прямой, реже – слабо изогнутый [3]. Синкапсулы прикрепляются моллюском к субстрату, к погруженным в воду растениям или другим предметам с плотной ровной поверхностью.
Главным отличительным принципом развития пресноводных пульмонат является то, что, имея прямое развитие, у них все личиночные стадии и метаморфоз проходят внутри яйца (скрытый), по завершении эмбриогенеза из яйца выходит ювенильный моллюск [2]. Однако при этом эмбриональные стадии пульмонат и устройство зародыша на них во многом аналогично морским представителям, у которых имеется свободноплавающая личинка, внешний метаморфоз, завершающийся появлением ювенильной особи. Все трохофорные животные имеют два основополагающих признака:
- спиральное дробление (исключение - отсутствует у членистоногих и немногих крайних представителей других групп); личинка трохофора.
У большинства моллюсков трохофора видоизменяется в велигера (veliger), а очень многие вовсе утратили свободноплавающих личинок. К таким группам относятся пресноводные легочные моллюски (Pulmonata) и объект нашего исследования Helisoma trivolvis. У них эмбриогенез в целом проходит внутри, личиночная стадия развития трохофора видоизменяется в велигера, затем происходит метаморфоз («скрытый» внутри яйца), в результате на постметаморфных стадиях тело зародыша представлено морфологическими частями, характерными для ювенильной улитки [1].
На основании вышеизложенного мы сделали следующие выводы:
1.Исследования, посвященные механизмам регуляции биологических систем, особенно влиянию абиотических факторов на эмбриональное развитие организмов, не теряют своей актуальности.
2.Беспозвоночные представлены большим числом таксономических групп с разнообразным развитием, поэтому среди них имеются объекты, оптимально подходящие для поставленных экспериментальных задач.
3.Использование беспозвоночных в качестве моделей при изучении процесса регуляции эмбриогенеза во многих случаях позволяет выявить как специфичные, так и универсальные закономерности этого процесса.
4.Пресноводные легочные моллюски Helisoma trivolvis являются удобным объектом для изучения эмбриогенеза, так как они развиваются внутри яйцевой капсулы и проходят все стадии, что и свободноплавающие личинки морских моллюсков, но благодаря развитию внутри прозрачного и проницаемого для многих веществ яйца более удобны для наблюдения за развитием и проведения экспериментов.
Глава 2. Исследование эмбриологии моллюсков рода Helisoma при инкубировании кладок в разных средах
Методика проведения эксперимента
Маточная культура Helisoma содержалась в пластиковой ёмкости, объёмом 15 литров, заполненная отстоявшейся водопроводной водой. Замена воды производилась 2 раза в неделю. Кормление улиток происходило 3 раза в неделю (понедельник, среда, пятница) листовым салатом. На дно ёмкости был постелен полиэтиленовый пакет, для облегчения отделения кладок. Кладки отделялись от субстрата микробиологической петлёй. Сбор кладок происходил ежедневно в течении 1 недели. После отделения кладки помещались в холодильник (+4°C) для торможения их развития. После накопления необходимого материала кладки были распределены на 6 групп (5 экспериментальных и контроль). Экспериментальные чашки были заполнены 0,5% - ми растворами пищевых добавок, купленными нами в магазине «Ашан» и предназначающимися для домашней выпечки. Описание экспериментальных групп приведено в таблице 1.
Таблица 1.
№ группы | Растворенное вещество |
1 | Е450i (дигидропирофосфат натрия), Е500 (гидрокарбонат натрия) |
2 | Загустители, битартат калия |
3 | Бензоат натрия |
4 | Краситель пищевой тартразин |
5 | Лимонная кислота |
6 | Контроль |
В ходе эксперимента чашки Петри инкубировались в термостате при температуре +25°C. Ежедневно в течении 2 недель проводилась фиксация стадии развития зародышей, велся учет погибших особей и особей, успешно завершивших эмбриональное развитие. Наблюдения проводились с помощью лабораторного микроскопа (увеличение объектива – 4Х, увеличение окуляра – 10Х) и установленной на нём камеры. Для повышения качества получаемых результатов эксперимент был проведен дважды. Результаты наблюдения за ростом и развитием эмбрионов брюхоногих моллюсков заносились в таблицу. Полученные данные приведены в таблице 2.
Таблица 2.
