تفاوت‎های ماهیانه در فرآیند اسپرماتوژنز در جمعیتی از قورباغه مردابی Pelophylax ridibundus

نوع مقاله: علمی - پژوهشی

-

چکیده

هدف: در این مطالعه فرآیند اسپرماتوژنز در گونه قورباغه مردابی ساکن مخمل‏کوه خرم آباد و تعیین نوع اسپرماتوژنز این گونه بررسی می‏شود.
مواد و روش‎ها: تعداد 34 نمونه قورباغه مردابی نر طی ماه‌های اسفند تا شهریور از منطقه مطالعاتی جمع آوری شد. نمونه‌ها با اندازه‌گیری صفات ریخت سنجی، مریستیک و کلیدهای شناساییبه طریق علمی شناسایی شدند. سپس غده‏های تناسلی آن‎ها خارج و برای تهیه مقاطع بافت شناسی آماده شدند. مقاطع تهیه شده در نهایت از نظر ویژگی‎های بافتی و سه مشخصه کمی مورد بررسی قرار گرفتند.
نتایج: مشاهدات میکروسکوپی نشان داد که آزادسازی اسپرم در این گونه طی فروردین ماه شروع شده و تا اواخر تیر ماه ادامه می‎یابد. در این ماه‎ها کیست‌های اسپرماتوژنیک در دیواره لوله‌های اسپرم ساز دیده می‎شوند. فرآیند رها سازی اسپرم طی ماه‌های مرداد و شهریور متوقف و به فاز استراحت خود وارد می‌شود و در این فاصله زمانی کیست‌ها در دیواره لوله‌ها مشاهده نمی‌شوند.در فاصله بین ماه‏های شهریور تا اسفند فاز ترمیمی در لوله‌ها مشاهده می شود بطوریکه تعداد لایه‌های سلول‎های زاینده افزایش می‌یابد. همچنین مطالعات کمی مشخص کرد که در فاصله اسفند ماه تا شهریور قطر لوله‌های منی‌ساز و لایه زاینده ابتدا افزایش و سپس کاهش پیدا می‎کند ولی قطر لومن یک روند متضادی را نسبت به دو مؤلفه فوق نشان می‎دهد.
نتیجه‌گیری: با توجه به نتایج بدست آمده، به نظر می‏رسد فرآیند اسپرماتوژنز در گونه مورد مطالعه به‏شکل پیوسته صورت نمی‌گیرد بلکه فرآیندی نیمه پیوسته یا پیوسته بالقوه است.
 

کلیدواژه‌ها


مقدمه

اسپرماتوژنز فرآیند پیچیده­ای است  که در آن  سلول‎های زایای تناسلی نر (اسپرماتوگونی) ابتدا به طریق میتوزی تکثیر پیدا کرده، سپس متحمل میوز می­شوند و متعاقبا به سلول‎های بسیار متحرک اسپرماتوزوئید تمایز پیدا می‎کنند (1). در بی‎آمنیون ها  (ماهیها و در دوزیستان) بیضه شامل لوبول‎ها یا توبول‎هایی است که با کیست‎هایی مفروش می‎گردد و در آن‎جا است که سلول‎های زایا بصورت یک اجتماع واحد مراحل تکامل خود را پشت سر می‎گذرانند. سلول‎های تکامل یافته یا اسپرماتوزوئید سپس از کیست خارج شده و اغلب بصورت واحد که در مواردی شامل سلول‎های سرتولی نیز هست به‎داخل توبول‎های منی ساز رها می‎شوند (2). همچون اووژنز، فرآیند اسپرماتوژنز نیز در جانوران معمولا به شدت تحت تاثیر شرایط آب و هوایی قرار می‎گیرد و اساسا منطبق با فصل های گرم یا بارانی می­باشد (3). بیولوژی تولید مثلی خاص دوزیستان که به آن‎ها امکان ایجاد جمعیت بالا را می‎دهد، می­توانند بعنوان مدل زیستی مناسبی برای مطالعه اسپرماتوژنز در نظر گرفته شوند. بر مبنای تحقیقات گذشته الگوی تولید مثل در دوزیستان در اقلیم­های گرمسیری بصورت غیر فصلی یا پیوسته است در حالی‎که در نواحی معتدل که دارای فصول سرد و خشک مشخصی می­باشند به صورت دوره­ای یا  فصلی انجام می‎گیرد (4، 5، 6، 7 و 8). در نواحی معتدل، افزایش فصلی دما به‎عنوان عامل تسهیل کننده برای فعالیت گنادها  عمل کرده و زمان فصل تولید مثل را تنظیم می‎کند. در این اقلیم­ها بارندگی اغلب باعث شروع فصل تولید مثلی می‎شود (9). با وجود این‎که این الگوی کلی در مورد اکثر گونه‎های دوزیستان بی‎دم ساکن نواحی معتدل صادق است، لیکن تغییر در فاکتورهای دیگر می‎تواند باعث شود که بعضی گونه ها، برای دوره هایی طولانی­تر یا کوتاه‎تر از آن چیزی که انتظار داریم به فعالیت تولید مثل بپردازند (10 و 11). در کل و با توجه به زیستگاه‎های بسیار متنوعی که دوزیستان در آن سکنی گزیده­اند و سازگاری‎هایی که در مدت بقا خود در این زیستگاه‎ها کسب نموده­اند سه تیپ اسپرماتوژنز در بین گونه­های مختلف دوزیستان دیده می­شود (3). تیپ پیوسته: این نوع اسپرماتوژنز در دوزیستان ساکن مناطق گرمسیری یا تروپیکال ظاهر می­شود، جایی که درجه حرارت محیط، تغییرات فصلی زیادی را نشان نمی­دهد. تیپ ناپیوسته: در گونه‎های ناحیه معتدل رخ می­دهد که در آن‎ها تولید اسپرماتوزوئید، محدود به دوره کوتاهی از سال می­باشد (5). تیپ نیمه پیوسته یا پیوسته بالقوه: درگونه‎های نواحی معتدل دیده می­شود. در این تیپ تولید اسپرماتوزوئید در طول ماه های سردتر زمستان قطع می­شود، ولی با این وجود در این زمان سلول‎های اسپرماتوگونی با سرعتی کند، هنوز تقسیم می‎شوند و تعداد کمی کیست­های زاینده را تولید می­کنند (6، 9 و12). با توجه به توضیحات مذکور ما در این تحقیق به مطالعه و تعیین تیپ اسپرماتوژنز در گونه Pelophylax ridibundus که قبلا با نام Rana ridibunda شناخته می­شد و در منطقه مخمل کوه واقع در حاشیه شهر خرم­آباد با موقعیت جغرافیایی E´3˚48 و N´5˚33 زیست می‎کند پرداختیم. نظر به اینکه منطقه مورد مطالعه از سمت جنوب حدود 100 کیلومتر با استان گرمسیر خوزستان و از سمت شمال غرب حدود 70 کیلومتر با نواحی سردسیر نورآباد فاصله دارد ما بر آن شدیم که مشخص کنیم قورباغه­های این ناحیه حدواسط از بین این سه تیپ، با چه تیپی از اسپرماتوژنز به سازگاری رسیده­اند.

