Functional activity of the blood system of two migratory species of the Ural

全文:

Введение

На Урале обитает 13 видов летучих мышей, из которых девять видов зимуют в районах летних местообитаний, а четыре вида мигрируют на дальние расстояния [1–2]. Из перелетных видов наиболее исследованы два – двухцветный кожан (Vespertilio murinus [Linnaeus, 1758]) и лесной нетопырь (Pipistrellus nathusii [Keyserling et Blasius, 1839]) [3]. Направления перелетов рукокрылых, их дальность и места зимовок в настоящее время точно не установлены, однако они могут быть весьма значительны [4–5]. Исследователи отмечают, что мигрирующие виды летучих мышей сталкиваются с многочисленными природными факторами, включая изменения климата [6, 7], потерю и фрагментацию среды обитания под усиливающимся техногенным прессом [8, 9], что существенным образом влияет на их эврибионтность и выживание [10–12]. Учитывая, что устойчивая адаптация обеспечивается оптимально отрегулированными эколого-физиологическими процессами, значительный интерес приобретает изучение в сравнительном варианте системы крови мигрирующих и оседлых видов рукокрылых. Ранее авторами дана оценка гематологических параметров крови оседлого вида фауны Урала Myotis dasycneme [Boie, 1825] [13]. Представленные в настоящей статье материалы являются результатом исследований функциональной активности системы крови мигрирующих видов рукокрылых Урала.

Материалы и методы

Исследуемая группа представлена сеголетками двух видов мигрирующих летучих мышей: лесного нетопыря (P. nathusii) и двухцветного кожана (V. murinus). Лесной нетопырь широко распространен в зонах широколиственных и смешанных лесов с наличием водоемов, а двухцветный кожан тяготеет к открытым пространствам лесостепной зоны Урала и к селитебным территориям [1]. В летний период года рукокрылые приурочены к интразональным (пойменным, околоводным) биотопам, обеспечивающим основные кормовые стации и возможность размещения выводковых колоний. В дневное время, обычно располагаясь в естественных укрытиях, лесной нетопырь и двухцветный кожан зачастую предпочитают неглубокие убежища (дупла деревьев, пещеры и хозяйственные постройки человека). Исследователи отмечают способность этих животных к дальним миграциям и к возвращению в места своего прежнего обитания (homing) [14]. У перелетных видов рукокрылых Урала возвращение с зимовки происходит с первой декады мая [1, 2]. В начале июня в Челябинской области отмечено массовое появление лесных нетопырей и двухцветных кожанов в местах их размножения. Рождение детенышей происходит с начала и до конца второй декады июня, вылет молодняка из убежищ наблюдается с конца второй и до середины третьей декады июля; миграция обоих видов к местам зимовок – с конца августа до первых чисел сентября [2].

Отлов и содержание рукокрылых, доставленных в лабораторию, осуществляли согласно международным принципам Хельсинкской декларации о гуманном отношении к животным, используемых для экспериментальных и научных целей [15]. Животных для исследования (n = 34) отлавливали паутинными сетями на побережье оз. Большой Кисегач и в окрестностях оз. Малое Миассово (Челябинская область) во второй декаде июля (в период выведения потомства) в 2013–2015 гг. Численность двухцветного кожана в Ильменском заповеднике достаточно высока, и его относительное обилие составляет 21.1%, а лесного нетопыря – 7.4% [2]. Для сравнения использовали зимующий на Урале вид – прудовую ночницу, с относительным обилием в Ильменском заповеднике – 45.3%.

Забор крови проводили в стерильные вакуумные пробирки BD Vacutainer с ЭДТА (Великобритания). Параметры периферической крови (400–800 μl) животных определяли на гематологическом анализаторе BC–5800 (Mindray, Китай). Лейкоцитарную формулу рассчитывали (на 100 лейкоцитов) в мазках крови, окрашенных по Романовскому – Гимзе. На основании лейкоцитарной формулы рассчитывали интегральный лейкоцитарный индекс (ИСЛ – соотношение гранулоцитов и агранулоцитов в отн. ед.), позволяющий оценить физиологическое состояние исследуемых особей и их адаптивный потенциал. Полученные результаты обработаны с использованием пакета лицензионных прикладных программ Statistica for Windows V 10.0. Метод главных компонент (PCA) реализован посредством статистической среды R (R 3.1.2, пакет Ade4) [16].

