Содержание к диссертации
Введение
1. Литературный обзор 10
1.1. Костная система и гравитация 10
1.2. Метаболизм кальция в живом организме, механизмы его регуляции. Изменение метаболизма кальция в живом организме в невесомости 14
1.3. Эксперименты с животными, экспонированными на борту космических летательных аппаратов. Гистологические исследования костной ткани в космическом полете 22
1.4. Японский перепел как часть гетеротрофного звена БСЖО 27
1.5. Основные этапы эмбрионального развития птиц. Гистогенез костной и хрящевой тканей 30
2. Материалы и методы 39
2.1. Методика проведения эксперимента по изучению эмбрионального развития японского перепела в условиях невесомости 39
2.2. Методики морфометрических исследований бедренной и большеберцовой костей и определения содержания кальция в костях нижних конечностей разновозрастных эмбрионов японского перепела 42
2.3. Методика гистологического исследования развивающейся и растущей кости 44
2.4. Методика определения зольности и содержания кальция в скорлупе перепелиных яиц 47
2.5. Статистические методы 48
3. Результаты 50
3.1. Сравнительное исследование длины костей эмбрионов японского перепела контрольной и полетной групп 50
3.2. Сравнительное изучение длин участков окостенения разновозрастных эмбрионов японского перепела в полетной и контрольной группах 52
3.3. Гистологические исследования костной ткани эмбрионов полетной и контрольной групп 57
3.4. Зольность скорлупы разновозрастных эмбрионов японского перепела полетной и контрольной групп 66
3.5. Содержание кальция в скорлупе разновозрастных эмбрионов японского перепела полетной и контрольной групп 68
3.6. Содержание кальция в костях нижних конечностей эмбрионов японского перепела 70
4. Обсуждение 72
5. Выводы 80
Список литературы
- Эксперименты с животными, экспонированными на борту космических летательных аппаратов. Гистологические исследования костной ткани в космическом полете
- Методики морфометрических исследований бедренной и большеберцовой костей и определения содержания кальция в костях нижних конечностей разновозрастных эмбрионов японского перепела
- Методика определения зольности и содержания кальция в скорлупе перепелиных яиц
- Зольность скорлупы разновозрастных эмбрионов японского перепела полетной и контрольной групп
Эксперименты с животными, экспонированными на борту космических летательных аппаратов. Гистологические исследования костной ткани в космическом полете
Известно, что кость не является статическим органом. Согласно динамической концепции, кость рассматривается, как активно живущая ткань, постоянно перестраивающаяся в течение всей жизни индивида. Строение и химический состав костной ткани в целом схож у всех теплокровных животных (птиц и млекопитающих). Как одна из видов соединительной ткани, она выполняет множество функций в организме птиц и млекопитающих. Основными функциями костной ткани являются: 1) обменно-гомеостатическая, обусловленная участием костной ткани в роли депо минералов в процессе регуляции водно-минерального обмена и поддержании постоянства концентрации кальция в крови; 2) морфогенетическая (структурообразующая); 3) пластическая; 4) источник постоянного самообновления клеток во всей системе тканей внутренней среды организма [86, 118].
Костная ткань всех теплокровных (птиц и млекопитающих) состоит из клеточных элементов и межклеточной субстанции, образованной фибриллярными белками (правильно ориентированными пучками коллагена) и основным (аморфным) веществом. Специфическую особенность костной ткани придают встроенные в органическое вещество (матрикс костной ткани) кристаллы минералов, главным образом гидроксиапатита. Именно поэтому костную ткань относят к классу биокомпозитных материалов [13, 107].
Костная ткань при обычных физических воздействиях имеет достаточно высокий запас прочности по отношению к разрушающим нагрузкам. Например, в трабекулярной кости позвонков и компактной ткани большеберцовой кости млекопитающих разрушающие нагрузки превышают соответствующие физиологические примерно в 10 раз [27, 76, 79, 80].