 

مواد و روش‌ها

تعداد 34 نمونه قورباغه نر در طی ماه‎های اوائل اسفند ماه تا اواخر شهریور ماه از منطقه مطالعاتی جمع آوری گردید. پس از انتقال نمونه­ها به آزمایشگاه ابتدا نمونه­ها با استفاده از کلروفرم (مرک آلمان) بی‎هوش و سپس فاکتورهای بیومتریک و مریستیک در مورد آنها اندازه‎گیری و با کمک کلیدهای شناسایی جنس و گونه آن‎ها تعیین گردید. پس از مرگ که با گذاشتن در دیسکاتور حاوی کلروفرم انجام شد، نمونه­ها روی تشتک تشریح خوابانده شده و بیضه­های آن‎ها با دقت جدا و خارج گردید. بیضه­های خارج شده بلافاصله به محلول 4 درصد (با رقیق کردن محلول تجاری به نسبت 1 به 10) فرمالین نمکی (مرک، آلمان) با دمای 4 درجه سانتی‎گراد انتقال یافت تا بافت نمونه­ها تثبیت گردند. بعد از 24 ساعت نمونه­ها برای تهیه مقاطع بافت‎شناسی به‎صورت دستی پاساژ بافت داده شده و توسط پارافین (مرک، آلمان) قالب گیری شدند. با استفاده  از میکروتوم دوار (Slee بلژیک) برش‎هایی به ضخامت 7 میکرومتر از بلوک‎های پارافینی تهیه و سپس برش‎ها با روش هماتوکسیلین و ائوزین (مرک، آلمان) رنگ‎آمیزی شدند. برش‎های رنگ‎آمیزی شده برای مطالعات کمی و کیفی در زیر میکروسکوپ نوری (المپیوس، ژاپن) مورد بررسی و مطالعه قرار گرفتند. برای مطالعات کمی با تعبیه یک گراتیکول مدرج در عدسی چشمی میکروسکوپ، پارامترهایی شامل قطر لوله­های منی­ساز (TD)، قطر لومن لوله‏های منی ساز (LD)، و ضخامت لایه زاینده (GL) لوله­ها اندازه­گیری شد. در روش اندازه گیری از هر برش به طور تصادفی تعداد 6 عدد لوله منی‎ساز انتخاب گردید. فاصله بین لایه بافت همبند محصور کننده دو طرف لوله به‎عنوان قطر لوله (TD)، فاصله بین لایه بافت همبند و راس کیست­های اسپرماتوژنیک بعنوان قطر لایه زاینده (GL) و فاصله بین راس کیست‎های یک طرف لوله با راس کیست­های طرف مقابل بعنوان قطر لومن لوله (LD) تعریف و اندازه‎گیری شد (شکل 1). اطلاعات بدست آمده برای آنالیزهای آماری (آزمون آمار توصیغی و آنالیز واریانس در نرم‏افزار SPSS) مورد استفاده قرار گرفتند. در قسمت مطالعات کیفی برش‎های تهیه شده از هر ماه نمونه برداری، برای تشخیص وجود و تراکم سلول‎های اسپرماتوژنیک و کیست­های اسپرم زا و همچنین وجود و عدم حضور اسپرماتوزوئیدهای بالغ در لومن لوله­ها مورد بررسی قرار گرفتند. در ضمن با استفاده از دوربین عکاسی نصب شده بر روی میکروسکوپ از نمونه­های بافتی در زمان‎های مختلف عکس گرفته شد و تصاویر تهیه شده با استفاده از نرم افزار فتوشاپ مورد پردازش قرار گرفتند.