Результаты и обсуждение

Исследование периферической крови летучих мышей показало, что межвидовые различия в гематограммах мигрирующих видов как по содержанию эритроцитов (p = 0.36) и гемоглобина (p = 0.12), так и по содержанию тромбоцитов (p = 0.60) и тромбокрита (p = 0.89) отсутствуют, что, несомненно, свидетельствует об идентичности адаптивных механизмов лесного нетопыря и двухцветного кожана. Животные характеризуются высоким уровнем содержания гемоглобина, гематокрита и эритроцитов, что свидетельствует и о высоком уровне дыхательной функции летающих животных [17]. Статистически значимые отличия у прудовой ночницы по параметрам красной крови отмечены относительно лесного нетопыря: для эритроцитов (RBC = 10.0 ± 0.03 Т/л, p = 0.03), гемоглобина (Hb: 148.9 ± 0.93 г/л, p = 0.03), гематокрита (HCT: 41.5 ± 0.05%, p = 0.03) при средней концентрации гемоглобина в эритроците (MCHC = 372.2 ± ± 1.8 г/л, p = 0.02) и при среднем объеме эритроцита (MCV = 41.4 ± 0.07 фл, p = 0.03); и двухцветного кожана: по содержанию эритроцитов (RBC = 9.2 ± ± 0.6 Т/л, p = 0.01), по среднему объему эритроцита (MCV = 36.8 ± 0.07 фл, p = 0.01), при средней концентрации гемоглобина в эритроците (MCHC = = 379.6 ± 7.3 г/л, p = 0.02) [18].

На рис. 1. представлены три самостоятельные группы рукокрылых: мигрирующие виды V. murinus, P. nathusii и оседлый вид M. dasycneme. Анализ главных компонент показал, что 73.75% общей дисперсии параметров красной крови приходится на первую главную компоненту и 15.83% – на вторую главную компоненту. Наибольший вклад в межвидовую изменчивость показателей красной крови по РС1 вносят эритроциты (13.66%), средний объем эритроцита (13.22%), тромбоциты (13.42%), тромбокрит (13.07%), среднее содержание гемоглобина (12.27%).

Определены и их значимые коэффициенты корреляции с РС1: –0.95, 0.94, –0.94, –0.93, 0.90 – соответственно (р = 0.001). Значения первой главной компоненты отчетливо отделяют прудовую ночницу от обоих перелетных видов. РС2 сильно коррелирует (–0.67) с гематокритным показателем (вклад 36.86%), и в меньшей степени – с гемоглобином (вклад 18.01%), что также по данным показателям подтверждает неоднородность особей исследованных экологически контрастных видов.

 

Рис. 1. Показатели красной крови летучих мышей в пространстве двух главных компонент. PC1, PC2 – оси главных компонент, % – процент дисперсии данных, объясненных главной компонентой; стрелки отражают корреляцию главных компонент с исходными показателями; эллипсы представляют собой 95% доверительные области.

 

У активно мигрирующих видов отмечено двукратное повышение количества тромбоцитов: у лесного нетопыря (PLT = 446.7 Г/л) и у двухцветного кожана (PLT = 476.3 Г/л) по сравнению с прудовыми ночницами (PLT = 213.1 Г/л), что указывает на возросшую долю объема цельной крови, занимаемой тромбоцитами, участвующими в качестве эффекторов иммунной системы. Тромбоциты, представляя ведущую роль в системе гомеостаза, участвуют в иммунных и аллергических реакциях организма наряду с макрофагами, нейтрофилам и эозинофилами [19]. При повреждении кровеносных сосудов тромбоциты первыми оказываются в зоне поражения, выступая как факторы врожденного иммунитета. Лейкоцитарный состав крови мигрирующих видов рукокрылых представлен двумя группами клеток: гранулоцитами (нейтрофилы: юные, палочкоядерные, сегментоядерные, эозинофилы), определяющими реакции врожденного иммунитета, и агранулоцитами (моноциты, лимфоциты), ответственными за реакции адаптивного иммунного ответа (табл. 1).

 

Таблица 1. Лейкоцитарный состав периферической крови летучих мышей

Показатели	I. M. dasycneme	II. V. murinus	III. P. nathusii
	$\overline{X}$boot ± SEboot [95% CIboot]
Нейтрофилы, %	39.78 ± 1.42 [37.00–42.50]	54.02 ± 3.30* [47.20–60.20]	66.00 ± 0.47*▲ [65.00–67.00]
● юные, %	2.49 ± 1.14 [0.50–4.75]	8.01 ± 1.29* [5.20–10.40]	7.52 ± 2.10 [3.00–12.00]
● палочкоядерные, %	25.99 ± 3.19 [18.75–30.00]	24.63 ± 3.02 [18.80–30.60]	38.00 ± 1.88*▲ [34.00–42.00]
● сегментоядерные, %	11.19 ± 2.89 [6.00–16.75]	21.37 ± 2.46* [17.60–27.00]	20.50 ± 0.24* [20.00–21.00]
Лимфоциты, %	56.02 ± 1.83 [6.00–16.75]	43.41 ± 3.05* [37.60–49.20]	32.00 ± 0.01*▲ [31.05–32.08]
Моноциты, %	2.50 ± 0.76 [0.75–3.75]	1.59 ± 0.78 [0.40–3.40]	1.00 ± 0.00 [1.00–1.01]
Эозинофилы, %	1.25 ± 0.42 [0.50–2.00]	1.00 ± 0.28 [0.40–1.60]	1.00 ± 0.47 [0.10–2.00]
Гранулоциты, %	41.01 ± 1.80 [37.50–44.50]	54.90 ± 3.40* [48.00–61.40]	67.01 ± 0.90*▲ [65.12–69.03]
Агранулоциты, %	58.50 ± 2.10 [54.50–62.50]	44.90 ± 3.50* [38.60–52.01]	33.01 ± 0.01*▲ [32.09–33.01]
ИСЛ, отн. ед.	0.8	1.2	2.0

