Возможности использования современных вспомогательных репродуктивных технологий (ВРТ) при решении проблем сохранения биологического разнообразия семейства медвежьих (Ursidae)

Внедрение современных достижений в области вспомогательных репродуктивных технологий (ВРТ) для сохранения биологического разнообразия представителей семейства медвежьих максимально отвечает современным требованиям развития альтернативных методов естественному размножению при сохранении видов, находящихся на грани исчезновения.

Медведи являются хищниками первого порядка, вершинами трофических пирамид. Их выживание критично для сохранения биоразнообразия экосистем нашей планеты. Из известных восьми видов медведей в России обитает три: белый, бурый и гималайский. В коллекциях зоопарков наиболее многочисленны бурые медведи, тогда как белый медведь наиболее редок и востребован, а гималайский занимает промежуточное положение. Однако темпы размножения белого медведя в неволе низки и нуждаются в повышении. Введение в практику сохранения видов концепции длительного сохранения генетических ресурсов с помощью ВР-технологий дает возможность решить эти проблемы на основе самых современных знаний.

Материалы и методы. В качестве основных объектов исследования выбраны виды как легко разводящиеся в условиях неволи (в зоопарках и питомниках) - бурый и уссурийский белогрудый медведи, так и проблемный в плане выживания и сохранения молодняка – белый медведь. Количество перечисленных животных, содержащихся в зоопарках Евроазиатская ассоциация зоопарков и аквариумов (ЕАРАЗА) на 01.01.2012 г. является достаточным для проведения необходимых работ: бурый медведь – 161, гималайский медведь – 80, белый медведь – 47 особей.

Будут использованы существующие методики ВРТ (получение половых продуктов, их криоконсервация, манипуляции с гаметами и эмбрионами, искусственное осеменение, оплодотворение in vitro, трансплантация эмбрионов и др.), а также проведена их адаптация в соответствии с особенностями репродуктивной физиологии медвежьих.

Это позволит осуществить длительное сохранение криоконсервированных генетических ресурсов и повысить темпы репродукции в неволе. Современные ВР-технологии допускают сохранение генетического материала, полученного даже после смерти животного [7].

Результаты исследований. Внедрение ВРТ в сохранение семейства Медвежьих на сегодняшний день становится весьма актуальным ввиду угрозы снижения численности отдельных видов и подвидов медведей из-за освоения человеком территорий обитания, вырубки лесов, увеличения пресса охотников, изменения климата [5, 6].

С целью увеличить количество получаемых белых медвежат в неволе родилась идея использовать самок бурых медведей в качестве суррогатных матерей для пересадки им эмбрионов белых медведей [1].

Для практического осуществления этой идеи предстоит проделать значительную работу. Однако есть ряд положительных предпосылок. Так, близость репродуктивных особенностей бурого и белого медведей подтверждается многочисленными примерами их межвидовой гибридизации. Например, в зоопарке Лодзь (Польша) получены фертильные межвидовые гибриды четвертого поколения [8].

Согласно анализу 100 известных гибридов медведей, рожденных в 18 зоопарках мира за период с 1960 по 1996 годы, все они получены при участии в качестве одного из родителей бурого медведя. Следовательно, этот вид может быть использован в качестве модельного для проведения всех видов работ в области вспомогательных репродуктивных технологий в учреждениях ЕАРАЗА.

Оценка репродуктивного потенциала управляемой популяции бурых медведей в зоопарках в сравнении с другими видами этого семейства показала, что они лучше переносят условия неволи, более плодовиты (максимальное многоплодие 5-6 медвежат и наиболее успешно выращивают потомство (выживаемость молодняка - 83,9 %). В коллекциях зоопарков бурый медведь обычен, его размножение сдерживают, поэтому он наиболее перспективен для проведения исследований в учреждениях ЕАРАЗА с использованием ВРТ.

Таким образом, мы имеем уникальную ситуацию, когда один вид дикого животного может быть применен как модельный для разработки методик сохранения генофонда сразу нескольких представителей таксона.

Зоопарки смогут собрать и сохранить накопленный генетический материал животных, получить для своих коллекций необходимое количество новых экспонатов и способствовать сохранению биоразнообразия медвежьих.

Совместные исследования по созданию криобанка, изучению биологии репродукции и отработке ВР-технологий применительно к семейству Ursidae проводятся нами с 2009 года. С помощью электроэякуляции получена и изучена сперма белого, очкового, бурого и гималайского медведей. Изучена анатомия половых органов самцов и самок этих видов, из постмортальных семенников белого медведя извлечены и заморожены сперматозоиды [2].