 

شکل 1: ساختار لولههای اسپرمساز در گونه Pelophylax ridibunus یا قورباغه مردابی در ماه شهریور برای معرفی پارامترهای کمی مطالعه شده. خط سیاه دو سر پیکانه معرف قطر لومن لوله (LD)، خط سبز یک سر پیکانه معرف قطر لایه زاینده و خط قرمز بدون پیکان معرف قطر کلی لوله (TD). S, S1, S2 ،کیستهای اسپرماتوژنیک. رنگ‏آمیزی هماتوکسیلین-ائوزین، بزرگنمایی 400 برابر

 

نتایج

در این گونه، بیضه­ها به تعداد دو عدد، بصورت اجسام کروی و معمولا به رنگ زرد روشن مشاهده شدند که در داخل حفره شکمی و بالای کلیه قرار گرفته بودند. بافت بیضه از بیرون توسط پرده ای بنام سپیدپرده احاطه شده بود و حاوی تعداد زیادی لوله‎های اسپرم‎ساز (منی ساز) می­باشد. فاصله بین این لوله­ها را بافت همبند بینابینی احاطه کرده که در این بافت سلول‎های لیدیگ مشاهده شدند. لوله­های منی ساز تقریبا در تمام نواحی بافت بیضه به‏صورت به‏هم فشرده دیده شدند. این لوله­ها در مقطع عرضی به‏صورت مناطق دایره یا بیضی شکل ظاهر می­گردند هر چند در بعضی از آن‎ها چین­خوردگی­هایی در جداره این لوله­ها دیده می‎شود. لوله­ها در این گونه توسط لایه­ای از بافت همبند از هم جدا می­شوند. طی فصل تولید مثلی در داخل لوله­های منی‏ساز کیست­ها یا توده­های متشکل از سلول‎های اسپرماتوژنیک قابل رویت می­باشند (شکل A2). در بعضی نقاط این کیست­ها پاره شده و سلول‎های بسیار کوچک اسپرماتید و سلول‎های تاژکدار اسپرماتوزوئید که به داخل لومن لوله­ها ریخته شده، دیده می­شوند. در حدفاصل این توده­ها هسته سلول‎های سرتولی که برای تکوین سلول‎های تناسلی ضروری هستند وجود دارند. قسمت مرکزی لوله­های منی ساز حاوی توده­های به‏هم فشرده­ای از سلول‎های اسپرماتوزوئید بوده که آماده خروج از بیضه از طریق مجاری خارج کننده تناسلی هستند (شکل A2).

مقایسه پارامترهای کمی اندازه‎گیری شده (قطر کلی لوله­ها، قطر لومن و قطر لایه زاینده) در برش‎های بافتی تهیه شده در ماه‎های مختلف سال تغییراتی را در این پارامترها نشان داد به طوری‎که در برش‎های مربوط به ماه فروردین لوله­های منی­ساز با میانگین قطر حدود 6/6 ±188 میکرومتر نسبت به ماه‎های بعد اندازه کمی را نشان می­دادند (جدول 1). در این ماه تعدادی کیست‏های سالم و پاره نشده محتوی تعداد فراوانی سلول‎های پیش ساز غیربالغ مشاهده شد؛ بعضی از کیست‎ها پاره شده و اسپرماتوزوئیدهای بالغ شده همراه سلول‎های اسپرماتید مانند در داخل لومن ها دیده می­شدند. در جدار دیواره لوله­ها اسپرماتوزوئیدهای بالغ به حالت کشیده و نسبتا پراکنده در کناره­ها و بصورت خوشه­ای در مرکز حفره داخلی  لوله قرار داشتند (شکل A2).

مقاطع بافتی تهیه شده از نمونه­ها طی سه ماهه اردیبهشت، خرداد و تیر تقریبا ساختار یکسانی را به نمایش می­گذاشتند (شکل B2). در این سه ماه قطر لوله­ها بطور میانگین هر ماه نسبت به ماه قبل افزایش محسوسی را نشان میداد، به این صورت که این شاخص برای اردیبهشت، خرداد و تیرماه به ترتیب 63/9±225، 6±255 و 53/7±257 میکرومتر اندازه­گیری شد. در این سه ماه تعداد کیست­های اسپرماتوژنیک سالم جداره لوله‏ها کاهش بارزی را نشان می‎داد (از متوسط 7 عدد به 3 تا 4 عدد رسیده بودند) و اکثر کیست‏ها پاره شده و اسپرماتوزوئیدهای خود را به لومن آزاد کرده بودند. برخلاف فروردین ماه در این سه ماه اسپرماتوزوئیدها بیشتر به حالت پراکنده و نه خوشه­ای در لومن لوله­ها دیده می­شدند. همچنین در این مدت قطر لایه زاینده بین کیست­ها نسبت به فروردین کاهشی قابل توجهی را نشان می­داد (شکلB2).