Примечание: * – статистически значимые различия: I и II, I и III (p < 0.05); – статистически значимые различия: II и III (p < 0.05); $\overline{X}$_boot ± SE_boot – среднее арифметическое и ошибка среднего бутстреп-распределения; [95% CI_boot] – доверительный интервал бутстреп-распределения.

 

Показателен повышенный уровень нейтрофилов у перелетных рукокрылых (см. табл. 1), что может быть связано с неспецифической защитой их организма от токсических воздействий, вирусных и бактериальных инфекций. Лейкоцитарный состав крови характеризуется значимо повышенным содержанием гетерофилов за счет увеличения числа зрелых сегментоядерных форм у двухцветного кожана (p < 0.05) и лесного нетопыря (p < 0.05), что обеспечивает подавление воспалительных реакций и активную неспецифическую защиту организма от патогенов (см. табл. 1).

Идентичность адаптивных механизмов исследуемых мигрирующих видов подтверждается отсутствием значимых различий в лейкограммах по содержанию факторов клеточных воспалительных реакций: эозинофильных лейкоцитов (р = 0.99) и моноцитов (р = 0.99), продуцирующих провоспалительные цитокины, – эндогенных регуляторов гемопоэза и клеточно-опосредованного иммунного ответа [20].

Цитокины имеют широкий спектр функций, включая регулирование врожденного и адаптивного иммунитета, активацию воспалительных реакций и стимуляцию кроветворения [20]. Лимфоцитарно-гранулоцитарный состав периферической крови характеризуется высокой долей гранулоцитов у мигрирующих двухцветного кожана (55%) и лесного нетопыря (67%), формирующих срочную защиту организма как от инфекций, так и от токсических воздействий и обеспечивающих их выживание за пределами нативного ареала (см. табл. 1). Высокие показатели интегрального лейкоцитарного индекса ИСЛ = 1.2 для двухцветного кожана и ИСЛ = 2.0 для лесного нетопыря по сравнению с ИСЛ = 0.8 прудовой ночницы подтверждают выраженную реактивность системы естественного врожденного иммунитета, способствующего формированию адаптивных реакций, обеспечивающих эврибионтность V. murinus и P. nathusii, мигрирующих на дальние расстояния.

Результаты исследований функциональной активности системы крови показывают, что V. murinus и P. nathusii могут быть использованы для оценки их адаптационных возможностей, способствующих длительным сезонным миграциям, а также служить основой для мониторинга численности видов и популяций рукокрылых с целях сохранения биоразнообразия и рационального использования ресурсов животного мира.

Источник финансирования

Данная работа финансировалась за счет средств бюджета Института экологии растений и животных УрО РАН в рамках государственного задания (№122021000091-2). Никаких дополнительных грантов на проведение или руководство данным конкретным исследованием получено не было.

Соблюдение этических стандартов

Отлов и содержание животных в лаборатории осуществляли с соблюдением международных принципов Хельсинкской декларации о гуманном отношении к животным, используемых для экспериментальных и научных целей [15]. Протокол с использованием экспериментальных животных был одобрен комиссией по биоэтике Института экологии растений и животных УрО РАН (протокол № 11 от 29.04.2022).

Конфликт интересов

Авторы данной работы заявляют, что у них нет конфликта интересов.

作者简介

L. Kovalchuk

Institute of Plant and Animal Ecology of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences

编辑信件的主要联系方式.
Email: kovalchuk@ipae.uran.ru
俄罗斯联邦, Yekaterinburg

V. Mishchenko

Institute of Plant and Animal Ecology of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences; Federal Research Institute of Viral Infections “Virom” of the Russian Consumer Protection Agency

Email: kovalchuk@ipae.uran.ru
俄罗斯联邦, Yekaterinburg; Yekaterinburg

L. Chernaya

Institute of Plant and Animal Ecology of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: kovalchuk@ipae.uran.ru
俄罗斯联邦, Yekaterinburg

V. Snit’ko

South Ural Federal Scientific Centre of Mineralogy and Environmental Geology, Ural Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: kovalchuk@ipae.uran.ru
俄罗斯联邦, Ilmen Reserve, Miass

V. Bolshakov

Institute of Plant and Animal Ecology of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: kovalchuk@ipae.uran.ru

Аcademician

俄罗斯联邦, Yekaterinburg

参考

补充文件