В 2010 году совместно с коллегами из Челябинского, Ижевского, Екатеринбургского, Ростовского зоопарков и РосГосЦирка осуществлены комплексные исследования по получению и криоконсервации семени белых медведей [3]. В 2011 году проведен эксперимент по вакуумной аспирации эмбрионов у беременной самки бурого медведя [4].

Для достижения положительных результатов нами разработаны 3 этапа проведения работ по применению ВРТ. На первом этапе решено начать работу с обычными и многочисленными в коллекциях зоопарков бурыми и гималайскими медведями, которые поэтому могут использоваться в качестве модельных.

I этап – работа с бурыми и гималайскими медведями:

• А)    Естественное оплодотворение бурых медведей, вымывание зигот у беременной самки и перенос (реимплантация) эмбрионов в организм самки (или суррогатной матери) – это один из самых важных процессов в системе ВРТ.

• В)    Естественное оплодотворение бурых и гималайских медведей. Аспирация зигот. Проведение межвидовой перекрестной пересадки эмбрионов от бурого к гималайскому медведю. Возможное рождение у бурой медведицы бурых и гималайских медвежат, а у гималайской медведицы гималайских и бурых медвежат. После получения положительных результатов переходим ко второму этапу.

II этап – работа с белыми и бурыми медведями:

• А)    Естественное оплодотворение белых и бурых медведей. Аспирация зигот у самки белого медведя. Проведение межвидовой пересадки эмбрионов от белого медведя (донор) беременной самке бурого медведя (реципиент). Возможное рождение у бурой медведицы бурых и белых медвежат.

• В)    Суперовуляция самки белого медведя. Самки производят очень мало яйцеклеток в каждом цикле, что значительно ограничивает использование женского генетического материала. Однако используя специальный протокол гормонов, можно стимулировать яичники, обеспечивая большую продуктивность, это называется суперовуляцией, что позволяет собрать за один раз 10-20 яйцеклеток. Естественное оплодотворение белых медведей. Аспирация нескольких зигот у белого медведя (донор) и межвидовая пересадка нескольким самкам бурого медведя (суррогатные матери). Рождение белых медвежат самками бурого медведя.

• II I – этап – работа с белыми и бурыми медведями с использованием методов криоконсервации:

• А) Суперовуляция самки белого медведя. Естественное оплодотворение белых медведей. Аспирация нескольких зигот у белого медведя (донор). Криоконсервация эмбрионов. Эмбрионы более устойчивы к замораживанию, чем яйцеклетки, и смогут развиться в нормальное потомство после имплантации в самку. Размораживание эмбрионов. Межвидовая трансплантация эмбрионов белого медведя самке бурого медведя (суррогатная мать). Рождение белых медвежат самкой бурого медведя.

• 7. Maksudov G.Yu, Shishova N.V., Katkov I.I. In the Cycle of Life: Cryopreservation of Post-Mortem Sperm as a Valuable Source in Restoration of Rare and Endangered Species // In: Endangered Species: New Research, Nova Science Publishers, Inc, Hauppauge, NY, 2008. - P. 189-240. 8. Sosnowski A., Kowalska Z. Eisbarenbastarde im Zoolodz. // Tiere der polaren Regionen. VEB Gustav Fischer Jena, 1986. - P. 12-14.

Б) Получение от самца и самки белого медведя половых продуктов (сперма, яйцеклетки) для получения эмбрионов путем экстракорпорального оплодотворения - ЭКО. Искусственное оплодотворение белого медведя in vitro, межвидовая трансплантация полученных зигот белого медведя самке бурого медведя. Рождение белых медвежат самкой бурого медведя.

Обсуждение результатов. Семейство Медвежьих незначительно затронуто работами по криоконсервации генетического материала и использованию ВРТ. Репродуктивная биология медведей, её эмбриологические аспекты изучены недостаточно. У зимующих видов (белый, бурый, гималайский, барибал) беременность имеет латентный период, когда оплодотворенная яйцеклетка – зигота на протяжении 3-5 месяцев не развивается, находится в свободном плавании в маточной жидкости, а за три месяца до родов имплантируется к стенке матки и начинает развиваться эмбрион. Это открывает большие возможности в изучении и отработке методик хранения эмбрионов длительное время вне матки без криоконсервации, транспортировке на большие расстояния, трансплантации другим видам. Таким образом, предлагаемая работа имеет большое теоретическое научное значение. Изучение специфики репродуктивной физиологии конкретных видов послужит основой для практической разработки ВР-технологий для видов, еще не находящихся под угрозой исчезновения. В нужный для сохранения одного из таких видов момент можно будет применить готовые технологии.