 

 

شکل 2: ساختار لولههای اسپرمساز در قورباغه مردابی در ماههای فروردین (A)، تیر (B) شهریور (C) و اسفند (D). در ماه فروردین (A)  تعدادی از کیست­های اسپرماتوژنیک سالماند درصورتیکه برخی دیگر پاره شده و سلولهای بالغ یا در حال بلوغ را به داخل لوله­ها آزاد کرده­اند. اسپرماتوگونی­ها (S)، کیست­های اسپرماتوژنیک سالم (S1)، کیست­های اسپرماتوژنیک پاره شده (S2)، اسپرماتیدها (S3) و اسپرماتوزوئیدهای بالغ (S4). قطر لومن لوله (LD) با خط دو سر پیکان نشان داده شده است. در ماههای  اردیبهشت تیر (B) اکثر کیست­های اسپرماتوژنیک موجود در جداره لوله­های اسپرم ساز پاره شده و سلولهای تناسلی خود را به داخل لومن آزاد کرده­اند، هر چند که هنوز به تعداد اندکی از کیست­ها بطور سالم در دیواره وجود دارند. اسپرماتوگونی (S)، (S1) کیست سالم، (S2) کیست پاره شده، (S2, S3) سلولهای تناسلی بالغ یا نزدیک به بالغ شدن. در مرداد ماه (C) در دیواره لوله‏ها، کیست­ها وجود ندارند بلکه بطور یکنواخت توسط 3 تا 4 لایه سلولی پیشساز تناسلی (S, S1, S2) مفروش شده اند. در بین لوله­ها بافت همبند بینابینی (IC) نسبتا قطوری دیده میشود. در اسفند ماه (D) برجستگیهای کیست مانند مجددا در دیواره لوله­ها ظاهر شده، ضمن اینکه مابین این کیست­ها سلولهای زاینده تناسلی (S, S1) به صورت چند لایه مشاهده می­شوند. خط دو سر پیکان قطر لومن لوله (LD) را نشان می­دهد. رنگ­آمیزی هماتوکسیلین-ائوزین ، بزرگنمایی A، B و D 400 برابر و C 100 برابر.

 

 

بررسی برش‎های به دست آمده از مرداد (شکل C2) و شهریور (شکل 1) نشان داد که در این دو ماه لوله­های منی­ساز از لحاظ بافت شناسی تقریبا واجد خصوصیات یکسانی بودند. در این زمان قطر لوله­ها نسبت به سه ماهه قبل از آن کاهش مشخصی را نشان می­داد، به این گونه که میانگین قطر لوله­ها در مرداد و شهریور به ترتیب عدد 19/4 ± 219 و 31/7 ± 208 میکرومتر را نشان داد. در ماه مرداد کیست­ها دیگر بصورت مشخص و برجسته در دیواره لوله­ها مشاهده نمی­شدند. هر چند که در این زمان به دلیل ناپدید شدن کیست­ها از ضخامت لایه زاینده (فاصله لایه همبند محصور کننده تا راس کیست‎ها) کاسته شده ولی در کل ضخامت و تعداد ردیف‎های سلولی جداره لوله­ها به روشنی افزایش پیدا کرده است. به این ترتیب که در ماه‎های قبل فقط 1 تا 3 ردیف سلول در بین کیست‎ها مشاهده می­شد ولی در این دو ماه آخر دیواره لوله­ها توسط چند ردیف سلولی مفروش می­گردید. در این دو ماه بر خلاف ماه‎های قبل هیچ اسپرمی درون لومن لوله مشاهده نمی­شد. در این مرحله بجای اسپرم مایع بی­شکلی (آمورف)  فضای داخلی لوله­ها را پر کرده بود (شکل 4). بررسی دقیق‎تر برش‎ها نشان داد که در نمونه­های شهریور ماه در مقایسه با مرداد برجستگی­های بسیار کوچکی در بعضی از نقاط لوله­ها مشاهده می­شود (شکل 1) ولی این برجستگی­ها از نظر اندازه قابل قیاس با کیست‎های ماه‎های فرودین تا اردیبهشت نبودند (شکل A2). 

 

جدول 1: بررسی آمار توصیفی برای سه صفت قطر لوله اسپرم ساز (TD  قطر لومن لوله (LD) و قطر لایه زاینده (GL) در طول هفت ماه نمونه برداری در قورباغه مردابی (اعداد بر حسب میکرومتر). تعداد داده ها (N)، میانگین (Mean) و خطای استاندارد میانگین(Std. Error of Mean)

Month

N

 

GL

TD

LD

Esfand

4

Mean

Std. Error of Mean

23.25

2.395

147.13

2.39

131.18

2.81

Farvardin

6

Mean

Std Error of Mean

29.33

4.80

187.85

6.63

120.58

7.68

Ordibehesht

7

Mean

Std. Error of Mean

46.5

4.967

225.45

9.63

108.75

7.77

Khordad

5

Mean

Std. Error of Mean

88.775

7.146

254.65

6.08

92.88

4.05

Tir

4

Mean

Std. Error of Mean

86.125

4.404

257.25

7.53

83

2.58

Mordad

4

Mean

Std. Error of Mean

51.750

6.238

219.38

4.19

93.75

3.77

Shahrivar

4

Mean

Std. Error of Mean

34.125

3.119

208

7.31

113.88

4.78

 

 

نمودار 1: میانگین و خطای استاندارد قطرکلی (A)، قطر لومن (B) و قطر لایه زاینده (C) لوله­های اسپرم‎ساز در گونه Pelophylax ridibunus در ماه‎های اسفند تا شهریور (1 تا 7). اعداد ستون عمودی بر حسب میکرومتر می­باشد. همانطور که مشاهده می­شود برخلاف قطر کلی لوله­ها و لایه زاینده که در این فاصله زمانی که ابتدا یک روند افزایشی و سپس کاهشی را نشان می‎دهند، قطر لومن لوله­ها ابتدا یک روش کاهشی و سپس یک روند افزایشی را نمایان می‎کند. نمودارها با استفاده از آزمون‎های آمار توصیفی و آنالیز واریانس در نرم افزار SPSS16 تهیه شده است.