Факторы, влияющие на рост и развитие кости разнообразны: 1) пищевой режим (например, недостаток кальция, фосфора, витамина D в потребляемой пище вызывает замедление процесса обызвествления, кость становится мягкой); 2) эндокринные факторы (деятельность щитовидной железы и гипофиза) [97]; 3) гравитационные факторы [11]. Развитие и функционирование скелета птиц и млекопитающих в течение жизни обеспечиваются и опосредуются процессами роста, моделирования (формообразования), ремоделирования и репарации. Рост и моделирование свойственны костной ткани и детерминированы генетически. Регуляция этих процессов происходит как в соответствии с генетической программой под действием биомеханических факторов, так и на системном и локальном (тканевом) уровнях [87, 95].
Одним из основных биохимических факторов, осуществляющих регуляцию всех процессов, происходящих в костной ткани в течение жизни как человека, так и животного, является гормон роста, или соматотропин. Это гормон пептидной природы, который вырабатывается передней долей гипофиза. При попадании в печень он стимулирует синтез соматомедина – белка, который при поступлении в кровь влияет на рост трубчатых костей. Известно 4 вида соматомедина, однако наиболее важным является соматомедин С или инсулиноподобный фактор роста 1 (ИФР-1). Он запускает процесс пролиферации хондроцитов и образование гипертрофированных клеток, способных к окостенению. Другой вид соматомедина – инсулиноподобный фактор роста (ИФР-2) вырабатывается непосредственно хондроцитами хрящевой зоны роста [107, 119].
Кроме соматотропина на рост и развитие костной ткани оказывают влияние гормоны щитовидной (тиреоидные гормоны) и половых желез. Тестостерон, гормон мужских половых желез, ускоряет образование белковой матрицы кости, стимулирует отложение в ней солей кальция, а также отвечает за рост в длину и толщину костей. Эстроген, гормон женских половых желез, также ускоряет рост костей в длину.
Процессы репарации и ремоделирования происходят в течение всей жизни любого млекопитающего животного или птицы. За счет них происходит функциональная адаптация костной ткани в постоянно меняющемся «внешнем механическом поле». Этот процесс начинается в период эмбриогенеза. Кроме того, он может возникнуть и в ответ на изменения метаболизма костной ткани, возникающие из-за факторов любого происхождения [21, 41, 105].
Согласно многочисленным исследованиям, костный скелет, а также его масса, форма отдельных элементов костной системы, макроструктура костной ткани и ее микроархитектоника – это есть не что иное, как одно из проявлений «гравитационной памяти» и структурного следа, оставленного миллионами лет эволюции живых систем в гравитационном поле Земли. Поэтому нет никаких сомнений, что в ряду абиотических факторов внешней среды роль сил гравитации является наиболее фундаментальной [30].
Единство костно-мышечной системы в процессе ее эволюции является результатом действия нескольких факторов, таких как: 1) сила земного притяжения, обусловившая соответствие массы скелета размерам тела наземных позвоночных; 2) физико-химические факторы, определившие современную организацию мышечного аппарата; 3) совокупность статических и динамических нагрузок, которые направляли совершенствование конструкции локомоторного аппарата и специфическое распределение функциональных напряжений в костях конечностей млекопитающих ради стабилизации их биомеханических характеристик в безопасной зоне [12].
С началом освоения человеком космоса проблема влияния факторов космического полета на костную систему живого организма приобрела особую актуальность. В течение длительного полета в космическом пространстве, где нет силы тяжести, вес тела отсутствует, положение тела определяется главным образом при помощи зрительного анализатора. При этом происходит нарушение скоординированной совместной работы вестибулярного аппарата, мышечного чувства и прочих анализаторов пространства. Автоматически снижаются мышечный тонус и нагрузка на скелетно-мышечную систему. Общий объем импульсации от рецепторов в центральной нервной системе (ЦНС) снижается, что приводит к уменьшению ее активности в целом. Это оказывает влияние на регуляцию внутренних органов и других функций организма [1].
Будучи достаточно пластичной структурой, организм, однако, способен через некоторое время пребывания в невесомости приспосабливаться к внешним условиям, а работа органов начинает осуществляться в другом, отличном от земного, режиме [74].
Отсутствие нагрузки на костно-мышечную систему способствует включению ряда механизмов, которые в итоге приводят к уменьшению интенсивности синтетических процессов в мышцах [41].
