Scientific journal

Scientific Review. Biological science

ISSN 2500-3399

ПИ №ФС77-57454

Одомашненные виды жвачных копытных давно приобрели широкое распространение, большое разнообразие и имеют для человека огромное экономическое значение. Сведения о морфологии системы органов пищеварения жвачных копытных и их адаптивных возможностях имеют большое теоретическое значение, а также могут и должны быть учтены на практике при кормлении одомашненных видов жвачных животных при стойловом содержании и диких видов при искусственном разведении и содержании в неволе при охранных мероприятиях. Органы пищеварительной системы осуществляют тесный контакт внешней и внутренней сред организма и благодаря мультифункциональности и компенсаторным функциям регулируют гомеостаз и адаптационные механизмы, обеспечивая приспособление животных к смене условий существования и питания.

При изучении органов пищеварения млекопитающих необходимо знать и учитывать все разнообразие их морфологии и функционирования. Исходя из целей и задач исследований органов пищеварения может применяться широкий спектр методов. Этими задачами могут быть экологические, возрастные, половые, видовые, породные аспекты, а также необходимость выявления механизмов приспособления к определенным условиям существования и питания и их изменениям.

Научные исследования в области пищевых адаптаций и сравнительной морфологии органов пищеварительного тракта жвачных животных позволяют судить об их связи с характером питания, экологией и жизнедеятельностью симбионтов. Имеющиеся в мировой литературе данные по этому направлению касаются в основном качественной [1, 2] и количественной характеристик питания [3, 4]. В последнее время много исследований посвящено рекомендациям по питанию [5-7], в том числе in situ [8, 9], а также общему метаболизму в желудочно-кишечном тракте [10–12] и белковому обмену [13].

В отечественной и иностранной литературе в настоящее время есть лишь единичные исследования, изучающие морфофункциональные механизмы адаптации органов пищеварения жвачных копытных к специфике корма, определяющие роль пищевой специализации жвачных в эволюции пищеварительной системы [14].

Неизученными среди органов пищеварительной системы оказались морфофункциональные структуры слизистой оболочки ротовой полости, в частности щечные сосочки, которые выполняют важную роль в процессе удерживания, пережевывания и транспортировки пищи. Нет исследований по симбиоценозам ротовой полости и их роли в пищеварении.

Состояние морфофункциональных структур слизистой оболочки полости рта, а также ее симбиоценозов, их качественная и количественная характеристика напрямую зависят от качества корма. Учитывая, что полость рта является первым звеном в пищеварительной системе, непосредственно контактирующим с кормом, а также участвующим в процессе жвачки у жвачных животных (эту особенность они приобрели в процессе эволюции как важнейшую функцию для переваривания растительной пищи), становится очевидной необходимость исследования ее органов.

Кроме того, требуются комплексные исследования всех органов пищеварительной системы жвачных копытных на всех уровнях структурной организации для выявления их взаимосвязи, компенсаторных отношений как внутри системы в целом, так и органов, определения механизмов и пределов адаптаций на разных структурных уровнях при изменении условий содержания и кормления. Не проводятся исследования системы органов пищеварения у жвачных как самой сложной системы среди всех животных в сравнительном плане у Bovinae, Caprinae, которые бы позволили определить общие закономерности и особенности их морфологии, функционирования и механизмов адаптации к меняющимся условиям среды и питания, что для многих диких видов копытных жвачных представляется особенно актуальным ввиду катастрофического сокращения их численности.

Цель исследования: исследовать особенности морфологии функционирующих структур внутренней выстилки полости рта и выявить симбиоценозы взрослых особей Bos taurus taurus при разных условиях содержания и питания.

Материалы и методы исследования

В качестве материала для исследований использовали уголки рта (морфофункциональные структуры их слизистых оболочек) двух групп (по пять животных в каждой) взрослых особей бычков Bos taurus taurus с разными условиями содержания и питания: первая группа с пастбищным содержанием при естественной пастьбе на травянистой растительности и вторая – с домашним содержанием с питанием горячей бардой (отходом производства этилового спирта – густой жидкостью светло-коричневого цвета с кисловатым запахом с содержанием сухих веществ около 6 %), часто используемой в качестве корма для скота в местах производства спирта. Материал был получен в Кабардино-Балкарской Республике на протяжении 2015–2018 гг.