به دلیل ناپدید شدن و یافت نشدن نمونه­ها در طی ماه‎های مهرماه تا ابتدای اسفند مطالعه وضعیت لوله­های اسپرم ساز در این فاصله زمانی امکان پذیر نبود، لیکن برش‎های بافتی فراهم آمده در اسفند ماه نشان می­داد که در این موقع بطور مشخص آثاری از ظهور کیست­ها در دیواره لوله­ها دیده می­شود، به‏طوری‎که آن‎ها نسبت به نواحی بینابینی برجستگی­هایی را به داخل لومن ایجاد کرده بودند (شکل D2). در این ماه لوله­های منی­ساز کمترین قطر (39/2 ± 147 میکرومتر) را نشان می‏دادند و با وجود برجستگی­های ایجاد شده توسط کیست­ها هنوز ضخامت لایه­های سلولی جداره لوله­ها کمتر از نمونه­های فروردین ماه بود.

در تایید مطالعات توصیفی، داده­های بدست آمده از اندازه­گیری 180 مورد  قطر لوله­، ضخامت لایه زاینده و قطر لومن در 34 نمونه قورباعه نر نشان داد که در طی ماه های اسفند تا تیر ماه یک روندی افزایشی دراندازه قطر لایه زاینده و قطر لوله اسپرم ساز مشاهده می­شد، در حالی‎که در همین مدت قطر لومن روند کاهشی را نشان میداد. در طی ماه­های بعدی (مرداد و شهریور) قطر لوله­ها کاهش پیدا می­کرد و این در حالی بود که در این زمان به قطر لومن اضافه می­شد (جدول 1 و نمودار 1).

 

بحث

اسپرماتوژنز فرآیند پیچیده­ای است که تحت تاثیر عوامل متعدد و متنوعی قرار می گیرد. مطالعات مولکولی نیز حکایت از پیچیده بودن اسپرماتوژنز می­کنند بطوری‎که بنظر می­رسد برنامه‎ای پیچیده برای کنترل بیان ژن در مراحل خاصی از اسپرماتوژنز، از زمان تبدیل سلول لایه زاینده به اسپرماتوسیت و در نهایت به اسپرماتوزوئید وجود دارد (13، 14 و 15). بطورکلی عواملی که کنترل ژنتیکی اسپرماتوژنز را بر عهده دارند به دو دسته اگزوژن و آندوژن طبقه بندی شده‎اند که هر یک بطور مستقیم و یا غیر مستقیم بر روی این فرآیند تاثیرگذار می­باشند (16). از جمله عوامل اگزوژن که می­توان آن‎ها را عوامل محیطی نیز نامید، درجه حرارت، رطوبت، طول تابش نور خورشید و ارتفاع می‏باشند: حداکثر و حداقل درجه حرارت هر دو در کنترل این پدیده مهم می‎باشند اما بیشترین تاثیر را درجه حرارت به عهده دارد چرا که حداقل درجه حرارت می تواند کنترل فیزیولوژیکی اسپرماتوژنز را تحت تاثیر قرار دهد (17 و 18). نشان داده شده که طول تابش نور خورشید یا فتوپریود یک عامل مهم در اسپرماتوژنز و انکوباسیون تخم ها  در اکثر جانوران مهره‎دار می‏باشد (19، 20 و 21). در مورد خشکی و رطوبت محیط باید اشاره کرد که در برخی نواحی نئوتروپیک و معتدل گرم، زمانی از سال بسیار خشک می­باشد و زمانی دیگر رطوبت و بارندگی بالا است. در اینجا در دوره زمانی که رطوبت و بارندگی وجود دارد اسپرماتوژنز نیز فعال می شود اما بر عکس در دوره زمانی خشکی، اسپرماتوژنز متوقف می­گردد (22 و 23). همچنین بر خلاف نواحی گرمسیری در نواحی غیر گرمسیری اسپرماتوژنز تحت تاثیر ارتفاع زیستگاه قرار می­گیرد. به این صورت که در یک تاکسون نمونه‎هایی که در ارتفاعات زیست می کنند اسپرماتوژنز دیرتر از نمونه های نواحی پست آغاز می‎گردد (24).

به طور کلی، بارندگی و دما، تنها فاکتورهای محیطی می­باشند که روی چرخه اسپرماتوژنزی اثر دائمی (ثابت) می­گذارند، اگرچه فتوپریود ممکن است در بعضی گونه‎ها اسپرماتوژنز را تحت تاثیر قرار دهد. در دوزیستان نور هیچ تاثیر مشخصی روی اسپرماتوژنز ندارد. فعالیت های تولیدمثلی بعضی از دوزیستان به میزان زیادی به نوسانات محیطی حساس می باشند، از این‎رو بسیاری از آن‎ها، سیکل بیضه‎ای فصلی را به طور برجسته‎ای نشان می­دهند (25، 26 و 27).

از جمله عوامل آندوژن یا فاکتورهای فیزیولوژیکی می­توان به هورمون­های استروئیدی سیستم عصبی و ذخیره چربی  اشاره نمود. هر کدام از این عوامل ذکر شده باعث تغییر در فرآیند اسپرماتوژنز تاکسون‎های مختلف می­گردند (28، 29، 30 و 31).

