Полет пчел обеспечивает асинхронная мускулатура — наиболее совершенный вид мускулатуры беспозвоночных. Функциональная единица здесь — многоядерное мышечное волокно, образующееся при эмбриональном развитии в результате слияния отдельных клеток. В основе его сокращения лежат конформационные изменения внутриклеточных белковых комплексов — актина и миозина.
В результате их взаимодействия происходит гидролиз молекул АТФ, и химическая энергия превращается в механическую работу мышечного сокращения. С точки зрения интенсивности работы (количества используемой АТФ в единицу времени) асинхронные летательные мышцы насекомых представляют собой наиболее рациональную механохимическую сократительную систему.
Для изучения особенностей структурной организации мышечных волокон в онтогенезе мы провели исследование летательной мышцы медоносной пчелы методами световой и электронной микроскопии. Кусочки мышечной ткани объемом 1 мм3, а также отдельные изолированные мышечные волокна фиксировали в 1%-ном растворе ОsО4 на веронал-ацетатном буфере (рН 7,4) по Колфилду и после стандартной проводки через спирты и ацетон заливали в аралдит или эпон-аралдит.
Готовили полутонкие и ультратонкие срезы, контрастировали нитратом свинца и просматривали в электронном микроскопе JЕМ-100. Мерные показатели органелл (число в единице объема цитоплазмы, объемные доли, площади поверхностей) определяли методами Э.Р.Вейбеля (1970) и Р.К.Данилова и В.Н.Сперанского (1988) непосредственно на негативах, увеличенных на увеличителе «Беларусь» при Ку = 3,5. Активность АТФ-азы определяли методом Падикула и Герман при рН 9,4; сукцинатдегидрогеназы (СДГ) — тетразолиевым методом Нахласа.
По результатам электронно-микроскопических исследований мы можем представить следующие данные (рис.1). На рисунке 1 представлены электроннограммы продольного среза летательной мускулатуры 30-суточных рабочих пчел. Видны структурные компоненты мышечного волокна. Темные Z-диски делят мышечное волокно на отдельные саркомеры. В середине саркомера заметна узкая темная М-полоска. На электроннограмме видны отличительные особенности асинхронных мышечных волокон: I диски практически не просматриваются, все пространство саркомера занято А диском. Между миофибриллами располагаются плотноприлегающие крупные митохондрии. Отсутствует саркоплазматическая сеть. Видны прилегающие к митохондриям просветы трахеол. На стадии куколки площадь мышечного волокна равна 79,0 мкм2; диаметр миозиновых миофиламентов — 122 А° ; число мышечных волокон в мышце — 145 шт. Число митохондрий в симпластах куколки в суммарном объеме составляет 14% от общего объема клетки. При этом доля митохондрий, расположенных по периферии клетки, в 2,13 раза превышает долю интерфибриллярных митохондрий.
У пчел 1–3-суточного возраста мерные показатели достоверно увеличены: площадь мышечных волокон — до 92,0 мкм2; диаметр миозиновых миофиламентов — до 140 А° ; число мышечных волокон в мышце — до 185 шт. Число интерфибриллярных митохондрий в мышечных волокнах становится равным числу периферических. Суммарное их число хотя и превышает показатель стадии куколки, однако остается еще невысоким — 25% от общего объема клетки. Уровень окислительно-восстановительных процессов на кристах митохондрий невысок, о чем свидетельствует низкая активность (СДГ) — 0,18 усл. ед. На этой стадии зарегистрирован минимальный для имаго показатель гистохимической активности миозиновой и митохондриальной АТФ-аз, ответственных за расщепление макроэргических связей в молекуле АТФ и обеспечение энергией процессов мышечного сокращения — 1,12 и 0,52 усл. ед. соответственно.
Морфометрические и гистохимические показатели летательной мышцы рабочих пчел 4–7-суточного возраста свидетельствуют о значительной физиологической перестройке: площадь мышечного волокна составляет 106 мкм2; диаметр миозиновых миофиламентов — 175 А° ; число мышечных волокн в мышце — до 226 шт., что превышает соответствующие показатели на стадии куколки в 1,34; 1,43 и 1,22 раза. Возрастает до 36% доля митохондрий в объеме симпласта продольной грудной мышцы. Соотношение периферических и интерфибриллярных митохондрий меняется в сторону преобладания последних (1:2,52). Активность СДГ увеличивается в 13,5 раза по сравнению с предыдущей группой и достигает 2,43 усл. ед. Гистохимическая активность АТФ-аз миозина и митохондрий регистрируется на уровне 3,3 и 2,33 усл. ед. Достигнутый на этой стадии уровень обменных процессов уже достаточен для кратковременного полета, так как именно в этом возрасте мы регистрировали вылет меченых пчел на первые очистительные и ориентировочные облеты.