На начальном этапе пребывания человека в условиях невесомости наблюдается поступление жидкости из тканей в кровь, чтобы скомпенсировать уменьшение давления в кровеносных сосудах нижней половины тела. Это приводит к увеличению общего объема циркулирующей крови, растяжению центральных вен и предсердий, и является сигналом для ЦНС, которая включает специальные механизмы, способствующие уменьшению избытка жидкости в крови и увеличению ее выведения, а вместе с ней и солей из организма. В конце концов, это чревато снижением массы тела в целом и содержания некоторых важных электролитов в крови, например, калия и кальция, а также изменением состояния костно-мышечной системы. Если выведение электролитов с водой будет продолжаться в течение длительного периода времени без достаточного восполнения, процесс деминерализации может привести к значительной потере костной массы. Допустимой величиной уменьшения плотности костной ткани считается снижение параметра на 1–2% в месяц во время пребывания человека в условиях невесомости. Именно поэтому одной из важнейших проблем, которую необходимо решить для успешной адаптации человека и, в частности, его костно-мышечной системы к невесомости, является проблема восполнения недостатка активно выводящихся электролитов [1].
Метаболизм кальция в живом организме, механизмы его регуляции. Изменение метаболизма кальция в живом организме в невесомости Все вещества, которые являются необходимыми для живых организмов, в зависимости от необходимого количества делят на 2 группы: макроэлементы (требуются в большом количестве) и микроэлементы (требуются в микродозах). Каждое из веществ, вне зависимости от той группы, к которой оно принадлежит, выполняет свою строго определенную функцию в организме.
Кальций необходим для нормального протекания многих биологических процессов большинства живых организмов на Земле. Известны некоторые организмы, которые содержат кальция больше, чем углерода (более 10%) и строят свой скелет из его соединений, главным образом из углекислого (известковые водоросли, многие моллюски, иглокожие, кораллы, корненожки и т. д.). Кальций присутствует во всех тканях животных и растений, и лишь редкие организмы могут развиваться в среде, лишённой кальция [53, 56].
Методики морфометрических исследований бедренной и большеберцовой костей и определения содержания кальция в костях нижних конечностей разновозрастных эмбрионов японского перепела
В период с 3-х по 6-е сутки инкубации также велика зависимость развития эмбриона от температуры. В это время интенсивно проходит органогенез, формируется желточный мешок и хориоаллантоис. В этот период яйцо не защищено, поэтому именно с 3-х по 6-е сутки инкубации особенно важно защитить его от чрезмерной потери влаги. Если этого не сделать, то в дальнейшем яйцо уже не сможет восполнить воду, именно поэтому необходимо тщательно контролировать в этот период относительную влажность инкубатора, чтобы избежать неблагоприятного воздействия обезвоживания на обмен веществ [8].
Период с 6-х по 10-е сутки инкубации характеризуется сменой связи яйца и внешней среды. Аллантоис достигает внутри яйца поверхности скорлупы и воздушной камеры. В этот период возрастает роль газовой среды инкубатора, яйцу необходимо достаточное содержание кислорода. Испарение воды из яйца усиливается за счет жидкости полости аллантоиса и за счет воды, выделенной зародышем в процессе обмена веществ. Морфологически зародыш приобретает все черты, присущие данному виду. Если в данный период температура внутри инкубатора будет слишком высокой, процессы развития будут замедляться. Кроме того, слишком высокая влажность будет замедлять удаление воды из аллантоиса, что также скажется в конечном счете на скорости роста и развития зародыша.
Завершается этот этап, когда все содержимое яйца покрывается аллантоисом. Своевременное и правильное развитие аллантоиса характеризует развитие зародыша в целом и его готовность к последующему развитию и росту [48].
Переломный момент в развитии куриного эмбриона – это 15-е сутки инкубации. Питательные вещества желтка используются активнее, а основной энергетический источник – это липиды. Благодаря последнему факту высвобождается большое количество энергии. Питательные вещества активно окисляются, а температура внутри яйца растет, что способствует началу химической терморегуляции. Происходит ускорение роста зародыша. Желточный мешок втягивается в полость тела зародыша, а белок используется практически полностью. Если теплоотдача на данном этапе происходит плохо (например, при недостаточной вентиляции инкубатора или недостаточном теплоотведении), то это скажется на скорости роста зародыша [5].