تنوع مدل­های تولیدمثلی که توسط دوزیستان استفاده می­شود، اساسا بیشتر از انواع یافت شده در دیگر گروه‎های مهره داران خصوصا آمنیون‎داران می­باشد. در این میان مدل‎های تولیدمثلی و استراتژی‎های بین هر سه گروه (بی دم، دم دار و بدون دست و پا) و در بعضی موارد درون سه گروه دوزیستان اغلب کاملا متفاوت می­باشند. بر عکس سمندرها و دوزیستان بدون دست و پا، به طور ویژه‎ای دوزیستان بی‎دم، از روش لقاح خارجی استفاده می­کنند که خود تحت کنترل عوامل محیطی و آندوکرینی می‎باشد (3 و 5).

برخلاف آمنیون‎داران که در آن‎ها بیضه از لوله­های اسپرم ساز با یک اپی­تلیوم زاینده دائمی تشکیل می­شود در دوزیستان در دیواره این لوله­ها کیست­های اسپرماتوژنز وجود دارد که سلول‎های موجود در آن به طور هماهنگ روند تکوین خود را طی کرده و در نهایت به صورت یک مجموعه واحد به داخل لومن لوله آزاد می‎شوند. همچنین در دوزیستان بر خلاف بیشتر رده‎های مهره­داران که در آنها اسپرماتوژنز دائمی است همچون برخی از خزندگان بسته به شرایط آب و هوایی از این فرآیند سه تیپ مشخص پیوسته، ناپیوسته و نیمه ناپیوسته (پیوسته بالقوه) در بین جمعیت‎های مختلف دیده می­شود (32و 33). تیپ پیوسته در گونه های مربوط به مناطق با عرض های جغرافیایی بالا و مناطق گرمسیری بروز می‎کند (34 و 35). گونه­های ساکن مناطق معتدل سد از تیپ اسپرماتوژنز ناپیوسته استفاده می‎کنند. در این گروه این فرآیند در طول زمستان خوابی متوقف شده لیکن این جریان متعاقب فصل تولیدمثلی از سر گرفته می­شود. بسیاری از گونه­ها از جمله: Rana esculenta،Rana graeca ، Rana lastei، Rana iberica، Hyla Japonica  و Rana catesbeiana اسپرماتوژنز  ناپیوسته را به نمایش می­گذارند (26، 36 و 37). با توجه به نتایج بدست آمده در این تحقیق مشخص شد که گونه  Pelophylax ridibunuساکن منطقه مخمل کوه خرم آباد با تیپ اسپرماتوژنز حدواسط یعنی نیمه ناپیوسته یا پیوسته بالقوه سازگار یافته است. از ویژگی‎های تیپ مذکور این است که در فصول توقف تولید و رهاسازی اسپرم روند ترمیمی در سلول‎های زاینده دیواره لوله­های اسپرم ساز رخ می‏دهد. نتایج این بررسی نشان داد که در طی ماه‎های مرداد ماه و شهریور که مصادف با پایان دوره آزادسازی اسپرم است دیواره لوله­ها فاقد کیست­های اسپرماتوزنیک است و حاوی سلول‎های تقریبا پراکنده‎ای است (شکل C2)، ولی در شروع فصل بعدی اسپرماتوژنز که از اسفند ماه شروع می­شود در دیواره این لوله­ها سلول‎ها تراکم بیشتری داشته و کیست­ها بطور مشخص دیده می­شوند (شکل D2). همچنین در اسفند ماه سلول‎های موجود در دیواره لوله­ها فقط شامل سلول‎های مراحل اولیه اسپرماتوژنز (اسپرماتوگونی و اسپرماتوسیت اولیه) بودند در حالی‎که در ماه‎های خرداد تا مرداد بخش قابل توجهی از سلول‎های دیواره لوله­ها را سلول‎های مراحل انتهایی اسپرماتوژنز (اسپرماتید و اسپرماتوزوئید) تشکیل می­دادند. این تغییر بیانگر این واقعیت است که هرچند در طی ماه‎های سرد پائیز و زمستان اسپرمی آزاد نمی­شود ولی در طی این مدت سلول‎های پیش ساز تناسلی تقسیم شده و جمعیت بزرگی از زاده­ها را ایجاد کرده­اند که آماده­اند مراحل نهایی تکوین خود را در فصل تولید مثلی پیش رو تکمیل کنند. از این‎رو به نظر می­رسد این جمعیت از گونه Pelophylax ridibundus که در مخمل کوه خرم آباد زندگی می­کنند از نظر اسپرماتوژنز همان تیپی را نشان می‎دهند که در گونه­های Rana sculenta و Rana epeirotica گزارش شده است. همچنین گزارش شده است که جمعیتی دیگری از همین گونه Rana ridibunda (Pelophylax ridibundus) که در شمال یونان زیست می­کند، می­تواند به طریق پیوسته بالقوه اسپرماتوژنز را بانجام ­رسانند (38). مطالعات نشان داده که در این گونه در فاصله زمانی قبل از زمستان خوابی (شهریور-آبان ماه) بدلیل کاهش فعالیت تولید مثلی، بخشی از چربی موجود در اجسام چربی به سایر متابولیت‎ها تبدیل می­شود به طوری‎که در این مدت غلظت این متابولیت‎ها افزایش پیدا کرده ولی در شروع فصل تولید مثل (اواخر بهمن و اوائل اسفند) به دلیل افزایش بیش از حد فعالیتهای مرتبط با اسپرماتوژنز تبدیل چربی به سایر متابولیت‎ها به حداقل میزان خود رسیده و حداکثر انرژی ممکن صرف این پروسه می­گردد (38). باید توجه داشت که وجود تیپ پیوسته بالقوه در اسپرماتوژنز  قورباغه مردابی ساکن مخمل کوه به خوبی با شرایط این منطقه سازگاری دارد چراکه درجه حرارت این ناحیه در زمستان به اندازه مناطق شمالی تر سرد و طاقت فرسا نیست که هرگونه فعالیت زیستی در آن غیر ممکن باشد و از طرفی نیز آن‎چنان گرم نیست که قورباغه بتواند همچون فصول گرم سال در طی زمستان نیز به فعالیت‎های زیستی خود با همان سرعت فصول گرم ادامه دهد. تیپ اسپرماتوژنز پیوسته بالقوه در گونه های دیگری از موجودات خون‎سرد این منطقه نیز مشاهده می‎شود. گزارش شده که سوسمار Ophisops elegans یا سوسمار چشم ماری که بومی زاگرس مرکزی است و به فراوانی در جنگلهای بلوط اطراف خرم آباد دیده می‎شود به شیوه پیوسته بالقوه اسپرماتوژنز خود را به انجام می­رساند، به این ترتیب که دارای یک فاز فعال، یک فاز ترمیمی و یک فاز غیرفعال در روند اسپرماتوژنز است (39). در نتیجه به‏نظر می­رسد موجودات خون‎سرد ساکن این نواحی در طی تکامل خود با این شیوه سازگاری یافته اند. این نتایج قویا تایید می‎کند که شرایط آب و هوایی و جغرافیایی دو فاکتور مهمی است که زمان و چرخه اسپرماتوژنز را در موجودات کنترل می‎کند. 

