Вивчення гравічутливості одноклітинних прокарітичних (бактерії Proteus vulgaris) і еукаріотичних (два види одноклітинної зеленої водорості Chlorella) організмів. Оцінка ефекту космічного польоту на ростові та структурно-функціональні особливості клітин.
Аннотация к работе
Не дивлячись на актуальність даної проблеми, дослідження ролі сили тяжіння в еволюції і життєдіяльності організмів були неможливі, оскільки гравітація як один із найважливіших геофізичних факторів, від якого не можна екрануватися, постійно діє на Землі. Лише із запуском першого штучного супутника Землі (ШСЗ) відкрилася унікальна можливість проводити експерименти безпосередньо в умовах космічного польоту і вивчати вплив невагомості та прискорень різних за величиною, які імітують величину та направленість гравітаційного вектора, на життєдіяльність організмів. У спеціалізованих клітинах вищих рослин останні представлені статолітами різних типів (Hodick, 1996; Brown, 1997; Volkmann, Tevinkel, 1996), які можуть переміщатися у клітині в умовах зміни положення відносно напрямку гравітаційного вектора, включаючи механізми передачі гравітаційного сигналу в місця гравітаційної відповіді (Perbal, 1996). Результати попередньо проведених на початку 60-х років експериментів з одноклітинними організмами, які перебували у стані спокою в умовах космічного польоту (Семененко, Владимирова, 1961; 1962; Ваулина и др., 1978; Bulban, 1961), показали відсутність суттєвого впливу факторів космічного польоту на основні фізіологічні показники одноклітинних, мутаційний процес та репродукцію клітин у післяпольотний період, тому в своїх дослідженнях ми перейшли до експериментів на культурах мікроорганізмів, які знаходилися в умовах мікрогравітації у фізіологічно-активному стані. Розпочаті нами в кінці 70-х років космічні експерименти з фізіологогічно-активними культурами одноклітинних (Кордюм и др., 1976; Ваулина и др., 1978; Сытник и др., 1979; Сытник и др., 1983; Попова, Кордюм, 1991) дозволили оцінити ефекти факторів космічного польоту за широким спектром показників, включаючи ростові, структурні та фізіолого-біохімічні характеристики.Обґрунтовується доцільність використання для вивчення гравічутливості організмів на клітинному та субклітинному рівнях зручних модельних систем, однією із яких є одноклітинні організми завдяки їх невеликим розмірам, високій здатності до розмноження (завдяки чому протягом короткого періоду можуть сформуватися числені покоління) та досить широкому температурному діапазону для оптимального росту. Обговорюється актуальність дослідження гравічутливості для розробки теоретичних уявлень про механізми дії гравітації та сприйняття її на клітинному та субклітинному рівнях, прогнозування поведінки організмів в умовах мікрогравітації на основі їх адаптаційних можливостей, розробки космічних біотехнологій, повязаних з відбором компонентів автотрофної ланки для контрольованих екологічних систем життєзабезпечення людини на космічних літальних апаратах. Добре вивчена біологія даного виду бактерій, а також висока швидкість росту (тривалість ділення клітини складає всього 15-20 хвилин), рухливість (окрім звичайних клітин, є ще особлива рухлива форма - швермери з 10-кратно збільшеною кількістю джгутиків) та широкий температурний діапазон росту (від 18 до 37о С) зумовили вибір P. vulgaris для космічних досліджень. Відібрані штами Chlorella використовувалися в космічних експериментах завдяки їх високій швидкості росту на різних поживних середовищах, стійкості до коливання зовнішніх факторів, у першу чергу. до змін температури, здатності рости протягом тривалого часу на органічних поживних середовищах, не втрачаючи інтенсивності зеленого забарвлення в умовах темряви (штам ЛАРГ-1). Космічні експерименти з культурами бактерій Proteus виконано на борту: ШСЗ "Космос-654" (тривалість експерименту 57 год, аеробні умови культивування); космічного корабля (КК) "Союз-19" (експеримент "Ріст мікроорганізмів" згідно з радянсько-американською науковою програмою "Союз-Аполон”, тривалість експерименту 6 діб, анаеробні умови); КК "Союз-22" (тривалість експерименту 7 діб, анаеробні умови).На основі порівняльних електронно-мікроскопічних досліджень встановлено відмінності між клітинами P. vulgaris, вирощеними в умовах космічного польоту, та контрольними за рядом показників, зокрема, наявністю в дослідних клітинах нетипових для даного виду бактерій різної форми компактних нуклеоїдів (тісно згруповані фібрили ДНК у таких нуклеоїдах розташовані майже паралельно одна до одної). Таким чином, на основі порівняльних досліджень ультратруктури клітин Proteus vulgaris, які виросли в аеробних умовах на борту ШСЗ "Космос-654" та в умовах стаціонарного лабораторного контролю, виявлено більш прискорений ріст культури в умовах космічного польоту, що свідчить про зміни рівня клітинного метаболізму, які корелювали з появою ряду ультраструктурних змін дослідних клітин порівняно з контрольними. У 2-ому каналі, де клітини росли лише в умовах космічного польоту, клітин 1-го типу було майже у 2 рази менше порівняно з контролем. Проведені дослідження на клітинах популяції бактерій Р. vulgaris, які знаходилися в умовах космічного польоту у функціонально-активному стані, показали, що за оптимальних умов росту кул