Вещество | Дни | День п/п | Кол-во живых эмбрионов | Процент умерших |
1. E450i, E500 | 1 | 9 | 0 | |
3 | 6 | 33,3 | ||
6 | 1 | 88,9 | ||
10 | 0 | 100 | ||
2. Загустители, битартрат калия | 19 декабря | 1 | 10 | 0 |
22 декабря | 3 | 7 | 30 | |
26 декабря | 6 | 7 | 30 | |
30 декабря | 10 | 5 | 50 | |
3. Бензоат натрия | 19 декабря | 1 | 5 | 0 |
22 декабря | 3 | 3 | 40 | |
26 декабря | 6 | 0 | 100 | |
30 декабря | 10 | 0 | 100 | |
4. Краситель пищевой тартразин | 19 декабря | 1 | 3 | 0 |
22 декабря | 3 | 3 | 0 | |
26 декабря | 6 | 2 | 33,3 | |
30 декабря | 10 | 0 | 100 | |
5. Лимонная кислота | 19 декабря | 1 | 40 | 0 |
22 декабря | 3 | 0 | 100 | |
6. Контроль | 1 | 60 | 0 | |
01 февраля | 2 | 60 | 0 | |
03 февраля | 4 | 60 | 0 | |
06 февраля | 7 | 58 | 3,3 | |
09 февраля | 10 | 49 | 18,3 |
Для удобства восприятия результатов эксперимента на основе таблицы был построен график, отражающая ход развития эмбрионов в шести исследуемых группах.
На графике сразу отличается лимонная кислота: в ней в первый же день погибли все эмбрионы. Самыми агрессивными веществами оказались бензоат натрия и Е450i, Е500: уже к 6 дню смертность эмбрионов в них составила больше 80%. Растворы тартразина и битартата калия к 6 дню показали схожую смертность - около 35%, но к 10 дню становится видно, что динамика смертности в растворе битартрата калия замедлилась и составила 40%, тогда как в тартразине осталась высокой и к концу эксперимента достигла 100%. Самая маленькая смертность в контроле - 20%. Результаты эксперимента показали, что наибольшая смертность эмбрионов происходит в растворах, изменяющих рН среды.
Естественно, на смертность эмбрионов в природе влияет не только конкретное вещество, но и окружающая среда, давление, наличие и разное количество посторонних веществ в первоначальном растворе. Также можно убедиться в значительных различиях веществ с контролем; несомненно, все вещества значительно повлияли на развитие и смертность эмбрионов.
На основании проведенных экспериментов мы сделали следующие выводы:
1. Все исследованные пищевые добавки оказывают негативное влияние на развитие эмбрионов Helisoma trivolvis по сравнению с контролем.
2. Добавками, оказавшими самый сильный негативный эффект на развитие эмбрионов, оказались бензоат натрия и лимонная кислота, то есть. Вещества, изменяющие рН среды.
3. Смертность в контроле превышает литературные данные, что скорее всего связано с неудовлетворительным качеством водопроводной воды.
Заключение
Наша работа была посвящена изучению эмбриогенеза моллюска рода Helisoma, который мы взяли в качестве модельного объекта, поскольку эмбриогенез человека и других млекопитающих проходит несравнимо дольше по времени и не может служить объектом исследования. На сегодняшний момент изучение эмбриогенеза является достаточно актуальным направлением в биологии, поскольку качество среды постоянно ухудшается в связи с антропогенным воздействием, и нам необходимо выживать в этих условиях. Зависит ли эмбриогенез моллюсков рода Helisoma от качества среды их обитания, а если зависит, то в какой степени и в чём это выражается? - на эти вопросы мы попытались ответить в ходе исследования.
В первой части нашей работы мы изучили целесообразность использования аквариумной катушки в качестве объекта исследования эмбриогенеза, ее таксономическую характеристику и стадии эмбриогенеза. Во второй части работы мы поставили серию экспериментов по разведению данного моллюска в лаборатории и инкубировании кладок в растворах различных пищевых добавок, используемых для домашней выпечки.
В ходе работы наша гипотеза подтвердилась: действительно, эмбриогенез моллюсков зависит от наличия в среде веществ-загрязнителей. Различные вещества в одной и той же концентрации приводят к негативному воздействию на развитие эмбрионов. Однако уровень этого воздействия различен.
Задачи работы выполнены в полном объеме. В перспективе возможно исследование эмбриогенеза на примере других модельных объектов и с другими веществами-загрязнителями, а также тератогенность (появление уродств) уже исследованных веществ при более низких концентрациях.