В последние дни инкубации (20–21-е сутки) происходят совершенно иные процессы в яйце. Поглощение кислорода усиливается, выделяется углекислый газ. Зародыш активно поглощает питательные вещества, выделяется большое количество энергии, особенно непосредственно перед вылуплением. Температура в яйце в этот момент резко возрастает. После проклева быстро испаряются остатки околоплодных жидкостей, тело птенца сильно охлаждается [20].
Формирование костной ткани эмбриона курицы начинается уже на ранних стадиях развития (1–2-е сутки) [31, 125]. Мезодерма разделена на 3 основных скопления клеток: сомиты, нефротом и боковую пластинку. Мезодермальные сомиты дают начало большинству хрящей. Склеротом, или так называемое сгущение мезенхимы, представляет собой рыхлую мезенхимальную ткань. Из этой ткани образуются клетки разных типов, обладающие разными функциями, – фибробласты, хондробласты и остеобласты. Фибробласты ответственны в первую очередь за образование ретикулярной ткани, сухожилий, связок и рыхлой соединительной ткани. Хондробласты и их потомки образуют хрящ, а остеобласты – кость. Все три типа клеток выделяют продукты, образующие неклеточный матрикс, так что масса сухожилия, хряща или кости не имеет клеточного строения. Живые клетки занимают полости, находящиеся в матриксе [34].
Хрящ, как часть дифинитивного скелета и предшественник кости, образуется хондробластами, которые, в свою очередь, имеют мезенхимальное происхождение. Начало образования хряща сопровождается гипертрофией цитоплазматических органелл недифференцированной мезенхимной клетки и общим повышением ее метаболической активности. Плотный эластичный хрящ состоит в основном из гликопротеидов. Это объясняется тем, что гликопротеиды химически достаточно инертны и, таким образом, успешно выполняют роль стабильного компонента скелета. В процессе образования хряща группа хондробластов выделяет вокруг себя хрящевой матрикс. Когда хрящ затвердевает, хондробласты оказываются заключенными в полости и продолжают существовать как хондроциты постоянного хряща. По мере накопления хрящевого матрикса вокруг хондробласта интенсивность синтеза РНК и ядерных белков снижается [48]. Процесс окостенения начинается в средней части диафиза кости куриного эмбриона (центре окостенения) и распространяется к ее концам. На первом этапе хондроциты разбухают и располагаются в ряды. Сначала ткань хряща инкрустируется солями кальция, и хрящевые клетки разрушаются, а затем поверх хряща костеобразующие клетки (остеобласты) начинают откладывать тонкий слой кости. Капилляры надкостницы проникают в центральную часть будущей кости. Таким образом, внутри развивается губчатый слой эндохондральной кости, который соединяется с компактным слоем периостальной кости, находящимся на поверхности [3]. На концах будущей кости куриного эмбриона возникают 2 центра окостенения (14–15-е сутки). Они отделены хрящом от срединного центра окостенения. Одновременно с ростом кости в длину происходит и ее рост в толщину. Остеобласты в надкостнице диафиза продолжают откладывать слои плотной ткани на поверхности, увеличивая таким образом диаметр кости. В то время как на поверхности кости продолжается рост, внутри она становится полой благодаря деятельности клеток, растворяющих находящиеся там хрящ и кость. В результате губчатая ткань в центре кости разрушается и, в конечном счете, замещается костным мозгом [48].
Методика определения зольности и содержания кальция в скорлупе перепелиных яиц
В норме на 10-е сутки развития в бедренной и большеберцовой костях эмбриона японского перепела регистрируется появление периостальной сосудистой почки, а также ее внедрение в хрящевой стержень, что говорит о том, что начинается энхондральная резорбция. Непосредственно перед этим в хряще происходит очаговая кальцификация матрикса, что перекрывает доступ питательных веществ к набухшим хондроцитам, вызывая их деструкцию. Кроме того, в локусе инвазии кровеносных капилляров и в хрящевой нише появляются многоядерные остеокласты.
С появлением кластических клеток минерализованный хрящ разрушается, и таким образом окостенение распространяется на новые участки хрящевого стержня. Следует отметить, что каждое новое поколение хрящевых клеток проходит несколько этапов созревания, конечными из которых являются набухание и кальцификация. Именно в таком виде они подвергаются атаке хондрокластов [35, 125].