گونه قورباغه مردابی در ایران پراکنش گسترده­ای دارد ولی متاسفانه تاکنون مطالعه­ای روی این جنبه از بیولوژی آن در سایر مناطق انجام نگرفته و از این‎رو مشخص نیست که آیا این گونه در تمام نقاط ایران از چنین استراتژی در اسپرماتوژنز خود استفاده می­کند یا خیر. امید می­رود که در آینده چنین مطالعه‏ای در سایر مناطق نیز صورت گیرد تا در این رابطه شناخت بهتر و دقیق‎تری حاصل گردد.

 

نتیجه‌گیری

با توجه به نتایج این مطالعه در گونه ساکن مخمل کوه خرم آباد، مشخص شد که روند تولید اسپرماتوزوئید از اوائل اسفند ماه شروع و تا حدود تیرماه ماه ادامه ادامه پیدا می­کند. در طی ماه‎های مرداد و شهریور یک حالت استراحت و سکون در روند اسپرماتوژنز وجود دارد و در فاصله زمانی مهر تا بهمن ماه فعالیت‎های ترمیمی به هدف تامین خزانه­ای از سلول‎های اسپرماتوژنیک برای  فصل تولید مثلی بعدی صورت می­گیرد. بنابراین در این گونه اسپرماتوژنز از نوع پیوسته بالقوه می­باشد.

 

تشکر و قدردانی

بدین‎وسیله از مدیریت دانشگاه لرستان به‏ویژه گروه زیستشناسی به دلیل حمایت‎های بی دریغ برای انجام این تحقیق صمیمانه تشکر می‎گردد.

 

1. Gribins KM. Reptilian spermatogenesis, a histological and ultrastructural perspective. Spermatogenesis. 2011; 1(3): 250-269.

2. Yamamoto T, Hikino T, Nakayama Y, Shine RG. Lchi abé. Newt RAD51: Cloning of cDNA and analysis of gene expression during spermatogenesis. Develop. Growth Differ. 1999; 41: 401-406.

3. Lofts B. Physiology of the Amphibia,New YorkandLondon; volume II, Academic press. 1974; 2: 107-218.

4. Sasso-Cerri S, Sergio-Cerri P, Freymuller E, Miraglia SM. Apoptosis during the seasonal spermatogenic cycle of Rana catesbeiana. J. Anatomy. 2006; 209: 21-29.

5. Wake MH. The spermatogenic cycle of Dermophis mexicans (Amphibia, Gymnophiona). J. Anatomy. 1995 29(1): 119-122.

6. Rastogi RK, Iela L, Saxena PK, Chieffi G. The control of spermatogenesis in the green frog Rana esculenta. J.Exp.Zool.1976; 196: 151-166.

7. Basu SL. Effect of testosterone and esterogen on spermatogenesis in Rana hexadactyla lesson. J. Exp. Zool. 1968; 169(2): 133-141.

8. Basu SL, Nand J. Effect of testosterone and gonadotropins on spermatogenesis in Rana pipiens. J. Exp. Zool. 1965; 159(1): 93-111.

9. Rastogi RK, Iela L, Delrio G, DiMeglio M, et al. Environmental influence on testicular activity in the green frog. J.Exp. Zool. 1978;  206: 49-64.

10.  Wells KD. The social behavior of anuran amphibians. Anim. Behav. 1977;  25: 666-693.

11. Brown GP, Shine R. Influence of weather conditions on activity of tropical snakes. Austral Ecol. 2002; 27(6): 596-605.

12.  Kyriakopoulou- Sklavounou P, Kattoulas ME. Contribution to the reproductive biology of Rana ridibunda pallas ( Anura, Ranidae). Amphibia-Reptilia. 1990; 11:23-30.

13. Sarge KD, Bray AE, Goodson ML. Altered stress response in testis. Nature (Lond). 1995(6518); 373: 126.

14. Desjardins C, Ewing LL. Cell and molecular biology of the testis. Oxford University Press, Inc.New York. 1993; 1-497.