Нам удалось отработать методики обездвиживания, получения спермы методом электроэякуляции, извлечения посмертного семени, а так же технологию криоконсервации семени разных видов семейства Медвежьих. Собрана ценная информация о морфологических и иных особенностях сперматозоидов медведей, анатомии половых путей. Проведена нехирургическая трансплантации эмбрионов, подтверждена безопасность проводившихся манипуляций (иммобилизация, электроэякуляция, аспирация) для здоровья медведей. Разработаны возможные 3 этапа работ по применению ВРТ для сохранения Медвежьих.

Выводы. По многим направлениям представленная работа имеет приоритет мирового уровня. Она своевременна, ее результаты важны и будут востребованы для сохранения не только медведей, но и биоразнообразия животных других видов.

ЛИТЕРАТУРА: 1. Малёв А.В., Миролюбов М.Г., Пажетнов В.С. и др. Перспектива использования самок бурого медведя (Ursus arctos) в качестве реципиентов для воспроизводства белых медвежат (Ursus maritimus) в условиях неволи // Экологические исследования в Среднем Поволжье. Материалы научной конференции, посвященной памяти профессора Попова В.А. Казань, 2004. - С. 83-88. 2. Максудов Г.Ю., Малёв А.В., Бронюкова И.Ю. и др. Получение и криоконсервация спермы белого медведя Ursus maritimus // Материалы международного совещания «Териофауна России и сопредельных территорий». – М., 2011. - С. 292. 3. Максудов Г.Ю., Шишова Н.В., Малёв А.В., Абилов А.И. Постмортальное семя как дополнительный ресурс для сохранения генофонда редких видов // Материалы научной конференции «Технологии сохранения редких видов животных». - М.: Товарищество научных изданий КМК, 2011. - С. 30. 4. Малёв А.В., Максудов Г.Ю., Меньшинина Е.С. и др. Использование вспомогательных репродуктивных технологий при создании криобанка семейства Медвежьи (Ursidae) // Материалы научной конференции «Технологии сохранения редких видов животных». -М.: Товарищество научных изданий КМК, 2011. - С. 31. 5. Кудактин А.Н. Охота и сохранение популяции бурого медведя на Западном Кавказе // Материалы VIII Всероссийской конференции специалистов, изучающих медведей «Медведи. Современное состояние видов. Перспектива сосуществования с человеком». - Торопецкая биологическая станция «Чистый лес», 2011. - С. 168-173. 6. Пикунов Д.Г., Суровый А.Л. Медведи Приморья – использование и охрана // Материалы VIII Всероссийской конференции специалистов, изучающих медведей «Медведи. Современное состояние видов. Перспектива сосуществования с человеком». -Торопецкая биологическая станция «Чистый лес», 2011. - С.239-248.

ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СОВРЕМЕННЫХ ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ РЕПРОДУКТИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ (ВРТ) ПРИ РЕШЕНИИ ПРОБЛЕМ СОХРАНЕНИЯ БИОЛОГИЧЕСКОГО РАЗНООБРАЗИЯ СЕМЕЙСТВА МЕДВЕЖЬИХ (URSIDAE )

Малёв А.В., Максудов Г.Ю., Гильмутдинов Р.Я., Шишова Н.В., Меньшинина Е.С., Герасичкин В.Г., Бронюкова И.Ю., Ежов И.В., Кудактин А.Н., Черепанов И.Н.

Резюме

Данная статья отображает необходимость использования ВРТ для сохранения редких видов животных, в частности представителей семейства Медвежьи (Ursidae). Объясняется суть ВРТ. Описываются 3 этапа применения ВРТ, разработанные нами. Показана важная роль зоопарков в сборе и сохранении генетического материала.

THE INTRODUCTION OF THE LATEST ACHIEVEMENTS IN THE FIELD OF ASSISTED REPRODUCTIVE TECHNOLOGY (ART) FOR THE CONSERVATION OF BIOLOGICAL DIVERSITY OF THE URSIDAE FAMILY

Malev A.V., Maksudov G.Yu., Gilmutdinov R.Y. et al.