На 10-е сутки инкубирования у эмбрионов контрольной группы было отмечено усиление активности остеогенеза в обеих исследуемых костях. В области разрушения костной ткани вросли кровеносные сосуды. Образовавшаяся полость заполнена кроветворными и остеогенными клетками. Под периостом видно отложение костной ткани. Манжета остеогенеза доходит до метафиза бедренной закладки, хрящ кальцинирован. Хрящевые клетки набухшие, ядра находятся на разных стадиях деструкции. Хондрокласты продолжают разрушать кальцинированные хондроциты, увеличивая костномозговую полость. В зоне метафиза видны фигуры митоза на разных стадиях деления (рис. 6).
На гистологических препаратах отчетливо видно, что у эмбрионов полетной группы на 10-е сутки процесс остеогенеза в обеих костях идет с отставанием по сравнению с эмбрионами контрольной. Отмечены меньшее число кроветворных элементов в лакунах, меньшее количество вросших в периост кровеносных сосудов, область костной манжеты уже (рис. 7).
У эмбрионов полетной группы наблюдается истончение, а на некоторых участках и полное исчезновение наружных генеральных пластинок в части диафиза бедренной и большеберцовой костей. Отличительная особенность развития обеих костей у эмбрионов перепелов полетной группы на ранних этапах развития (7 – 10-е сутки инкубирования) состоит в том, что манжета окостенения меньших размеров, чем у эмбрионов контрольной группы. Так, область костной манжеты короче, чем в контроле в 1,3 раза для бедренной кости и в 1,45 раза для большеберцовой кости, по сравнению с контрольной группой.
В костях эмбрионов полетной группы отмечено меньшее количество кальцинированных хондроцитов по сравнению с контрольной группой. Это говорит о том, что резорбция хрящевого стержня идет медленнее. Слой перихондральной костной ткани нижних конечностей 10-суточных эмбрионов японского перепела полетной группы существенно уже, чем у эмбрионов контрольной группы. В норме к 12-м суткам развития эпифизарные области бедренной и большеберцовой костей эмбрионов японского перепела достигают такого размера, при котором доступ питательных веществ к глубоким слоям хряща затруднен. Из-за дефицита питания происходит врастание в хрящ кровеносных сосудов с его поверхностей. К 14-м суткам развития эмбриона перихондральное окостенение, образующее внешний каркас для кости, достигает метафиза. В полостях разрушенного хряща остеобласты строят костные пластины (трабекулы), которые анастомозируют друг с другом, образуя лакуны, заполненные клетками крови. Разрушение хрящевого диафиза распространяется в проксимально-дистальном направлении и по его периферии.
Источники и клеточные механизмы образования губчатой кости связаны с деятельностью клеток, проникающих в глубь хряща с кровеносными сосудами от периоста, т.е. эндост образуется распространением остеогенных клеток в полостях резорбции в ходе энхондрального окостенения [114, 125].
При исследовании гистологической картины бедренной и большеберцовой костей 14-суточных эмбрионов контрольной и полетной групп было отмечено, что процесс окостенения дошел до метафиза. Вдоль трабекул лежат многочисленные остеобласты. Много их и на внутренней поверхности глубокого слоя периоста, что свидетельствует об активном образовании костной ткани. В средней трети диафиза хрящ резорбировался по всей поперечной плоскости стержня (сплошным фронтом); ближе к метафизам его разрушение происходит в виде продольных глубоких ниш с разделительными вертикальными остаточными хрящевыми тяжами. На их основе строятся внутренние эндостальные костные балки, а в нишах и лакунах между ними образуются очаги миелогенеза. Области метафиза и эпифизов пронизаны кровеносными сосудами, врастающими со стороны диафиза.
Однако следует заметить, что хрящевой стержень большеберцовой и бедренной костей эмбрионов полетной группы разрушается хуже, чем у эмбрионов контрольной (рис. 8). Манжета окостенения доходит до метафиза, однако ее толщина меньше. Кроме того, деструкция хондроцитов к костном стержне идет хуже, что говорит об отставании процесса окостенения в полетной группе (рис. 9).