В возрасте 8–10 сут площадь мышечных волокон по сравнению с показателями куколки увеличивается в 1,39 раза и составляет 110 мкм2. Диаметр миозиновых нитей возрастает до 186 А° ; число мышечных волокн в мышце — до 228 шт. Общее число митохондрий возрастает настолько, что они занимают 55% объема мышечного волокна. Число интерфибриллярных митохондрий превышает число периферических в 3,45 раза. Активность СДГ в 18,94 раза выше, чем в первой имагинальной группе, и составляет 3,41 усл. ед.
У пчел 11–20-суточного возраста наблюдается значительное повышение метаболической активности летательной мускулатуры. Хотя общее число митохондрий увеличивается незначительно (до 58%), а соотношение интерфибриллярных и периферических несколько снижается, активность окислительно-восстановительных процессов на кристах митохондрий резко возрастает: уровень СДГ повышается до 8,19 усл. ед. (превышает уровень активности этого фермента у 1–3-суточных пчел в 45,5 раза). Активность АТФ-азы миозина достигает 6,52 усл. ед., митохондриальной АТФ-азы — 15,24 усл. ед., то есть превышают показатели первой имагинальной стадии соответственно в 5,82 и 29,3 раза.
Подготовка летательной мускулатуры к функционированию во время длительного полета проявляется и положительной динамикой морфометрических показателей структурных единиц мышечного волокна и нарастанием активности ферментов, обеспечивающих энергией процессы сокращения. Площадь мышечных волокон по сравнению с куколкой увеличивается в 1,46 раза и составляет 115 мкм2; диаметр миозиновых нитей возрастает до 222 А° ; число мышечных волокон в мышце в этот период несколько снижается (213 шт.), однако разница с предыдущей группой недостоверна (Р < 0,95). В этом возрасте пчелы начинают вылетать для сбора нектара, и в нашем опыте к летной деятельности приступили 80% меченых пчел.
После 20-го дня жизни при активной собирательной деятельности морфометрические показатели летательной мышцы стабилизируются: площадь мышечного волокна — на уровне 114 мкм2; диаметр миозиновых миофиламентов — 221 А° ; число мышечных волокон в мышце — на уровне 229 шт. Заметно возрастает активность миозиновой АТФ-азы (9,35 усл. ед.), а активность митохондриальной остается практически на прежнем уровне — 15,31 усл. ед. Период жизни пчел с 21-го по 30-й день характеризуется активной летной деятельностью и требует максимальных затрат энергии, и мы отмечаем еще большее увеличение разницы между числом интерфибриллярных и периферических митохондрий. Их соотношение в симпласте составляет 3,78:1. Активность СДГ повышается по сравнению с первой имагинальной стадией в 48 раз и составляет 8,65 усл. ед. (рис. 2).
Таким образом, в летательной мускулатуре пчел в процессе миогистогенеза происходят генетически детерминированные закономерные качественные и количественные перестройки структурных компонентов мышечного волокна — контрактильного и энергетического аппаратов. В постэмбриональном гистогенезе диаметр миозионовых миофиламентов, представляющих контрактильный аппарат, увеличивается в 1,8 раза, а объем энергетического аппарата (суммарный объем митохондрий) — на 44%. Терминальная дифференцировка мышечных волокон при подготовке рабочих пчел к активной летной деятельности ориентирована на выполнение длительной сократительной функции мускулов. Площадь мышечного волокна увеличивается с 79,0 мкм2 на стадии куколки до 115 мкм2 (в 1,45 раза) у летных рабочих пчел; существенно повышается роль интерфибриллярных митохондрий, обеспечивающих высокую ферментативную активность в дефинитивных мышечных волокнах и адаптацию мышечной ткани к возрастанию нагрузки.
Г.С.МИШУКОВСКАЯ*, А.Г.МАННАПОВ**
* Башкирский ГАУ
** РГАУ – МСХА им. К.А.Тимирязева, г. Москва

Пчелы роя готовят гнездо…
июль 17, 2014
Рецепты приготовления канди…
март 2, 2017
Шкафы-секции для хранения сотов…
янв 25, 2020
Комплект приспособлений для улья…
март 3, 2020
Избавился от аскосфероза…
март 26, 2015
Летковый заградитель
окт 1, 2016
Факторы, определяющие распределение функ…
июнь 22, 2016
Феномен дупла при зимовке пчел…
окт 15, 2021
Обсуждаем размер подрамочного пространст…
дек 7, 2018
Пчеловодный год с марта по март…
нояб 19, 2015
Методика определения пыльцы в меде…
янв 9, 2017
Эффективность работы шмелей в теплицах …
сен 15, 2022