В исследованиях были применены методы сканирующей электронной микроскопии. Для проведения электронно-микроскопических исследований объекты фиксировались в 10 %-ном формалине. После фиксации образцы промывались в воде, затем проводились через серии этилового спирта (от 30 % до 100 %) и ацетон. После этого этапа образцы высушивались в критической точке на установке Hitachi Critical Point Dryer HCP-1. Для обеспечения проводимости исследуемых образцов проводилось их напыление золотом на оборудовании S150A Sputter Coater. Изучение и фотографирование исследуемых образцов осуществлялись на сканирующем электронном микроскопе Tescan Vega [15].

Результаты исследования и их обсуждение

Проведенные нами исследования достоверно выявили, что у обеих групп животных имелась характерная для жвачных копытных морфология слизистой оболочки (и ее функциональных структур – сосочков) полости рта. Слизистая оболочка имела общий план строения. Щечные сосочки были выстланы многослойным плоским ороговевающим эпителием и направлены назад в сторону глотки. Наиболее высокие и густо расположенные сосочки размещались на участке от угла рта до начала коренных зубов. Строение сосочков неодинаково – встречались короткие, длинные, с широким или узким основанием, с гладкой поверхностью или с продольными бороздами, с острым кончиком или с тупым, с расщеплениями на верхушке или сбоку.

Вместе с тем были выявлены значительные особенности ультратонкого строения морфофункциональных структур, архитектоники поверхности эпителия сосочков и микрофлоры, а также ее локализации. Обнаружилась значительная разница в строении поверхности сосочков, особенно их кончиков (рис. 1, А, Б).

У бычков первой группы, питавшихся пастбищной растительностью, сосочки были целые, имели относительно ровную поверхность с равномерно отшелушивающимися клетками, что является нормой (рис. 1, А). Поверхность эпителия слизистой оболочки уголков рта у бычков первой группы имела четко выраженное сетчатое строение с одинаковыми ячейками (рис. 2, А). На наш взгляд, сетчатое строение способствует увеличению площади функциональной поверхности и создает соответствующие ниши для симбиоценозов. Клетки в основном были одинакового размера и многогранной формы. На поверхности эпителия расположено много разных симбионтов (рис. 2, А).

У бычков второй группы, питавшихся бардой, сосочки были деформированы, с поврежденными кончиками, поверхность сосочков стерта, с большими и неравномерными площадями отшелушивания с изъязвлениями и дырочками (рис. 1, Б).

Поверхность эпителия слизистой оболочки уголков рта у бычков второй группы имела нечеткую структуру с резко очерченными неровными границами клеток (рис. 2, Б). Структура поверхности сетчатая, с неодинаковыми ячейками со слипшимися, как будто сожженными, краями. На поверхности клеток много слизи (по-видимому, выполняющей защитную функцию), встречались единичные микробы (рис. 2, Б).

Морфологические особенности тонкого строения поверхности сосочков, представляющих собой экологическую нишу для симбиоценозов, детерминируют особенности их локализации, величины, количества, способов прикрепления (рис. 3, А, В). Соответственно рельефу поверхности на ней располагались разрозненно лежащие одиночные бактерии кокковидной формы на более гладкой поверхности или длинные цепочечные кокковидные бактерии в углублениях с расположенными вокруг мелкими кокками и палочковидными формами (рис. 2, А).

У первой группы животных на сосочках с более рельефной эпителиальной поверхностью встречались места, полностью покрытые большими скоплениями бактерий, преимущественно одного вида – или кокковидные, или палочковидные (рис 3, А). При этом некоторые бактерии лежали свободно, не имея связей друг с другом и без слизи вокруг (рис. 3, А, В), а другие были связаны друг с другом с помощью тонких нитей и имели небольшое количество слизи. У некоторых животных одновременно встречались скопления бактерий разных видов: кокковидных – одиночных, сдвоенных или цепочечных, палочковидных – одиночных и сдвоенных, коротких и длинных (рис. 3, А, В).

В некоторых случаях наблюдалась очень рельефная архитектура поверхности эпителия слизистой оболочки сосочков с большими щелевидными углублениями, которые были заполнены значительными скоплениями симбионтов разных популяций (рис. 3, А, В). Встречались совместные популяции кокковидных и палочковидных бактерий. В одних случаях кокки были представлены одиночными и сдвоенными формами с шероховатой поверхностью совместно с палочковидными формами, в других – отмечались одиночные и сдвоенные кокки с гладкой поверхностью и соединительными нитями в соседстве с палочковидными бактериями (рис. 2, А, рис. 3, А, В).