Рис. 8. Большеберцовая кость эмбриона японского перепела, 14-е сутки, зона метафиза. ув.х10. Группы остеобластов (1), ниши окостенения (2). Процесс перихондрального окостенения достиг метафиза (3)
Рис. 9. Бедренная кость эмбриона японского перепела, 14-е сутки, зона эпифиза. ув.х10. Суставная поверхность (1), сосуды (2), зональная концентрация в метафизе пролиферирующих хондроцитов (3)
В норме к 16-м суткам перихондральное окостенение бедренной и большеберцовой костей эмбрионов японского перепела находится в завершающей стадии и доходит до эпифиза. В области метафиза обеих костей создается большая концентрация мономорфных клеток, являющихся ростовым резервом, сохраняющимся до вылупления и в 1-ю неделю после вылупления птенца. Отмечена инвазия кровеносных сосудов в хрящевой эпифиз и со стороны его свободных поверхностей, а также из диафизарной полости через метафиз.
Именно по ходу проникающих сквозь метафиз сосудистых каналов происходит распространение диафизарной резорбции на хрящевой эпифиз и последовательное замещение его костными структурами [34].
При сравнении гистологической картины развития бедренной и большеберцовой костей 16-суточных эмбрионов было отмечено, что у эмбрионов полетной группы в эпифизах длинных костей отсутствуют очаги остеогенеза, что говорит об отставании процесса кальцификации хондроцитов этих участков. Таким образом, было выявлено отставание процесса окостенения у эмбрионов полетной группы от такового у эмбрионов контрольной группы (рис. 10, 11).
Рис. 10. Бедренная кость эмбриона японского перепела, 16-е сутки, диафиз. ув.х10. Скопление остеобластов вдоль трабекул (1). Разрушенные хрящевые клетки (2). Трабекулы (3). Внутреннее окостенение эмбрионов полетной группы не дошло до метафиза, а у контрольной группы в диафизарной и метафизарной зонах оно почти завершено
Гистологические исследования развития костей нижних конечностей разновозрастных эмбрионов японского перепела выявили снижение активности остеокластов, а, следовательно, и скорости замещения хрящевой ткани на костную у эмбрионов полетной группы по сравнению контрольной группой, особенно на ранних стадиях развития. Причиной снижения активности остеокластов являлось замедление процесса минерализации хрящевой ткани.
Зольность скорлупы разновозрастных эмбрионов японского перепела полетной и контрольной групп
Согласно данным литературы баланс кальция в организме регулируется гормонами щитовидной и паращитовиодной желез: кальцитонином и паратгормоном. В результате проведенных ранее экспериментов было выявлено существенное отставание в развитии этих желез у эмбрионов полетной группы на ранних стадиях развития [18, 19]. Недоразвитость щитовидной железы вызвала недостаток в организме гормона, регулирующего баланс кальция, а следовательно, и нарушение нормального течения метаболизма кальция в организме [96, 99].
Результаты исследования зольности скорлупы яиц и содержания кальция в нижних конечностях выявили еще одну закономерность. Кроме очевидного различия между эмбрионами полетной и контрольной групп на ранних стадиях (7-е, 10-е сутки) отмечается еще один пик, когда разница между эмбрионами полетной и контрольной группами максимальна – 14-е сутки. Это объясняется тем, что у эмбрионов этого возраста происходит ороговение чешуек ног и когтей, что вызывает повышение потребления минеральных веществ из скорлупы [9, 110, 116, 125], которое в условиях невесомости затруднено.
В норме периферическая резорбция хрящевого стержня следует почти одновременно с ростом в длину костной диафизарной трубки (что подтверждают практически полностью совпадающие данные по длинам костей и участков окостенения). Кроме обозначенных выше причин (недоразвитость кровеносной системы, щитовидной и паращитовидной желез) ускорение темпов увеличения длины участков окостенения и длины костей подопытных эмбрионов японского перепела подтверждают известную теорию, что рост и дифференцировка обладают свойством эквифинальности, подтвержденную данными общего морфогенеза [114, 117]. В данном случае она выражается в стремлении эмбрионов дорасти до типичных видовых размеров, несмотря на измененные условия внешней среды. При этом, если внешний каркас кости успевает до 16-х суток дорасти до видовых размеров, то внутреннее строение кости явно отстает.
