Действие прямоугольных электрических импульсов низкой частоты на трихоплакса (тип Placozoa)

Abstract

Влияние низкочастотного электромагнитного излучения (НЭМИ) на растения и животных, включая человека, достаточно спорно. Мало известно и о воздействии НЭМИ на гидробионтов. Мы изучили действие прямоугольных импульсов напряжения различной амплитуды, длительности и скважности, пропущенных через морскую воду, на трихоплакса (тип Placozoa) как на возможную тестовую лабораторную модель. В опытах использовали три штамма Placozoa, Trichoplax adhaerens (H1), Trichoplax sp. (H2) и Hoilungia hongkongensis (H13), отобранных на стационарной стадии роста культуры. Для генерации последовательности прямоугольных импульсов заданной длительности и скважности с частотой до 2 кГц применяли аппаратную платформу Arduino Uno. Среднее значение напряжения до 500 мВ регулировали с помощью схемы делителя напряжения. Для доказательства специфичности действия электрических импульсов на потенциалзависимые кальциевые каналы трихоплакса использовали ингибитор активности кальциевых каналов амлодипин. Животных стимулировали электрическим током под стереомикроскопом. Электроды располагали в непосредственной близости от животного. Исследовали сопутствующие изменения поведения и морфологии пластинки трихоплакса. Выделяли стимулирующие и подавляющие воздействия. Наблюдения документировали с помощью фото- и видеосъёмки. Отслеживали траектории движения отдельных особей. Увеличение напряжения на электродах при фиксированной частоте 20 Гц приводило к тому, что животные штамма H2 покидали «зону электродов» в течение нескольких минут при 25 мВ, однако теряли подвижность пропорционально росту напряжения и обездвиживались при 500 мВ. Именно поэтому в дальнейших опытах применяли напряжение 50 мВ. В экспериментах с двумя электродами, находящимися с одной стороны трихоплакса, у животного было больше возможностей перемещаться в разных направлениях, чем в случае расположения электродов по обеим сторонам пластинки. Направление движения использовали как характеристический признак. Отмечено, что трихоплаксы мигрируют в области с низкой плотностью линий электрического поля, которые расположены вдали или за электродами. Животные из старой культуры отличались меньшей чувствительностью к электрическому раздражителю. Штамм H2 был наиболее чувствительным и демонстрировал более выраженные физиологические реакции на частотах 2 Гц и 2 кГц с напряжением 50 мВ, чем штамм H1 и особенно штамм H13. В зависимости от длительности стимулирующих прямоугольных импульсов, их числа, амплитуды и варьирующей частоты менялись двигательные реакции и морфология животных: от направленной или стохастической миграции в сторону анода/катода или от него до обездвиживания животных, увеличения оптической плотности по периферии и в центре пластинки и до сворачивания трихоплакса и отделения его от субстрата. В дополнительных опытах на Trichoplax sp. H2 показано, что при длительности импульсов 35 мс и задержке импульсов от 1 мс до 10 с доля обездвиженных животных увеличивается до 80 % при минимальной задержке. Тем не менее в случае применения амлодипина в концентрации 25 нМ практически все трихоплаксы в течение нескольких минут сохраняли подвижность несмотря на обработку электрическими импульсами. Между тем при использовании амлодипина в концентрации 250 нМ животные двигались дискоординированно и не могли покинуть «электродную ловушку». Далее пластинка трихоплакса становилась ригидной, что выражалось в неизменности формы животного при движении. Наконец, амлодипин в концентрации 50 мкМ вызывал быстрое сворачивание краёв трихоплакса в розетку в вентрально-дорсальном направлении и последующую диссоциацию пластинки на отдельные клетки. В целом применяемое электрическое воздействие имело кумулятивный, но обратимый эффект, который, как предполагается, может быть связан с работой потенциалзависимых кальциевых каналов. Амлодипин в большой концентрации (50 мкМ) вызывал разрушение трихоплакса, в умеренной (250 нМ) он нарушал, вероятно, распространение волн активации, что приводило к дискоординации движений животного, а в малой (25 нМ) предотвращал электрошок.