Все это разнообразие симбионтов, а также их локализация соответствуют норме для жвачных растительноядных животных.

У второй группы животных на поверхности эпителия сосочков практически не наблюдалось симбионтов, за исключением единичных мелких форм (рис. 2, Б). На участках с более гладким рельефом поверхности отмечались очень мелкие, заключенные в ячейках поверхностной сетчатой структуры, а также многочисленные, разной формы и величины кристаллы (рис. 3, Б, Г). В некоторых случаях у второй исследуемой группы животных на сосочках были видны сколовшиеся неповрежденные участки поверхностного эпителия, на котором также имелись кристаллы и единичные мелкие симбионты (рис. 3, Г). Возможно, отсутствие симбиоценозов также связано с употреблением горячей барды, в которой они погибли, остались только самые мелкие формы – внутри ячеек сетчатой структуры поверхности слизистой оболочки. Можно предположить, что большое количество различных кристаллов на поверхности слизистой оболочки связано с какой-то защитной реакцией на горячий корм, что требует дополнительных исследований.

Заключение

Таким образом, результаты проведенных нами сравнительных исследований морфологии сосочков слизистой оболочки полости рта у бычков (Bos taurus taurus) при разных условиях содержания и питания на электронно-микроскопическом уровне выявили общий план их строения, а также особенности, свойственные каждой группе.

У первой группы животных, питавшихся пастбищной растительностью, морфология слизистой оболочки уголков рта была без нарушений, сосочки были целые с относительно ровной поверхностью с равномерно отшелушивающимися клетками, что является нормой. Поверхность эпителия слизистой оболочки уголков рта у бычков первой группы имела четко выраженное сетчатое строение с одинаковыми ячейками. Клетки в основном одинакового размера и многогранной формы. На поверхности слизистой оболочки имелось большое количество разнообразной микрофлоры, локализованной соответственно архитектонике поверхности эпителия.

Очевидно, что в первой группе исследованных животных с пастбищным содержанием и питанием морфология функциональных структур и состояние симбиоценозов соответствуют норме, что отражает у них экологическую приспособленность к усвоению грубого травянистого корма, свойственного жвачным животным.

Особенностями, выявленными у второй группы животных, содержавшихся в домашних условиях и питавшихся горячей бардой, можно считать нарушения ультраструктуры слизистой оболочки полости рта и почти полное отсутствие симбиоценозов, за исключением очень мелких форм, оказавшихся внутри ячеек сеточной структуры. В этой группе наблюдались негативные явления в виде деформации формы сосочков слизистой оболочки уголков рта, искривления, глубокие наплывы на основаниях и сколы, дырки на их кончиках. Поверхность эпителия – с потертостями, большими и неравномерными площадями отшелушивания с изъязвлениями и дырочками, с большим количеством слизи в наиболее поврежденных местах. Сетчатая архитектоника поверхности эпителия сосочков невыраженная, границы клеток утолщены и имеют сколы. Симбионтов на поверхности эпителия крайне мало, они очень мелкие, зато часто встречались многочисленные кристаллы разной формы и размеров.

Все выявленные особенности морфологии и симбиоценозов ротовой полости у двух сравниваемых групп животных наглядно показывают негативные последствия кормления животных горячей бардой, приводящей к деформации морфофункциональных структур слизистой оболочки ротовой полости и полному угнетению ее симбиоценозов. Это является демонстрацией ограниченности адаптивных возможностей морфологических структур полости рта при экстремальных изменениях рациона.

Результаты исследований наглядно показали корреляцию особенностей морфологии функциональных структур ротовой полости и их симбиоценозов у жвачных копытных и их обусловленность спецификой содержания и питания животных. Полученные данные можно использовать как критерии для прогнозирования благополучия популяций на основании характеристики их питания и при научной разработке нормативов правильного кормления домашних и диких видов жвачных копытных в различных условиях их содержания.

Автор выражает глубокую благодарность сотрудникам ИПЭЭ им. А.Н. Северцова РАН: Некрасову Алексею Николаевичу и Неретиной Анне Николаевне – за содействие в проведении исследований.

Работа выполнена с помощью оборудования Центра коллективного пользования «Инструментальные методы в экологии» при ИПЭЭ им. А.Н. Северцова РАН.