Следует отметить, что в норме у перепелов формирование скелета продолжается в течение некоторого времени после вылупления вплоть до репродуктивной зрелости. В области метафиза на поздних стадиях эмбриогенеза создается большая концентрация клеток с высоким митотическим индексом, которые представляют своего рода ростовой клеточный резерв, сохраняющийся до вылупления и в первое время после вылупления, таким образом обеспечивая рост кости. Проведенные исследования на уже взрослых, вылупившихся в невесомости перепелах, показали, что даже несмотря на отставание внутреннего развитии костной ткани в момент вылупления (17-е сутки), через несколько суток они нагоняли перепелов контрольной группы, а в отдельных случаях длины костей эмбрионов полетной группы были даже немного больше, чем у эмбрионов контрольной [19].
Полученные в результате экспериментов данные согласуются с проводимыми ранее исследованиями эмбриогенеза животных, в результате которых было выявлено отставание развития эмбрионов крыс полетной группы от группы лабораторного контроля. Однако также было отмечено, что различия по таким показателям как масса и длина тела, длина костей и участков окостенения между 2 группами новорожденных крысят были небольшими (в пределах 10%) и довольно быстро нивелировались. По некоторым параметрам (например, по длинам участков окостенения) крысята полетной группы даже опережали крысят группы лабораторного контроля. Это подтверждает теорию о том, что невесомость не препятствует развитию организма [46, 65, 66].
В данном эксперименте птенцы, вылупившиеся в полетной группе, несмотря на отставание в развитии костной ткани, были жизнеспособными, хотя, согласно данным литературы, при оценке результатов инкубирования яиц перепела, оплодотворенных на Земле, но развивавшихся в невесомости, отмечалось большее количество аномалий развития эмбрионов полетной группы по сравнению с эмбрионами контрольной, а также была отмечена частая гибель эмбрионов. Также в условиях космического полета наблюдалось отставание роста и развития эмбриона в целом именно на ранних стадиях развития [51].
Было доказано, что причиной отставания в развитии, а также возникновения аномалий и повышенной смертности эмбрионов в полетной группе не является невесомость как таковая [51]. Среди возможных причин указываются вибрация и перегрузки, возникающие на этапе выхода корабля на орбиту, а также другие возможные факторы. Так, например, нельзя исключать возникновение неравномерностей в температурном поле (в середине инкубатора температура выше, чем по краям из-за того, что температурно-влажностный режим далек от оптимального). Еще одной возможной причиной отставания в развитии эмбрионов может являться галактическое излучение или общее радиационное воздействие [51].
Следует отметить, что для включения японского перепела в гетеротрофное звено БСЖО необходимо решить не только проблемы возникновения аномалий развития эмбрионов и отставания в развитии костной ткани. Помимо экспериментов по изучению эмбрионального развития перепелов в невесомости, проводилось несколько экспериментов и по выведению птенцов, в которых изучалась способность нововылупившихся перепелов выживать в условиях невесомости. Было выявлено, что несмотря на то, что невесомость не является препятствием для развития организма, а отставание в развитии костной системы после вылупления довольно быстро нивелируется, появление птенцов японского перепела в условиях невесомости, к сожалению, породило еще одну проблему: адаптация птенцов к агравитационной среде. Отсутствие вектора гравитации приводило к полной дезориентации птенца, что не позволяло ему сохранить врожденные инстинкты, например, клевание корма [52]. Частично решить проблему удалось благодаря плотной фиксации птенцов в пространстве (в лотке инкубатора или в руке космонавта). Однако очевидно, что влияние невесомости связано не только с изменениями во внутренней среде организма, но и с влиянием ее на биологические свойства популяции. Человек в пилотируемой космонавтике уже может следовать определенным мерам профилактики негативного воздействия невесомости [28], но для животных эта проблема остается открытой. Возможно, планируемые в дальнейшем исследования, в частности, эксперименты с созданием искусственной гравитации при центрифугировании, могут помочь решить проблему адаптации нововылупившихся птенцов японского перепела к условиям невесомости, а следовательно, и проблему включения японского перепела в гетеротрофное звено ЗЭСЖО планируемых межпланетных полетов.