15. Bunick D, Johnson PA, Johnson TR,HechtNB.Transcription of the testis-specific mouse protamine 2 gene in a homologous in vitro transcription system. Proc. Natl. Acad. SciU.S.A.1990; 87(3): 891-895.

16. Cuellar HS, Cuellar O. Evidence for endogenous rhythmicity in the reproductive cycle of the parthenogenetic Lizard Cnemidophorus uniparents (Reptilia:Teiidae). Copeia. 1977; 554-557.

17. Bona G, Licht P. Effect of temperature on sexual receptivity and ovarian recrudescence in the garter Snake, Thamnophis sirtalis parietalis. Herpetologica. 1983; 39:173-182.

18. Gavaud J. Role of cryophase temperature and thermophase duration in thermoperiodic regulation of the testicular cycle in the Lizard, Lacerta vivipara. J. Exp. Zool. 1991; 260: 239-246.

19. Beaupre E, Christinc CJT, Steven JB, Morgan JLM, et al. Determination of testis temperature rhythms and effects of constant light on testicular function in the domestic fowl (Gallus domesticus), Biology of reproduction. 1997; 56:1570-1575.

20. Mendonca MT, Licht P. Photothermal effects on the testicular cycle in the musk turtle, Sterno therus odoratus. J. Exp. Biol. 1986; 239:117-130.

21. Whittier JM, Manson JT, Crews D. Licht, P. Role of light and temperature in the regulation of reproduction in the red-sided garter snake, Thamnophis sirtalis parietalis. Can. J. Zool. 1987; 65: 2090-2097.

22. Huey RB, Pianta ER. Ecological consequences of foraging mode. Ecology. 1981; 62: 991-999.

23. Vitt J, Congdon JD. Body shape, reproductive effort and relative clutch mass in Lizards: resolution of aparadox. Am. Nat. 1978; 112: 595-608.

24. Weckcs HC. On the distribution, habitat and reproductive habitats of certain European and

 

Australian Snakes and Lizards with particular regard to their adoption viviparity. Proc. Linn. Soc. NSW. 1933; 58:270-274.

25. Werner J. Temperature-Photoperiod effects on spermatogenesis in the salamander Plethodon cinerus. Copeia. 1969; 592-602.

26. Toyoshima S, Iwasawa H. Annual dynamics of germ cells in male Hyla japonicai: Herpetologica. 1984; 40: 308-311.

27. Charadej J, Aungkura J, Prapee S, Prasert S. Structure and Development of the testis of Bullfrog, Rana catesbeiana, and their changes during seasonal variation; Science Asia. 2000; 26: 69-80.

28. Amey AP, Whittier JM. Seasonal patterns of plasma steroid hormones in males and females of the bearded dragon Lizard, Pogona barbata. Gen.Comp.Endocrinol. 2000; 117: 335-342.

29. Rhen T, Crews D. Variation in reproductive behaviour within a sex: Neural systems and endocrine activation. J. Neuroendocrin. 2002; 14: 517-531.

30. Diaz JA, Alonso-Gómes AL, Delgado MJ. Seasonal variation of gonadal development, sexual steroids and lipids reserves in a population of the Lizard Psammodromus algirus.  J. Herpetol. 1994; 28:199-205.

31. Heideman NJL. The relationship between reproduction and abdominal fat body and liver condition in Agama aculeate aculeate and Agama planiceps planiceps (Reptilia: Agamidae) males inWindhoek, Nambia. Journal of Arid Environments. 1995; 31(1): 105-113.

32. Torki F, Gharzi A. Spermatogenesis Timing in a Population Ophisops elegans (Sauria, Lacertidae)Western Iran. Asiatic Herpetological Research. 2008; 11: 130-133.

33. Baharara J, Mahdavi shahri N, Nemati A, Shahraki Nasab. [Study of spermatogenesis and testes histology of Laudakia caucasia (Stellia caucasicus, Agamidae) species in Deh Gheibi zone of Mashad]. Journal of Cell and Tissue. 2011; 2(3), 193-202. Persian.

34. Jenssen TA, Nunez SC. Male and female reproductive cycles of the Jamaican lizard, Anolis opalinus. Copeia. 1994; 4: 767-780.

35. Gustavo -Vieira HC, Wiederhecker-Helga C, Colli Guarino R, Sonia N. Spermiogenesis and testicular cycle of the lizard Tropidurus torquatus (Squamata, Tropiduridae) in the Cerrado of central Brazil. Amphibia-Reptilia.  2001; 22: 217-233.

36. Crespo EG,  Cei JM. L’activité spermatogéné saisonniére de Rana iberica Boul du nord de Portugal: Arquivos do Museu Bocage.  1971; 3 : 37-50.

37. Yoneyama H, Iwasawa H. Annual changes in the testis and accessory sex organs of the bullfrog Rana catesbeiana. Zool Sci. 1985; 2: 229-237.

38. Loumbouridis NS, Kyriakopolou-Sklavouou P. Reproductive and lipid cycles in the male frog Rana ridibunda in northernGreece. Comp. Biochem. Phisiol. A. Comp. Physiol. 1991; 99(4): 577-583.

39. Torki F, Gharzi A, Spermatogenesis Timing in a Population Ophisops elegans (Sauria: Lacertidae),Western Iran.Asia. Herpet. Res. 2008; 11, 130-133.